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数据与分析

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更新于 11-02 04:41

技能介绍

用途

该技能用于对淡水监测站点的溶解氧(mg/L)和水温(degC)生成未来30天的逐日概率预测,并按CRPS(连续排名概率得分)评测预测质量。它面向的是需要给出均值与不确定性(标准差)的水质预测任务。

输入与输出

输入历史数据形状为(n, L, 3),三个通道依次为溶解氧(mg/L)、水温(degC)、叶绿素-a(ug/L,不参与预测),最后一列为各样本的参考日期 reference_date。NaN 表示未观测或数据被隐藏;站点 id 与类型可能给出。

输出为包含四个(n, 30)浮点数组的字典:oxygen_mu、oxygen_sigma、temperature_mu、temperature_sigma,对应 reference_date + 1 至 + 30 天。要求全部为有限值,sigma > 0,溶解氧均值位于 [0, 30] mg/L,水温均值位于 [-5, 45] degC(用于捕捉开尔文单位错误),sigma 不超过 50。

评分方式

使用正态分布 N(mu, sigma^2) 在已观测的(样本, 天)对上的闭式 CRPS,按变量分别取平均;主指标为溶解氧与水温 CRPS 的等权平均,越低越好。由于两者单位不同,需分别报告(scilib.aquatics.score(pred, obs), crps_normal)。参考基线为年内日序气候态(目标日序 ±7 天内的均值与标准差,aquatics.doy_window_forecast)。

主要能力与方法

  • 预测算子:scilib.aquatics.fit_predict(history, reference_date, lam=0.75, smult=1.0)。先平滑年内日序剖面,再按各提前天数对异常值做岭回归(以最近3天与最近30天异常的均值作为特征),站点拟合与汇总拟合按 lam 混合;sigma 由残差标准差乘以 smult 得到。回测中 lam 与 smult 仅使平均 CRPS 变化几个百分点,不建议过度调参。某变量观测天数少于60的样本回退到气候态。
  • 回测:aquatics.backtest(history, reference_date, n_origins=3, offset=30) 为滚动起点检验,仅需历史数据;data_report 显示数据覆盖情况与最近观测时间;seasonal_profile、history_dates 为构建模块。另有算子 aquatic_climatology_forecast_30d、normal_forecast_crps_score。
  • 预训练融合:aquatics.fit_predict(..., pretrained=w) 将每个 mu 与 sigma 与 Chronos-2 结果混合(Chronos-2 以中位数作为 mu,以 (q75 − q25)/1.349 作为 sigma;scilib.tsfm,asset chronos_2),w 取值在 [0, 1];w = 0 时不调用 GPU。使用前检查 tsfm.available() 与 scienceclaw_tools(operation=weights)。需说明:无法排除与公开时间序列语料的预训练重叠。

注意事项与限制

  • CRPS 同时惩罚过度自信与不必要的宽 sigma,应在回测中检查校准情况,而不是只看平均误差。长提前期下的剩余误差主要来自天气驱动的温度冲击。
  • 必须遵守时间因果性:每个样本只使用截至其自身参考日期的历史。若同一站点出现多个参考日期,较晚的历史可能包含较早样本的预测窗口,绝不能将其用于较早日期;被隐藏(NaN)的窗口应保持 NaN,不能填 0。
  • 历史末尾的回测窗口可能部分被隐藏,其得分仅作粗略参考。
  • 保持单位:水温用 degC(非 K),溶解氧用 mg/L;并将均值与 sigma 截断到上述范围。