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GRUN: an observation-based global gridded runoff dataset from 1902 to 2014

Résumé

Freshwater resources are of high societal relevance, and understanding their past variability is vital to water management in the context of ongoing climate change. This study introduces a global gridded monthly reconstruction of runoff covering the period from 1902 to 2014. In situ streamflow observations are used to train a machine learning algorithm that predicts monthly runoff rates based on antecedent precipitation and temperature from an atmospheric reanalysis. The accuracy of this reconstruction is assessed with cross-validation and compared with an independent set of discharge observations for large river basins. The presented dataset agrees on average better with the streamflow observations than an ensemble of 13 state-of-the art global hydrological model runoff simulations. We estimate a global long-term mean runoff of 38 452 km(3)yr(-1) in agreement with previous assessments. The temporal coverage of the reconstruction offers an unprecedented view on large-scale features of runoff variability in regions with limited data coverage, making it an ideal candidate for large-scale hydro-climatic process studies, water resource assessments, and evaluating and refining existing hydrological models. The paper closes with example applications fostering the understanding of global freshwater dynamics, interannual variability, drought propagation and the response of runoff to atmospheric teleconnections. The GRUN dataset is available at https://doi.org/10.6084/m9.figshare.9228176 (Ghiggi et al., 2019).

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Ressource hydrique
La ressource hydrique, ou ressource en eau, comprend, au sens large, toutes les eaux accessibles comme ressources, c'est-à-dire utiles et disponibles pour l'être humain, les végétaux qu'il cultive, le bétail qu'il élève et les écosystèmes, à différents points du cycle de l'eau. Cette ressource est limitée en quantité et en qualité (surtout en zone sèche). Elle est indispensable à la vie et à la plupart des activités humaines, telles que l'agriculture, l'industrie et aux usages domestiques (alimentation en eau potable).
Stress hydrique (écologie)
vignette|Niveau de stress hydrique, par pays, en 2019 (carte établie par le World Resources Institute). Un stress hydrique, qui peut également être une pénurie d'eau, est une situation dans laquelle la demande en eau dépasse les ressources en eau disponibles. Le manque d’eau dans le monde repose essentiellement sur le déséquilibre géographique et temporel entre la demande et la disponibilité en eau douce. Plus d'une personne sur six dans le monde souffre de stress hydrique, ce qui signifie qu'elle n'a pas suffisamment accès à de l'eau potable.
Validation croisée
La validation croisée () est, en apprentissage automatique, une méthode d’estimation de fiabilité d’un modèle fondée sur une technique d’échantillonnage. Supposons posséder un modèle statistique avec un ou plusieurs paramètres inconnus, et un ensemble de données d'apprentissage sur lequel on peut apprendre (ou « entraîner ») le modèle. Le processus d'apprentissage optimise les paramètres du modèle afin que celui-ci corresponde le mieux possible aux données d'apprentissage.
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