由于气候变化，预计蚊子栖息地范围会扩大。这项研究旨在通过分析蚊子幼虫的首选生态条件来鉴定未来的蚊子栖息地。在与大气记录和幼虫观测值组装在一起的数据集之后，训练了神经网络，以预测来自生态输入的幼虫计数。时间序列预测是对这些变量进行的，气候预测将传递到初始深度学习模型中，以产生特定于位置的幼虫丰度预测。结果支持区域生态系统驱动的蚊子扩散变化的概念，高海拔地区特别探讨了蚊子侵扰的易感性增加。

随着Covid-19影响每个国家的全球和改变日常生活，预测疾病的传播的能力比任何先前的流行病更重要。常规的疾病 - 展开建模方法，隔间模型，基于对病毒的扩散的时空均匀性的假设，这可能导致预测到欠低，特别是在高空间分辨率下。本文采用替代技术 - 时空机器学习方法。我们提出了Covid-LSTM，一种基于长期短期内存深度学习架构的数据驱动模型，用于预测Covid-19在美国县级的发病率。我们使用每周数量的新阳性案例作为时间输入，以及来自Facebook运动和连通数据集的手工工程空间特征，以捕捉时间和空间的疾病的传播。 Covid-LSTM在我们的17周的评估期间优于Covid-19预测集线器集合模型（CovidHub-Ensemble），使其首先比一个或多个预测期更准确的模型。在4周的预测地平线上，我们的型号平均每县平均50例比CovidHub-Ensemble更准确。我们强调，在Covid-19之前，在Covid-19之前的数据驱动预测的未充分利用疾病传播的预测可能是由于以前疾病缺乏足够的数据，除了最近的时尚预测方法的机器学习方法的进步。我们讨论了更广泛的数据驱动预测的障碍，以及将来将使用更多的基于学习的模型。

COVID-19的大流行提出了对多个领域决策者的流行预测的重要性，从公共卫生到整个经济。虽然预测流行进展经常被概念化为类似于天气预测，但是它具有一些关键的差异，并且仍然是一项非平凡的任务。疾病的传播受到人类行为，病原体动态，天气和环境条件的多种混杂因素的影响。由于政府公共卫生和资助机构的倡议，捕获以前无法观察到的方面的丰富数据来源的可用性增加了研究的兴趣。这尤其是在“以数据为中心”的解决方案上进行的一系列工作，这些解决方案通过利用非传统数据源以及AI和机器学习的最新创新来增强我们的预测能力的潜力。这项调查研究了各种数据驱动的方法论和实践进步，并介绍了一个概念框架来导航它们。首先，我们列举了与流行病预测相关的大量流行病学数据集和新的数据流，捕获了各种因素，例如有症状的在线调查，零售和商业，流动性，基因组学数据等。接下来，我们将讨论关注最近基于数据驱动的统计和深度学习方法的方法和建模范式，以及将机械模型知识域知识与统计方法的有效性和灵活性相结合的新型混合模型类别。我们还讨论了这些预测系统的现实部署中出现的经验和挑战，包括预测信息。最后，我们重点介绍了整个预测管道中发现的一些挑战和开放问题。

谷歌的运营洪水预测系统是制定的，为机构和公众提供准确的实时洪水警告，重点是河流洪水在大型潮流的河流中。它在2018年开始运作，自从地理位置扩展以来。该预测系统由四个子系统组成：数据验证，阶段预测，淹没建模和警报分配。机器学习用于两个子系统。阶段预测采用长短期内存（LSTM）网络和线性模型进行建模。使用阈值和歧管模型计算洪水淹没，前者计算淹没程度，后者计算淹没程度和深度。本文首次提供的歧管模型提供了一种机器学习替代洪水淹没的液压建模。在评估历史数据时，所有型号都可以实现可操作使用的足够高的度量指标。 LSTM表现出比线性模型更高的技能，而阈值和歧管模型达到了类似的性能度量，以便在淹没程度上进行建模。在2021年的季风季节期间，洪水预警系统在印度和孟加拉国运营，覆盖河流的洪水区，总面积287,000平方公里，拥有350多万人。超过100米的洪水警报被发送给受影响的人口，相关当局以及紧急组织。系统上的当前和未来的工作包括将覆盖范围扩展到额外的洪水易发位置，以及提高建模能力和准确性。

野火越来越多地影响环境，人类健康和安全。在加利福尼亚前20名野火中，2020 - 2021年的野火比上世纪的燃烧更大。加利福尼亚的2018年野火季节造成了1485亿美元的损失。在数百万受影响的人中，由于不足的警报手段，残疾人（约占世界人口的15％）受到不成比例的影响。在该项目中，基于先进的机器学习体系结构开发了多模式野火预测和个性化预警系统。从2012年到2018年的环境保护局和历史野火数据的传感器数据已编译，以建立一个全面的野火数据库，即同类最大的数据库。接下来，设计了一种新型的U-Convolutional-LSTM（长短期记忆）神经网络，设计了一种特殊的体系结构，可从连续的环境参数中提取关键的空间和时间特征，以指示即将来临的野火。环境和气象因素被纳入数据库，并分类为主要指标和落后指标，分别与野火构想和传播的风险相关。此外，地质数据还用于提供更好的野火风险评估。这种新颖的时空神经网络使用传统的卷积神经网络实现了> 97％的精度，而左右的卷积神经网络则达到了约76％，成功地预测了2018年2018年最具破坏性的野火，提前5-14天提前5-14天。最后，提出了一种个性化的预警系统，该警告系统针对有感觉障碍或呼吸系统加剧条件的人量身定制。该技术将使消防部门在袭击之前预测和防止野火，并为处于危险中的个人提供早期警告以更好地准备，从而挽救生命并减少经济损失。

太阳能现在是历史上最便宜的电力形式。不幸的是，由于其变异性，显着提高栅格的太阳能的一部分仍然具有挑战性，这使得电力的供需平衡更加困难。虽然热发电机坡度 - 它们可以改变输出的最高速率 - 是有限的，太阳能的坡度基本上是无限的。因此，准确的近期太阳能预测或垂圈，对于提供预警来调整热发电机输出，以响应于太阳能变化来调整热发电机，以确保平衡供需。为了解决问题，本文开发了使用自我监督学习的丰富和易于使用的多光谱卫星数据的太阳能垂圈的一般模型。具体而言，我们使用卷积神经网络（CNN）和长短期内存网络（LSTM）开发深度自动回归模型，这些模型在多个位置训练全球培训，以预测最近推出的最近收集的时空数据的未来观察-R系列卫星。我们的模型估计了基于卫星观测的未来的太阳辐照度，我们向较小的场地特定的太阳能数据培训的回归模型提供，以提供近期太阳能光伏（PV）预测，其考虑了现场特征的特征。我们评估了我们在25个太阳能场所的不同覆盖区域和预测视野的方法，并表明我们的方法利用地面真理观察结果产生靠近模型的错误。

最近报道了登革热爆发的数量急剧增加，气候变化可能会延长该疾病的地理传播。在这种情况下，本文展示了神经网络方法如何结合登革热和COVID-19数据以及外部因素（例如社交行为或气候变量），以开发可以改善我们的知识并为健康提供有用工具的预测模型决策者。通过使用具有不同社会和自然参数的神经网络，在本文中，我们定义了一个相关模型，我们通过该模型表明，Covid-19和登革热的病例数量非常相似。然后，我们通过将模型扩展到纳入两种疾病的长期短期记忆模型（LSTM）来说明我们的模型的相关性，并在缺乏足够的登革热数据的国家 /地区使用COVID-19估计登革热感染的数据。

Forecasting the state of vegetation in response to climate and weather events is a major challenge. Its implementation will prove crucial in predicting crop yield, forest damage, or more generally the impact on ecosystems services relevant for socio-economic functioning, which if absent can lead to humanitarian disasters. Vegetation status depends on weather and environmental conditions that modulate complex ecological processes taking place at several timescales. Interactions between vegetation and different environmental drivers express responses at instantaneous but also time-lagged effects, often showing an emerging spatial context at landscape and regional scales. We formulate the land surface forecasting task as a strongly guided video prediction task where the objective is to forecast the vegetation developing at very fine resolution using topography and weather variables to guide the prediction. We use a Convolutional LSTM (ConvLSTM) architecture to address this task and predict changes in the vegetation state in Africa using Sentinel-2 satellite NDVI, having ERA5 weather reanalysis, SMAP satellite measurements, and topography (DEM of SRTMv4.1) as variables to guide the prediction. Ours results highlight how ConvLSTM models can not only forecast the seasonal evolution of NDVI at high resolution, but also the differential impacts of weather anomalies over the baselines. The model is able to predict different vegetation types, even those with very high NDVI variability during target length, which is promising to support anticipatory actions in the context of drought-related disasters.

了解极端事件及其可能性是研究气候变化影响，风险评估，适应和保护生物的关键。在这项工作中，我们开发了一种方法来构建极端热浪的预测模型。这些模型基于卷积神经网络，对极长的8，000年气候模型输出进行了培训。由于极端事件之间的关系本质上是概率的，因此我们强调概率预测和验证。我们证明，深度神经网络适用于法国持续持续14天的热浪，快速动态驱动器提前15天（500 hpa地球电位高度场），并且在慢速较长的交货时间内，慢速物理时间驱动器（土壤水分）。该方法很容易实现和通用。我们发现，深神经网络选择了与北半球波数字3模式相关的极端热浪。我们发现，当将2米温度场添加到500 HPA地球电位高度和土壤水分场中时，2米温度场不包含任何新的有用统计信息。主要的科学信息是，训练深层神经网络预测极端热浪的发生是在严重缺乏数据的情况下发生的。我们建议大多数其他应用在大规模的大气和气候现象中都是如此。我们讨论了处理缺乏数据制度的观点，例如罕见的事件模拟，以及转移学习如何在后一种任务中发挥作用。

强大的电力系统的长期计划需要了解不断变化的需求模式。电力需求对天气敏感。因此，引入间歇性可再生能源的供应方面变化与可变需求并列，将在网格计划过程中引入其他挑战。通过了解美国温度的空间和时间变化，可以分开需求对自然变异性和与气候变化相关的影响的需求的响应，尤其是因为尚不清楚由于前一个因素所产生的影响。通过该项目，我们旨在通过开发机器和深入学习“背面销售”模型来更好地支持电力系统的技术和政策开发过程，以重建多年需求记录并研究温度的自然变异性及其对需求的影响。

It is crucial for the service provider to comprehend and forecast mobile traffic in large-scale cellular networks in order to govern and manage mechanisms for base station placement, load balancing, and network planning. The purpose of this article is to extract and simulate traffic patterns from more than 14,000 cells that have been installed in different metropolitan areas. To do this, we create, implement, and assess a method in which cells are first categorized by their point of interest and then clustered based on the temporal distribution of cells in each region. The proposed model has been tested using real-world 5G mobile traffic datasets collected over 31 weeks in various cities. We found that our proposed model performed well in predicting mobile traffic patterns up to 2 weeks in advance. Our model outperformed the base model in most areas of interest and generally achieved up to 15\% less prediction error compared to the na\"ive approach. This indicates that our approach is effective in predicting mobile traffic patterns in large-scale cellular networks.

土壤侵蚀是对世界各地环境和长期土地管理的重大威胁。人类活动加速的土壤侵蚀会造成陆地和水生生态系统的极端变化，这在现场阶段（30-m）的当前和可能的未来没有得到充分的调查/预测。在这里，我们使用三种替代方案（2.6、4.5和8.5）估计/预测通过水侵蚀（薄板和RILL侵蚀）的土壤侵蚀速率，共享社会经济途径和代表性浓度途径（SSP-RCP）情景。田间尺度的土壤侵蚀模型（FSSLM）估计依赖于由卫星和基于图像的土地使用和土地覆盖的估计（LULC）集成的高分辨率（30-m）G2侵蚀模型，对长期降水量的规范观察，以及耦合模型比较项目阶段6（CMIP6）的方案。基线模型（2020年）估计土壤侵蚀速率为2.32 mg HA 1年1年，具有当前的农业保护实践（CPS）。当前CPS的未来情况表明，在气候和LULC变化的SSP-RCP方案的不同组合下，增加了8％至21％。 2050年的土壤侵蚀预测表明，所有气候和LULC场景都表明极端事件的增加或极端空间位置的变化很大程度上从南部到美国东部和东北地区。

有效的水资源管理需要有关水资源可用性的信息，无论是在空间和时间上的质量和数量方面。在本文中，我们通过微调和参数传输来研究转移学习（TL）的方法，以便在数据稀疏区域中流出预测的更好的泛化性能。我们提出了一种以长短期存储器（LSTM）形式的标准复发性神经网络，以适合足够大的源域数据集，并将学习权重定向到明显更小，但是相似的目标域数据集。我们通过分离模型的空间和时间分量并培训模型来实现一种方法来实现时空应用程序的转移学习方法，并基于表示空间可变性的分类数据集来概括。该框架是在来自美国丰富的基准数据集上开发的，并在肯尼亚自然保护收集的小型数据集进行了评估。 LSTM模型通过我们的TL技术表现出泛化性能。该电流实验的结果展示了当使用知识传输和静态描述符来改善数据稀疏区域中的水文模型概括时预测流流响应的有效预测技能。

地下水位预测是一个应用时间序列预测任务，具有重要的社会影响，以优化水管理以及防止某些自然灾害：例如，洪水或严重的干旱。在文献中已经报告了机器学习方法以实现这项任务，但它们仅专注于单个位置的地下水水平的预测。一种全球预测方法旨在利用从各个位置的地下水级时序列序列，一次在一个地方或一次在几个地方产生预测。鉴于全球预测方法在著名的竞争中取得了成功，因此在地下水级别的预测上进行评估并查看它们与本地方法的比较是有意义的。在这项工作中，我们创建了一个1026地下水级时序列的数据集。每个时间序列都是由每日测量地下水水平和两个外源变量，降雨和蒸散量制成的。该数据集可向社区提供可重现性和进一步评估。为了确定最佳的配置，可以有效地预测完整的时间序列的地下水水平，我们比较了包括本地和全球时间序列预测方法在内的不同预测因子。我们评估了外源变量的影响。我们的结果分析表明，通过训练过去的地下水位和降雨数据的全球方法获得最佳预测。

背景：最近，在疫苗接种率相对较高的地区，已经报告了大量的每日CoVID-19例阳性病例。因此，助推器疫苗接种已成为必要。此外，尚未深入讨论由不同变体和相关因素引起的感染。具有较大的变异性和不同的共同因素，很难使用常规数学模型来预测Covid-19的发生率。方法：基于长期短期记忆的机器学习被应用于预测新每日阳性病例（DPC），严重病例，住院病例和死亡的时间序列。从以色列等疫苗接种率高的地区获得的数据与日本其他地区的当前数据混合在一起，以考虑疫苗接种的潜在影响。还考虑了症状感染提供的保护，从疫苗接种的人口效力以及病毒变异的减弱保护，比率和感染性的降低。为了代表公共行为的变化，分析还包括通过社交媒体进行的公共流动性和通过社交媒体的互动。研究结果：比较特拉维夫，以色列观察到的新DPC，表征疫苗接种效果的参数和免受感染的减弱保护； 5个月后第二剂量的疫苗接种效率和三角变体感染后两周后的第三剂量分别为0.24和0.95。使用有关疫苗接种效果的提取参数，复制了日本三个县的新病例。

我们基准了一个简单学习模型的亚季节预测工具包，该工具包优于操作实践和最先进的机器学习和深度学习方法。这些模型，由Mouatadid等人引入。 （2022），包括（a）气候++，这是气候学的一种适应性替代品，对于降水而言，准确性9％，比美国运营气候预测系统（CFSV2）高9％，熟练250％； （b）CFSV2 ++，一种学习的CFSV2校正，可将温度和降水精度提高7-8％，技能提高50-275％； （c）持久性++是一种增强的持久性模型，将CFSV2预测与滞后测量相结合，以将温度和降水精度提高6-9％，技能提高40-130％。在整个美国，气候++，CFSV2 ++和持久性++工具包始终优于标准气象基准，最先进的机器和深度学习方法，以及欧洲中等范围的天气预报集合中心。

A digital twin is defined as a virtual representation of a physical asset enabled through data and simulators for real-time prediction, optimization, monitoring, controlling, and improved decision-making. Unfortunately, the term remains vague and says little about its capability. Recently, the concept of capability level has been introduced to address this issue. Based on its capability, the concept states that a digital twin can be categorized on a scale from zero to five, referred to as standalone, descriptive, diagnostic, predictive, prescriptive, and autonomous, respectively. The current work introduces the concept in the context of the built environment. It demonstrates the concept by using a modern house as a use case. The house is equipped with an array of sensors that collect timeseries data regarding the internal state of the house. Together with physics-based and data-driven models, these data are used to develop digital twins at different capability levels demonstrated in virtual reality. The work, in addition to presenting a blueprint for developing digital twins, also provided future research directions to enhance the technology.

Climate change, population growth, and water scarcity present unprecedented challenges for agriculture. This project aims to forecast soil moisture using domain knowledge and machine learning for crop management decisions that enable sustainable farming. Traditional methods for predicting hydrological response features require significant computational time and expertise. Recent work has implemented machine learning models as a tool for forecasting hydrological response features, but these models neglect a crucial component of traditional hydrological modeling that spatially close units can have vastly different hydrological responses. In traditional hydrological modeling, units with similar hydrological properties are grouped together and share model parameters regardless of their spatial proximity. Inspired by this domain knowledge, we have constructed a novel domain-inspired temporal graph convolution neural network. Our approach involves clustering units based on time-varying hydrological properties, constructing graph topologies for each cluster, and forecasting soil moisture using graph convolutions and a gated recurrent neural network. We have trained, validated, and tested our method on field-scale time series data consisting of approximately 99,000 hydrological response units spanning 40 years in a case study in northeastern United States. Comparison with existing models illustrates the effectiveness of using domain-inspired clustering with time series graph neural networks. The framework is being deployed as part of a pro bono social impact program. The trained models are being deployed on small-holding farms in central Texas.

Dengue fever is a virulent disease spreading over 100 tropical and subtropical countries in Africa, the Americas, and Asia. This arboviral disease affects around 400 million people globally, severely distressing the healthcare systems. The unavailability of a specific drug and ready-to-use vaccine makes the situation worse. Hence, policymakers must rely on early warning systems to control intervention-related decisions. Forecasts routinely provide critical information for dangerous epidemic events. However, the available forecasting models (e.g., weather-driven mechanistic, statistical time series, and machine learning models) lack a clear understanding of different components to improve prediction accuracy and often provide unstable and unreliable forecasts. This study proposes an ensemble wavelet neural network with exogenous factor(s) (XEWNet) model that can produce reliable estimates for dengue outbreak prediction for three geographical regions, namely San Juan, Iquitos, and Ahmedabad. The proposed XEWNet model is flexible and can easily incorporate exogenous climate variable(s) confirmed by statistical causality tests in its scalable framework. The proposed model is an integrated approach that uses wavelet transformation into an ensemble neural network framework that helps in generating more reliable long-term forecasts. The proposed XEWNet allows complex non-linear relationships between the dengue incidence cases and rainfall; however, mathematically interpretable, fast in execution, and easily comprehensible. The proposal's competitiveness is measured using computational experiments based on various statistical metrics and several statistical comparison tests. In comparison with statistical, machine learning, and deep learning methods, our proposed XEWNet performs better in 75% of the cases for short-term and long-term forecasting of dengue incidence.

目前，Covid-19的发展使研究人员可以收集2年内积累的数据集并将其用于预测分析。反过来，这可以评估更复杂的预测模型的效率潜力，包括具有不同预测范围的神经网络。在本文中，我们介绍了基于两个国家的区域数据：美国和俄罗斯的区域数据，对不同类型的方法进行了一致的比较研究结果。我们使用了众所周知的统计方法（例如，指数平滑），一种“明天”方法，以及一套经过来自各个地区数据的经典机器学习模型。与他们一起，考虑了基于长期记忆（LSTM）层的神经网络模型，这些培训样本的培训样本汇总了来自两个国家 /地区的所有地区：美国和俄罗斯。根据MAPE度量，使用交叉验证进行效率评估。结果表明，对于以确认的每日案例数量大幅增加的复杂时期，最佳结果是由在两国所有地区训练的LSTM模型显示的，显示平均平均绝对百分比误差（MAPE）为18％在俄罗斯为30％，37％，31％，41％，50％的预测范围为14、28和42天。