Advancing long-term precipitation pattern forecasting in Atlantic Canada using successive variational mode decomposition, recursive LSTM, and graph-based feature selection
Notice bibliographique
Résumé
Precipitation forecasting is crucial in Canada's Maritime provinces, given their unique geography and susceptibility to precipitation impacts. Accurate forecasts aid farmers, transportation authorities, and climate change adaptation efforts, ecosystems, and infrastructure. This study introduces a groundbreaking multi-temporal deep-learning framework for forecasting monthly precipitation in Canada's Maritime region, encompassing Charlottetown and St. John's, distinguishing it as a trailblazing innovation among cutting-edge complementary deep-learning algorithms. This pioneering research unveils, for the first time, a cutting-edge hybrid framework that synergizes successive variational mode decomposition (SVMD), recursive long short-term memory (RLSTM), graph feature selection, and Borda count-based multi-criteria decision-making (BORDA). The innovative aspect lies in the recursive architecture of RLSTM, which sets it apart from traditional SVMD-LSTM hybrids by enabling multi-horizon memory feedback loops that improve long-range temporal learning. Integrating graph-based feature selection with partial autocorrelation function (PACF) analysis enhances the extraction of the most informative SVMD components, enhancing prediction accuracy and reducing model complexity. Furthermore, the framework is distinguished by its precise and efficient performance, facilitated by intuitive hyperparameter configurations during both the decomposition and training stages. It provides a pragmatic and scalable alternative to other leading complementary deep-learning methods. To benchmark the performance of the primary model, it is compared against a convolutional neural network-long short-term memory (CNN-LSTM), random vector functional link (RVFL), and a light gradient-boosting machine (LightGBM), with a rigorous evaluation of both standalone and hybrid counterparts. To assess the accuracy of the model, a single metric comprising six statistical indices, including correlation coefficient (R), Nash–Sutcliffe efficiency (NSE), and Kling–Gupta efficiency (KGE), consolidated via BORDA, was employed to simplify the identification of superior frameworks. An accuracy assessment in Charlottetown reveals that SVMD–RLSTM, owing to optimal metrics (BORDA 0.95, R = 0.9508, and RMSE = 15.6567 mm|T + 1; BORDA = 0.7834, R = 0.9297, and RMSE = 18.7170; |T + 3, BORDA = 0.6855, R = 0.906, and RMSE = 21.3539|T + 7), outperformed SVMD–RVFL (BORDA|T + 1 = 0.927 and BORDA), SVMD-CNN-LSTM (BORDA|T + 1 = 0.8037), and SVMD-LightGBM (BORDA|T + 1 = 0.713); whereas a diagnostic assessment in St. John's station confirms the superiority of SVMD–RLSTM (BORDA = 0.9171, R = 0.9337, and RMSE = 19.0093 mm|T + 1; BORDA = 0.5951, R = 0.9251, and RMSE = 23.6887; |T + 3, BORDA = 0.6898, R = 0.9157, and RMSE = 21.3299 mm|T + 7) over the other hybrid frameworks. • A new SVMD-RLSTM model improves precipitation forecasting in Atlantic Canada • Graph feature selection enhances prediction by finding key rainfall patterns • Hybrid model surpasses CNN-LSTM and RVFL in multi-temporal forecasting • Easy-to-tune parameters for both decomposition and training phases • First use of SVMD for Maritime precipitation forecast yields superior results
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».