Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2507.04802v1

帮助 | 高级搜索

物理学 > 大气与海洋物理

arXiv:2507.04802v1 (physics)
[提交于 2025年7月7日 ]

标题: 可解释机器学习用于城市热缓解:多尺度驱动因素的归因与加权

标题: Interpretable Machine Learning for Urban Heat Mitigation: Attribution and Weighting of Multi-Scale Drivers

Authors:David Tschan, Zhi Wang, Jan Carmeliet, Yongling Zhao
摘要: 城市热岛(UHIs)在热浪(HWs)期间通常会加剧,并对公共健康构成风险。 缓解城市热岛需要城市规划者首先估计不同土地利用类型(LUTs)和驱动因素如何在不同尺度上影响城市热环境——从大尺度的气候背景过程到小尺度的城市特征和尺度衔接特征。 本研究提出将这些驱动因素分别分类为驱动(D)、城市(U)和局部(L)特征。 为了提高可解释性并增强计算效率,提出了一种区分土地利用类型的机器学习方法,作为天气研究和预报模型耦合单层城市冠层模型(WRF-SLUCM)的快速模拟器,用于预测地表温度(TSK)和2米空气温度(T2)。 使用在2017年和2019年瑞士苏黎世热浪(HW)期间WRF-SLUCM输出上训练的随机森林(RFs)和极端梯度提升(XGB),本研究提出了基于土地利用类型的(LB)模型,该模型根据尺度和实际可控性对特征进行分类,允许选择性地进行类别加权。 这种方法使得可以对T2和TSK对最重要小尺度驱动因素——尤其是表面发射率、反照率和叶面积指数(LAI)进行特定类别的特征排序和敏感性估计。 采用LB框架的模型在统计学上比不采用该框架的模型更准确,当在训练中包含更多热浪数据时表现更好。 由于RF-XGB在单位权重下表现出色,该方法显著提高了可解释性。 尽管需要减少统计不确定性并在其他城市测试该方法,但所提出的方法为城市规划者提供了一个以可行性为中心的城市热岛缓解评估的直接框架。
摘要: Urban heat islands (UHIs) are often accentuated during heat waves (HWs) and pose a public health risk. Mitigating UHIs requires urban planners to first estimate how urban heat is influenced by different land use types (LUTs) and drivers across scales - from synoptic-scale climatic background processes to small-scale urban- and scale-bridging features. This study proposes to classify these drivers into driving (D), urban (U), and local (L) features, respectively. To increase interpretability and enhance computation efficiency, a LUT-distinguishing machine learning approach is proposed as a fast emulator for Weather Research and Forecasting model coupled to a Single-Layer Urban Canopy Model (WRF-SLUCM) to predict ground- (TSK) and 2-meter air temperature (T2). Using random forests (RFs) with extreme gradient boosting (XGB) trained on WRF-SLUCM output over Zurich, Switzerland, during heatwave (HW) periods in 2017 and 2019, this study proposes LUT-based (LB) models that categorize features by scales and practical controllability, allowing optional categorical weighting. This approach enables category-specific feature ranking and sensitivity estimation of T2 and TSK to most important small-scale drivers - most notably surface emissivity, albedo, and leaf area index (LAI). Models employing the LB framework are statistically significantly more accurate than models that do not, with higher performance when more HW data is included in training. With RF-XGB robustly performing optimal with unit weights, the method substantially increase interpretability. Despite the needs to reduce statistical uncertainties and testing the method on other cities, the proposed approach offers urban planners a direct framework for feasibility-centered UHI mitigation assessment.
评论: 32页,7图,2表
主题: 大气与海洋物理 (physics.ao-ph) ; 机器学习 (cs.LG)
引用方式: arXiv:2507.04802 [physics.ao-ph]
  (或者 arXiv:2507.04802v1 [physics.ao-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.04802
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

提交历史

来自: David Tschan [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 7 日 09:21:45 UTC (4,505 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
physics.ao-ph
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-07
切换浏览方式为:
cs
cs.LG
physics

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号