Identifying streamflow changes in western North America from 1979 to 2021 using Deep Learning approaches
Notice bibliographique
Résumé
Streamflow in Western North America (WNA) has been experiencing pronounced changes in terms of volume and timing over the past century, primarily driven by natural climate variability and human-induced climate changes. This thesis advances on previous work by revealing the most recent streamflow changes in WNA using a comprehensive suite of classical hydrometric methods along with novel Deep Learning (DL) based approaches for change detection and classifica- tion. More than 500 natural streams were included in the analysis across western Canada and the United States. Trend analyses based on the Mann-Kendall test were conducted on a wide selection of classic hydrometric indicators to represent varying aspects of streamflow over 43 years from 1979 to 2021. A general geograph- ical divide at approximately 46◦N degrees latitude indicates that total streamflow is increasing to the north while declining to the south. Declining late summer flows (July–September) were also widespread across the WNA domain, coinciding with an overall reduction in precipitation. Some changing patterns are regional specific, including: 1) increased winter low flows at high latitudes; 2) earlier spring freshet in Rocky Mountains; 3) increased autumns flows in coastal Pacific North- west; and 4) dramatic drying in southwestern United States. In addition to classic hydrometrics, trend analysis was performed on Latent Features (LFs), which were extracted by Variation AutoEncoder (VAE) from raw streamflow data and are considered “machine-learned hydrometrics”. Some LFs with direct hydrological implications were closely associated with the classical hydrometric indicators such as flow quantity, seasonal distribution, timing and magnitude of freshet, and snow- to-rain transition. The changing patterns of streamflows revealed by LFs show direct agreement with the hydrometric trends. By reconstructing hydrographs from select LFs, VAE also provides a mechanism to project changes in streamflow patterns in the future. Furthermore, a parametric t-SNE method based on DL technology was developed to visualize similarity among a large number of hydro- graphs on a 2-D map. This novel method allowed fast grouping of hydrologically similar rivers based on their flow regime type and provides new opportunities for streamflow classification and regionalization.
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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) | 0,000 | 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 | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 ».