极限梯度提升和长短期记忆网络相融合的土壤温度预测

• 作者: 于繁华 刘光洁 孙明玉 张嵛 李清亮 耿庆田 蔡凯旋
• 来源期刊: 光学精密工程
• 学科: 地球科学
• 关键词: 土壤温度预测 长短期记忆网络 极限梯度提升 特征重要性 数据驱动方法
• 年，卷（期）: 2020,（10）
• 所属期刊栏目: 信息科学
• 页码范围: 2337-2348
• 页数: 12页
• 分类号: P401|P343.8
• 语种: 中文
• DOI: 10.37188/OPE.20202810.2337

摘要

土壤温度是地球科学多个领域的重要变量.其时空变化受多种环境因素影响,这对土壤温度的准确预测带来巨大挑战.以机器学习为核心的数据驱动方法,在土壤温度预测中是重要研究领域,为基于物理过程模型提供重要补充.然而目前针对土壤温度影响因素量性研究较少,因此本文提出XGBoost-LSTM的数据驱动方法.基于极限梯度提升算法(XGBoost)分析土壤温度影响因素的重要性,然后根据影响因素重要性依次组合,并输入至长短期记忆网络(LSTM),得到最优预测模型并实现土壤温度预测.最后在长白山和海北两个气象站完成实验,本文方法的最优均方根误差为2.234、平均绝对误差为1.716、纳什效率系数为0.932、LMI系数为0.729和威尔莫特一致性指数为0.983.结果表明本文提出的XGBoost-LSTM预测模型与目前土壤温度中常用的数据驱动模型相比,均表现出更高的精确度.