1 引言
2 研究区概况与数据来源
2.1 青海湖流域概况
2.2 数据来源
表1 再分析数据的大气和表面变量概述Table 1 Overview of atmospheric and surface variables from reanalysis data |
| 数据 | 时间范围 | 空间分辨率 | 时间分辨率 | 气压层 | 大气变量 | 地表变量 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ERA5 | 1959 -2017年 | 0.25°×0.25° | 1 h | 50~1000 hPa | RH, T, U, V, W | Cloud, Precip, SLP, SW, t2m, td2m, LW |
表2 再分析数据的大气和表面变量的符号列表Table 2 Symbol list of atmospheric and surface variables derived from reanalysis data |
| 符号 | 变量名称 | 符号 | 变量名称 |
|---|---|---|---|
| Cloud | 云量 | SW | 入射短波辐射 |
| td2m | 表面以上2 m处的露点温度 | T | 气温 |
| LW | 出射长波辐射 | t2m | 空气温度2 m以上 |
| Precip | 降水 | U | 东风 |
| RH | 相对湿度 | V | 北风 |
| SLP | 平均海平面气压 | W | 垂直风速 |
3 研究方法
3.1 数据处理
3.2 模型构建
表 3 模型特征和复杂性分类概述Table 3 Overview of model characteristics and complexity classification |
| 模型 | 模型类型 | 模型结构 | 超参数 | 模型复杂度 |
|---|---|---|---|---|
| MLR | 参数 | 线性 | 无 | 基础(0) |
| RF | 非参数 | 分段线性集成平均 | 树的数量、 修剪标准(如最大深度或每个节点或叶子的样本数量) | 简单(1) |
| SVM | 非参数 | 非线性核 | Epsilon管、 L2正则化、 容差、 核类型、 C | 中等(2) |
| MLP | 非参数 | 非线性隐藏层 | 隐藏层数量、 激活函数、 求解器、 L2正则化、 学习率、 迭代次数、 容差 | 复杂(2) |
| LSTM | 非参数 | 非线性LSTM单元 | LSTM单元数量、 学习率、 批次大小、 优化器、 训练轮数 | 复杂(3) |
图3 特征选择和模型构建的工作流程 xt 为时间步t的输入, ht 为时间步t的隐藏状态, 包含当前和之前时间步的信息, ot 为时间步t的输出, W为前一隐藏状态ht-1 到当前隐藏状态的权重矩阵, U为输入xt 到隐藏状态的权重矩阵, V为隐藏状态ht 到输出ot 的权重矩阵Fig.3 Workflow of feature selection and model development.At time step t, xₜ is the input; hₜ is the hidden state, which contains both current and previous information; and oₜ is the output.The weight matrix W connects the previous hidden state hₜ₋₁ to hₜ, U maps xₜ to hₜ, and V maps hₜ to oₜ |
3.3 评估方法
4 结果分析
4.1 重要性分析
表4 特征变量的重要性排序Table 4 Feature importance ranking |
| 排序 | 变量 | 排序 | 变量 | 排序 | 变量 | 排序 | 变量 | 排序 | 变量 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | NAO | 11 | t2m | 21 | W150 | 31 | W400 | 41 | RH1000 |
| 2 | AMO | 12 | RH350 | 22 | W250 | 32 | V600 | 42 | V150 |
| 3 | Precip | 13 | T150 | 23 | U150 | 33 | d2m | 43 | V200 |
| 4 | W1000 | 14 | RH200 | 24 | U200 | 34 | V50 | 44 | U450 |
| 5 | RH400 | 15 | RH250 | 25 | W350 | 35 | U500 | 45 | U250 |
| 6 | LW | 16 | W100 | 26 | RH550 | 36 | T100 | 46 | W450 |
| 7 | T1000 | 17 | RH150 | 27 | V1000 | 37 | W50 | 47 | RH600 |
| 8 | RH450 | 18 | U1000 | 28 | RH50 | 38 | W500 | 48 | V250 |
| 9 | Niño3.4 | 19 | SW | 29 | V500 | 39 | U350 | 49 | V100 |
| 10 | RH100 | 20 | RH300 | 30 | W300 | 40 | SLP | 50 | V550 |