《Water》:Multi-Day Salinity Forecasting in the Vietnamese Mekong Delta: Horizon-Dependent Performance and Interpretation of XGBoost, LSTM, and a Weighted Hybrid
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短期盐度预报可支持受潮汐影响的三角洲水管理,但模型性能可能随预报时效(lead time)而变化。本研究比较了极端梯度提升(XGBoost)、长短期记忆网络(LSTM)和一种加权混合模型,用于在越南湄公河三角洲的Vam Kenh站提前1至5天预报日平均盐度。研
短期盐度预报可支持受潮汐影响的三角洲水管理,但模型性能可能随预报时效(lead time)而变化。本研究比较了极端梯度提升(XGBoost)、长短期记忆网络(LSTM)和一种加权混合模型,用于在越南湄公河三角洲的Vam Kenh站提前1至5天预报日平均盐度。研究人员利用来自六个干季(2020–2025年2–5月)的721个日观测值,通过季节性时间序列交叉验证在2020–2024年上训练和调优模型,并在完整的2025年干季上独立测试。研究人员针对每个预报时效拟合了一个直接模型,并仅从开发期的折外(out-of-fold)预测中导出混合权重。XGBoost在1至3天预报中为较强的基础模型(第1天RMSE 1.158 g/L;NSE 0.867),而LSTM在第5天优于XGBoost(RMSE 1.657对1.890 g/L;NSE 0.735对0.656)。混合模型在每个预报时效上给出最佳或并列最佳的估计(第5天RMSE 1.611 g/L;NSE 0.750),尽管其相对于最佳基础模型的改进幅度不大(RMSE改进0–3.2%)。仅基于开发期残差校准的经验90%预测区间在测试季的覆盖率为0.97–1.00,表明区间宽度保守。SHAP和置换分析识别出近期盐度、干季时令和上游水文条件为预测信息的主要来源,其相对重要性随架构和预报时效而变化。结果表明在单站点和单独立测试季中模型具有时效依赖的互补性,而非空间可迁移性或运行就绪性。
盐度入侵是河口环流的自然组成部分,但其强度、持续时间和向陆延伸范围增大,正对淡水供应、农业生产和海岸生态系统产生显著风险。越南湄公河三角洲(VMD)地势低平、河网密布,干季上游径流减弱,盐度入侵尤为突出。基于过程的数值模型虽物理机制清晰,但需要精细的地形和边界条件、大量校准及高计算成本;数据驱动模型在连续观测充分时提供了互补途径。已有研究表明,不同算法在不同地点、资料长度、水文条件和预报时效下的相对表现差异显著,尚无算法具有普遍优越性。因此,需要系统评估结构不同的模型在多日盐度预报中的时效依赖互补性,并检验仅由训练期折外预测校准的时效特定混合权重,能否在完全独立的季节中提供一致改进。
研究人员在越南湄公河三角洲Cua Tieu分汊的Vam Kenh站开展研究,目标是预报未来1至5天的日平均盐度。研究使用2020—2024年2—5月干季的721个日观测进行模型开发,采用季节性时间序列交叉验证调整超参数,并将2025年完整干季作为独立测试集。研究比较了极端梯度提升(XGB