Multiple spatio-temporal scale runoff forecasting and driving mechanism exploration by K-means optimized XGBoost and SHAP

地表径流 可解释性 计算机科学 环境科学 水文模型 比例(比率) 聚类分析 空间生态学 混乱 数据挖掘 水文学(农业) 机器学习 气候学 地图学 地质学 生态学 心理学 岩土工程 地理 精神分析 生物
作者
Shuo Wang,Hui Peng
出处
期刊:Journal of Hydrology [Elsevier BV]
卷期号:630: 130650-130650 被引量:106
标识
DOI:10.1016/j.jhydrol.2024.130650
摘要

Hydrological simulations have seen extensive use of machine learning (ML) models. However, the existing ML models face challenges in effectively handling temporal and spatial heterogeneity of the driving features and transparency of features. To improve the runoff prediction ability of ML and the confusion of runoff generation mechanism interpreted by ML, this study combined K-means with XGBoost (Extreme gradient boosting,) and SHAP (Shapely additive explanations,) to develop an interpretable ML-based hydrological model (KXGBoost) across the Continental United States as a case study. The results show that K-means clustering based on the interpretation of SHAP can effectively capture the temporal and spatial heterogeneity of runoff-driven features. And the performance and interpretability of data-driven hydrological models in runoff simulation can be significantly improved by KXGBoost. KXGBoost yields an NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency) of 0.803 and 0.596 during the training and testing, respectively, representing an improvement of 0.089 and 0.029 as compared to the XGBoost model. KXGBoost has demonstrated its ability to identify multiple runoff generation mechanisms under multiple spatio-temporal perspectives. This study provided a novel perspective for understanding hydrological processes and improving runoff simulation and demonstrates the potential of ML-based hydrological models in water resources management.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
1秒前
2秒前
3秒前
4秒前
M_vil发布了新的文献求助30
4秒前
高兴吐司发布了新的文献求助10
4秒前
快乐顽童发布了新的文献求助10
5秒前
Au_应助53715采纳,获得10
6秒前
6秒前
饭先生发布了新的文献求助10
7秒前
mumu应助求索至真采纳,获得10
7秒前
xiaolizi发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
爆米花应助五条悟采纳,获得10
8秒前
传奇3应助dbc采纳,获得10
8秒前
LZY发布了新的文献求助20
8秒前
liuzhuohao应助陈y采纳,获得10
8秒前
fancycow发布了新的文献求助10
8秒前
今后应助谢lingchen采纳,获得10
8秒前
科研通AI6.3应助hajimi采纳,获得10
9秒前
10秒前
qifeng发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
emmmm发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
DingbangLiu完成签到,获得积分10
11秒前
ycmmiyh完成签到 ,获得积分10
11秒前
Owen应助平淡的香岚采纳,获得10
11秒前
爆米花应助简单的绿茶采纳,获得10
12秒前
NexusExplorer应助李卓航采纳,获得10
12秒前
零知识发布了新的文献求助10
13秒前
zhangnan发布了新的文献求助10
14秒前
Mormansm完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
14秒前
bob完成签到,获得积分20
14秒前
漂泊完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
15秒前
高分求助中
Cronologia da história de Macau 5000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 500
用于植入式医疗器械的馈通设计与实现 400
Animalia: Animal and Human Interaction in the Early Medieval English World (Exeter Studies in Medieval Europe) 400
Synfacts Issue 07 · Volume 22 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7135838
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8784964
关于积分的说明 18571905
捐赠科研通 6721538
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3153807
关于科研通互助平台的介绍 2279743
邀请新用户注册赠送积分活动 2128234