冯德锃1 万锦1 蒋任飞1 彭莹1 魏玲娜2,3
1.中水珠江规划勘测设计有限公司,广东 广州 510610;
2.南京信息工程大学 水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室,江苏 南京 210044;
3.南京信息工程大学 水文与水资源工程学院,江苏 南京 210044
FENG Dezeng1 WAN Jin1 JIANG Renfei1 PENG Ying1 WEI Lingna2,3
1. China Water Resources Pearl River Planning Surveying & Designing Co., Ltd., Guangzhou 510610;
2. Key Laboratory of Hydro-Meteorological Disasters Mechanism and Warning, Ministry of Water Resources, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, Jiangsu, China;
3. College of Hydrology and Water Resources, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, Jiangsu, China
摘要:
中长期径流成因机制复杂,确定性预测模型误差不可避免,发掘误差成分中的径流特性可以进一步提升预测模型的预测精度。研究提出一种基于极端梯度提升(XGBoost)误差修正的长短期记忆神经网络(LSTM)月径流集成预测模型,构建上游——中游、中游——下游和上游——下游三个方向的信息流分析,采用皮尔逊相关系数筛选与月径流高相关性的气象因子作为模型输入变量,通过LSTM模型进行径流预测并获取预测误差,利用XGBoost进行误差预测,利用SHAP对研究区南盘江流域上、中、下游代表站西桥站、小龙潭站和天生桥站的误差序列进行分析,结果显示,气温、地温、气压等在一次预测中未曾利用的气象因子,其内涵特征则在二次误差预测中被发掘利用,最后将XGBoost预测误差与LSTM预测结果进行加和,获得LSTM-XGBoost集成模型的预测结果。LSTM-XGBoost集成预测模型在南盘江流域上、中、下游径流预测中,纳什效率系数可分别达到0.82、0.81和0.82,将其与随机森林模型、BP模型、单一LSTM模型、单一XGBoost模型等进行比较,发现LSTM-XGBoost集成预测模型具有更高的预测精度和可靠性。