參考作物蒸散量（Reference Evapotranspiration, ET0）的準(zhǔn)確估算對區(qū)域水資源管理和分配、流域水量平衡以及氣候變化等研究具有重要作用。新疆地處我國西北干旱地區(qū),水資源供需矛盾尖銳,精確估算該地區(qū)的ET0有助于其科學(xué)合理地調(diào)配水資源,緩解水資源供需壓力。FAO推薦的Penman-Monteith法是計(jì)算ET0的標(biāo)準(zhǔn)方法,但該方法需要多項(xiàng)氣象因子,而新疆地區(qū)氣象站點(diǎn)較少且分布不均,精確完備的氣象數(shù)據(jù)在新疆大部分區(qū)域難以獲取。因此,如何使用有限氣象因子獲取高精度的ET0在新疆地區(qū)備受關(guān)注。本文基于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的新疆地區(qū)1980—2019年的地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集,在日和月尺度下,通過對最高氣溫Tmax、最低氣溫Tmin、平均氣溫Tavg、風(fēng)速U2、相對濕度RH和日照時數(shù)n共6項(xiàng)氣象因子進(jìn)行敏感性分析,形成不同的氣象因子組合;然后使用SVM、RF、GBDT和ELM 4種機(jī)器學(xué)習(xí)算法,以FAO-56 PM計(jì)算值為標(biāo)準(zhǔn)值,對新疆地區(qū)的ET0進(jìn)行了擬合建模;最后,從擬合精度、穩(wěn)定性和計(jì)算代價3個方面對模型進(jìn)行評價。研究表明:①在新疆地區(qū),ET0對RH、Tmax和U2... 

【文章來源】：地球信息科學(xué)學(xué)報. 2020,22(08)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

新疆區(qū)域41個氣象站點(diǎn)分布情況

本文技術(shù)路線如圖2所示，首先需做3個方面的準(zhǔn)備：(1)通過對氣象因子進(jìn)行敏感性分析，形成不同的氣象因子組合，作為輸入?yún)?shù)；(2)使用FAO-56PM公式計(jì)算ET0，作為算法訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)值；(3)對數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理，分割為訓(xùn)練集和測試集。然后，使用訓(xùn)練集對SVM、RF、GBDT和ELM 4種機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練，獲得相應(yīng)的模型。最后，本文將從精度、穩(wěn)定性和計(jì)算代價3個方面對模型進(jìn)行評價。3.2 氣象因子敏感性分析

在日尺度上，SVM精度高于GBDT，而在月尺度，GBDT與SVM精度相當(dāng)。這是由于GBDT是基于樹的集成模型，其原理以解決離散的分類問題為目標(biāo)，導(dǎo)致其在用于連續(xù)的回歸問題時，與其他模型相比，對數(shù)據(jù)分布的連續(xù)性依賴較高。而本文所使用的月尺度數(shù)據(jù)是由日尺度數(shù)據(jù)平均得到，與日尺度數(shù)據(jù)相比，數(shù)據(jù)的特征分布被縮小，因此GBDT更容易學(xué)習(xí)到精度高的模型。GBDT在兩種時間尺度上，精度都高于RF，這主要是因?yàn)镚BDT在訓(xùn)練過程中，后一顆樹會對前一顆樹的較差結(jié)果進(jìn)行權(quán)值校正，逐步提升擬合結(jié)果；而平均方法的RF，無法對精度較差的樹進(jìn)行校正，若精度較差的樹的數(shù)量較多，模型最終精度將被降低。ELM算法得到的模型整體上精度比其他算法差，但對比其在測試集和訓(xùn)練集的精度，并沒有過擬合現(xiàn)象。Wen等[2]曾在干旱區(qū)對比了SVM和ANN對日ET0的擬合效果，發(fā)現(xiàn)ANN模型精度低于SVM模型，與本文結(jié)果一致。因此，ELM模型較差的主要原因在于其是一種單隱藏層ANN模型，與其他模型相比，對干旱區(qū)域蒸散的復(fù)雜過程擬合效果較差。圖4 日尺度和月尺度下機(jī)器學(xué)習(xí)模型的計(jì)算代價折線圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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