| تعداد نشریات | 127 |
| تعداد شمارهها | 7,140 |
| تعداد مقالات | 76,861 |
| تعداد مشاهده مقاله | 154,555,020 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 116,593,562 |
بازسازی دادههای گمشده اقلیمی با استفاده از ترکیب روش بازسازی چندگانه با معادلات زنجیرهای (MICE) و مدلهای تقویتی یادگیری ماشین در حوضه آبریز دریاچه ارومیه | ||
| تحقیقات آب و خاک ایران | ||
| دوره 57، شماره 2، اردیبهشت 1405، صفحه 467-489 اصل مقاله (1.79 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/ijswr.2026.406383.670053 | ||
| نویسندگان | ||
| محمد شایاننژاد* ؛ محمد جمالی؛ سعید اسلامیان | ||
| گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران | ||
| چکیده | ||
| در دسترس بودن دادههای کامل و دقیق اقلیمی، نقش کلیدی در تحلیلهای اقلیمشناسی، مطالعات هیدرولوژیکی و مدیریت منابع آب دارد. با این حال، دادههای ثبتشده در ایستگاههای هواشناسی معمولاً با گمشدگی مواجهاند که در صورت بازسازی نادرست میتواند موجب انحراف در نتایج مدلسازی شود. در این پژوهش، بهمنظور بازسازی دادههای گمشده اقلیمی در شش ایستگاه منتخب تبریز، بناب، ارومیه، مراغه، سقز و سراب، واقع در حوضه آبریز دریاچه ارومیه، چهار مدل شامل MICE، MICE–GBR، MICE–XGB و MICE–LGBM مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. برای ارزیابی کارایی مدلها از شاخصهای آماری R2، NRMSE، |PBIAS| و KGE استفاده شد. نتایج نشان داد مدلهای ترکیبی مبتنی بر الگوریتمهای تقویتی نسبت به مدل پایه MICE عملکرد دقیقتر و باثباتتری دارند. در میان آنها، مدل MICE–XGB با میانگین R2 بالاتر از 90/0 و KGE بیش از 92/0 در اغلب ایستگاهها بهترین نتایج را ارائه داد. کمترین خطاها در متغیرهای دمایی و بیشترین در متغیرهای وابسته به ابرناکی مشاهده شد. مقدار |PBIAS∣ در تمام مدلها کمتر از 025/0 درصد بود که نشاندهنده عدم وجود بایاس سیستماتیک قابل توجه است. همچنین مقایسه زمان اجرای مدلها نشان داد روشهای تقویتی علیرغم دقت بالا، از نظر محاسباتی بهینه و مقرونبهصرفه هستند. در مجموع، یافتهها بیانگر کارایی بالای مدلهای ترکیبی MICE با یادگیری تقویتی در بازسازی دادههای اقلیمی و پیشنهاد بهکارگیری آنها در تحلیلهای اقلیمی و هیدرولوژیکی آتی است. | ||
| کلیدواژهها | ||
| الگوریتم MICE؛ بازسازی دادههای گمشده؛ حوضه آبریز دریاچه ارومیه؛ متغیرهای اقلیمی؛ یادگیری تقویتی | ||
| مراجع | ||
|
Afrifa-Yamoah, E., Mueller, U. A., Taylor, S. M., & Fisher, A. J. (2020). Missing data imputation of high-resolution temporal climate time series data. Meteorological Applications, 27(1), e1873. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/met.1873 Alejo-Sanchez, L. E., Márquez-Grajales, A., Salas-Martínez, F., Franco-Arcega, A., López-Morales, V., Acevedo-Sandoval, O. A., González-Ramírez, C. A., & Villegas-Vega, R. (2025). Missing data imputation of climate time series: A review. MethodsX, 15, 103455. https://doi.org/10.1016/j.mex.2025.103455 Azur, M. J., Stuart, E. A., Frangakis, C., & Leaf, P. J. (2011). Multiple imputation by chained equations: what is it and how does it work? International Journal of Methods in Psychiatric Research, 20(1), 40-49. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/mpr.329 Chen, T., & Guestrin, C. (2016). XGBoost: A Scalable Tree Boosting System Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining, San Francisco, California, USA. https://doi.org/10.1145/2939672.2939785 Costa, T., Falcão, B., Mohamed, M. A., Annuk, A., & Marinho, M. (2024). Employing machine learning for advanced gap imputation in solar power generation databases. Sci Rep, 14(1), 23801. https://doi.org/10.1038/s41598-02-74342-2 Davari, S., Eslamian, S., Jamali, M., & Safavi, H. R. (2025). Application of Machine Learning Algorithms for Groundwater Level Prediction in the Najafabad Plain. Sci Rep. Farzandi, M., Sanaeinejad, H., Rezaei-Pazhan, H., & Sarmad, M. (2022). Improving estimation of missing data in historical monthly precipitation by evolutionary methods in the semi-arid area. Environment, Development and Sustainability, 24(6), 8313-8332. https://doi.org/10.1007/s10668-021-01784-4 Fazel Najafabadi, E., & Shayannejad, M. (2025). Evaluation the efficiency of machine learning boosting methods for estimating the water quality index of the Zayandeh Rood River. Iranian Journal of Soil and Water Research, 56(5), 1355-1378. https://doi.org/10.22059/ijswr.2025.392173.-669906 Friedman, J. H. (2001). Greedy Function Approximation: A Gradient Boosting Machine. The Annals of Statistics, 29(5), 1189-1232. http://www.jstor.org/stable/2699986 Golkhatmi, N. S. N., & Farzandi, M. (2024). Enhancing Rainfall Data Consistency and Completeness: A Spatiotemporal Quality Control Approach and Missing Data Reconstruction Using MICE on Large Precipitation Datasets. Water Resources Management, 38(3), 815-833. https://doi.org/10.1007/s11269-023-03567-0 Gupta Hoshin, V., Sorooshian, S., & Yapo Patrice, O. (1999). Status of Automatic Calibration for Hydrologic Models: Comparison with Multilevel Expert Calibration. Journal of Hydrologic Engineering, 4(2), 135-143. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(1999)4:2 Gupta, H. V., Kling, H., Yilmaz, K. K., & Martinez, G. F. (2009). Decomposition of the mean squared error and NSE performance criteria: Implications for improving hydrological modelling. Journal of Hydrology, 377(1), 80-91. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.20 Hasanpour Kashani, M., & Dinpashoh, Y. (2012). Evaluation of efficiency of different estimation methods for missing climatological data. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 26(1), 59-71. https://doi.org/10.1007/s00477-011-053 Hersbach, H., Bell, B., Berrisford, P., Hirahara, S., Horányi, A., Muñoz-Sabater, J., Nicolas, J., Peubey, C., Radu, R., Schepers, D., Simmons, A., Soci, C., Abdalla, S., Abellan, X., Balsamo, G., Bechtold, P., Biavati, G., Bidlot, J., Bonavita, M., . . . Thépaut, J.-N. (2020). The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146(730), 1999-2049. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/qj.3803 Hosseinpour, S., Sharafati, A., & Abghari, H. (2025). Downscaling of two selected GCM data using a hybrid deep learning method of Wavelet-CNN-LSTM in Iran. Theoretical and Applied Climatology, 156(9): 459. DOI:10.1007/s00704-025-05685-8 Jääskeläinen, E., Manninen, T., Hakkarainen, J., & Tamminen, J. (2022). Filling gaps of black-sky surface albedo of the Arctic sea ice using gradient boosting and brightness temperature data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 107, 102701. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jag.2022.1 Davari, S., Elamian, S., Jamali, M., & Safavi, H. R. (2025). Application of machine learning algorithms for groundwater level prediction in the Najafabad plain. Scientific Reports, 14(3), 743-752. https://doi.org/10.1038/s41598-025-32376-1 Jamali Jezeh, M., Shayannejad, M., & Hejazi, S. M. (2020). Evaluation the Performance of Filters Made of BC, PET and PP Textiles in Removing Oil Contaminants from Water [Research]. Journal of Water and Soil Science, 24(4), 295-312. https://doi.org/10.47176.jwss.24.4.42931 Jamali, M., Gohari, A., & Akhavan Saraf, G. (2024). Spatiotemporal evaluation of temperature and precipitation extremes indices over Iran under the influence of climate change. Water and Irrigation Management, 14(3), 743-752. https://doi.org/10.22059/jwim.2024.374814.1156 Jamali, M., Eslamian, S., Shayannejad, M., & Gohari, A. (2026). Observed warming–driven aridification and climate-type transitions across Iran. Journal of Arid Environments, 19(2), -. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2026.105606 Ke, G., Meng, Q., Finley, T., Wang, T., Chen, W., Ma, W., Ye, Q., & Liu, T.-Y. (2017). Lightgbm: A highly efficient gradient boosting decision tree. Advances in neural information processing systems, 30. Khosravi, G., Nafarzadegan, A. R., Nohegar, A., Fathizadeh, H., & Malekian, A. (2015). A modified distance-weighted approach for filling annual precipitation gaps: application to different climates of Iran. Theoretical and Applied Climatology, 119(1), 33-42. https://doi.org/10.1007/s00704-014-1091-5 Knoben, W. J. M., Freer, J. E., & Woods, R. A. (2019). Technical note: Inherent benchmark or not? Comparing Nash–Sutcliffe and Kling–Gupta efficiency scores. Hydrol. Earth Syst. Sci., 23(10), 4323-4331. https://doi.org/10.5194/hess-23-4323-2019 Legates, D. R., & McCabe Jr, G. J. (1999). Evaluating the use of “goodness-of-fit” Measures in hydrologic and hydroclimatic model validation. Water Resources Research, 35(1), 233-241. https://doi.org/https://doi.org/10.1029/1998WR900018 Little, R., & Rubin, D. (1987). Multiple imputation for nonresponse in surveys. Wiley, 10, 9780470316696. Matinzadeh, M. m., Fattahi, R., Shayanzadeh, M., & Abdollahi, K. (2013). Estimation and Reconstruction of Annual Maximum 24-H Rainfall Data Using Combination of Genetic Algorithm and Artificial Neural Networks Models (Case Study: Chaharmahal va Bakhtiyari Province). ijwmse, 7(22), 53. http://jwmsei.ir/article-1-245-fa.html
Plein, M., Feigel, G., Zeeman, M., Dormann, C. F., & Christen, A. (2025). Using Gradient Boosting for gap-filling to analyze temperature and humidity patterns in an urban weather station network in Freiburg, Germany. Urban Climate, 62, 102496. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.uclim.2025.102496 Schafer, J. L., & Graham, J. W. (2002). Missing data: Our view of the state of the art. Psychological Methods, 7(2), 147-177. https://doi.org/10.1037/1082-989X.7.2.147 Van Buuren, S. (2000). Multivariate imputation by chained equations: MICE V1. 0 user's manual. Leiden: TNO. Van Buuren, S., & Groothuis-Oudshoorn, K. (2011). mice: Multivariate imputation by chained equations in R. Journal of statistical software, 45, 1-67. Willmott, C. J. (1981). ON THE VALIDATION OF MODELS. Physical Geography, 2(2), 184-194. https://doi.org/10.1080/02723646.1981.10642213 | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 48 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 34 |
||