Nitrous Oxide Emission Prediction by Combining Process-based Models and Neural Networks
Notice bibliographique
Résumé
Nitrous oxide (N2O) is a potent greenhouse gas (GHG) that has about 273 times more global warming potential over a $\mathbf{1 0 0}$-year time horizon than carbon dioxide. Legislations put in place by nation-states are pressuring farmers to reduce their GHG emissions, but verifying whether GHG reductions strategies are working requires affordable $\mathbf{N}_{2} \mathbf{O}$ emission sensing/estimation. Process-based models and data-driven models can be combined to offer an affordable $\mathbf{N}_{2} \mathbf{O}$ sensing solution for making reasonably accurate estimates. In the present work we gathered soil, weather, and N2O emissions data using infield sensors from a test plot at a Canadian smart farm during the 2021, 2022, and 2024 growing seasons. We performed N2O prediction experiments that involved predicting 2022 emissions by using models trained using 2024 and/or 2021 data. We compared the hybrid long short-term memory (LSTM) - Dynamic Land Ecosystem Model (DLEM) model (LSTM-DLEM) to other datadriven models. When using only 2021 training data, LSTMDLEM was the best performing model, achieving $0.39 \mathbf{R}^{2}$. When using different features and including 2024 training data, LSTM was the best performing model, achieving $0.40 \mathrm{R}^{2}$, and LSTMDLEM did poorly, although LSTM-DLEM was the only model that best captured the large scale of the emissions at the very start of the season. Our results show that the idea of combining data-driven models with process-based models has the potential to improve $\mathbf{N}_{2} \mathbf{O}$ emission prediction model performance.
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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 | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| 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 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 ».