地球物理学论文_随机森林模型在径流变化归因分
文章摘要:气候变化和人类活动是影响流域径流变化的两大因素， 定量识别二者对流域径流的影响对水资源合理开发和流域综合治理具有重要意义。随机森林模型作为一种易于使用的机器学习方法， 被越来越多地应用于水文学领域，然而随机森林模型在径流变化归因分析中是否具有适用性值得探讨。本文以永定河上游的洋河流域为例， 基于随机森林模型对流域径流进行了模拟，采用径流影响评价模型定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率; 并利用基于物理机制的SWAT模型对研究结果进行了对比验证。研究结果表明: 1)在对不同子流域径流模拟效果方面， SWAT分布式水文模型对东洋河（柴沟堡东站）、南洋河（柴沟堡南站）、洋河（响水堡站）流域突变前的径流量模拟结果较为可信， 3个流域率定期和验证期的R2均在0.65以上， 纳什系数（NSE）也大部分在0.65以上; 随机森林模型对3个流域模拟径流的NSE和R2多在0.8以上， 均高于SWAT模型的NSE和R2，随机森林模型模拟表现优于SWAT模型; 2)对比验证发现， 基于随机森林模型和SWAT模型的流域径流变化归因分析结果较为相近， 人类活动是导致永定河上游流域径流变化的主要原因， 对径流减少的贡献率约为84.3%～97.6%。总体上， 随机森林模型在永定河上游流域径流变化归因研究中具有一定的适用性， 为流域径流变化贡献率的定量识别提供了一种新的方法和思路。
文章关键词:
