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Enregistrement W7161988022 · doi:10.82308/17053

Machine learning framework for investigating biases in a regional climate model simulated surface soil moisture

2023· dissertation· en· W7161988022 sur OpenAlexaboutno aff
Francisco Andree Ramirez Casas

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typedissertation
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueClimate variability and models
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésEmulationClimate changeRandom forestClimate modelVariable (mathematics)Identification (biology)DownscalingGridAdaptation (eye)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Development of climate change mitigation and adaptation strategies, particularly for engineering systems, require information on the future evolution of various climatic variables/loads, including those related to soil moisture, which are mostly obtained from transient climate change simulations performed with high-resolution climate models. Developing credible high-resolution models, particularly in the identification of biases and their causalities for subsequent improvements, is computationally expensive. This study presents an efficient machine learning framework to assist in the causal analysis of biases in climate model simulated fields at significantly reduced computational costs. The framework consists of a two-step approach. The first step involves the development of a random forest (RF) powered emulator, trained on observed data of the climate variable of interest and related predictors. The second step involves, emulations of the climate variable of interest with the RF model, developed in step one, by replacing the observed predictors with those from the climate model. The assumption is that comparing these emulations with that of a reference emulation driven by all observed predictors can shed light on the contribution of respective predictor biases to the biases in the variable of interest. The proposed framework is applied to understand biases in the regional climate model GEM (Global Environmental Multiscale) simulated surface soil moisture (SSM), for the April-September period, over a domain covering part of north-east Canada. Two approaches to build random forest (RF) models are examined in step 1: a domain-based single model and a collection of grid cell-based models. In the absence of gridded observed predictors and target variable (i.e., SSM), those derived from a reanalysis product, ERA5, are used to train and validate the RF models. Given the superior performance of the grid-cell based models, compared to the domain-based one, the reference SSM required in step 2 is generated from these. Comparison of emulations with ERA5 predictors replaced with those from GEM with the reference emulation helps to quantify the contribution of predictor biases to SSM biases in GEM; Biases in water availability, relative humidity and 2-m temperature are mostly responsible for the biases in GEM simulated SSM, but vary in space, with bias contributions being important over regions where the respective predictor was identified to influence SSM based on a predictor importance analysis. The study thus demonstrates the ability of the proposed framework in narrowing down the sources of biases in climate model simulated field – with slightly reduced skill for heavily perturbed GEM simulation as the predictors in this case come from outside of the predictor space used to train the RF model, which can inform targeted climate model developments, thereby reducing computational costs

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,010
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,021

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,010
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,068
Tête enseignante GPT0,319
Écart entre enseignants0,251 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2023
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