CRAN Task View: Hydrological Data and Modelingの英語での説明文をGoogle翻訳を使用させていただき機械的に翻訳したものを掲載しました。

Maintainer: Sam Albers, Sam Zipper, Ilaria Prosdocimi
Contact: sam.albers at gmail.com
Version: 2022-12-18
URL: https://CRAN.R-project.org/view=Hydrology
Source: https://github.com/cran-task-views/Hydrology/
Contributions: このタスクビューに対する提案や改良は、GitHubのissueやpull request、またはメンテナのアドレスに電子メールで送ってください。詳しくはContributing guideをご覧ください。
Installation: このタスクビューのパッケージは、ctvパッケージを使用して自動的にインストールすることができます。例えば、ctv::install.views(“Hydrology”, coreOnly = TRUE)は、すべてのコアパッケージをインストールし、または ctv::update.views(“Hydrology”)は、まだインストールしていないすべてのパッケージと最新のものをインストールします。詳しくはCRAN Task View Initiativeを参照してください。

このタスクビューには、水文学に広く関連するパッケージに関する情報が含まれています。これは、広い空間規模の景観にわたる水の移動、分布、および水質として定義されています。パッケージはその機能に従って大きく分類されます。ただし、多くの機能には複数のカテゴリにわたる機能があります。また、統計分析や空間データ処理など、関連する機能を持つ他の既存のリソースについても説明します。水文学関連のRツールとリソースのRiccardo Rigon’s excellent listも参照してください。Python関連のリソースは、herehereにあります。

このタスクビューの追加や改善についてのコメントや提案がある場合は、GitHubにアクセスしてsubmit an issueするか、変更を加えてsubmit a pull requestしてください。GitHubに投稿できない場合は、send Sam Zipper an emailしてください。以下で議論されるパッケージの1つに問題があるならば、そのパッケージのメンテナに連絡してください。

データ検索

水文データソース(地表水/地下水の量と質)

  • dataRetrieval:Webサービスから米国地質調査所(USGS)および米国環境保護庁(EPA)の水質および水文データを取得するのに役立つ関数のコレクション。
  • dbhydroRhttps://www.sfwmd.gov/science-data/dbhydroにある南フロリダ水管理地区の 「DBHYDRO」データベースへのプログラムアクセス用クライアントで、水文学および水質データにアクセスするための機能を備えています。
  • iemiscdata:その他のデータセット[工学経済、環境/水資源工学、米国大統領選挙]。
  • ie2miscdata:Irucka Embryの雑多なUSGSデータセット(固定値のUSGSパラメータコード、USGSグローバルタイムゾーンコード、US Air Force Global Engineering Weather Data)を集めたものです。IruckaはCherokee Nation Technology Solutions (CNTS) United States Geological Survey (USGS) Contractor and/or USGS employeeとして、これらのデータセットを作成しました。
  • dbhydroR:南フロリダ水管理地区のDBHYDRO databaseへのプログラムアクセス用クライアントで、水文・水質データにアクセスするための機能を備えています。
  • echorUnited States Environmental Protection Agency (EPA) Environmental Compliance History Online (‘ECHO’)への R インターフェースです。排出許可を得ている施設の検索や排出記録のダウンロード機能を提供します。
  • FedData:複数の統合データソースから利用可能な地理空間データのダウンロードを自動化する機能。
  • hydroscoper (archived):ギリシャの水文・気象情報国立データバンクのRインターフェース。Hydroscopeのデータソースをカバーし、それらを音訳、翻訳、整頓されたデータフレーム(tibbles)にダウンロードするための機能を提供します。
  • isoWaterWaterisotopes DatabaseへのRインターフェース。世界中の60,000以上の地点で採取された水試料からHおよびOの安定同位体データを検索し、取得するための機能を提供します。
  • kiwisRKISTERS WISKI databasesからKiWIS APIを介してデータを取得するためのラッパー。
  • nhdR:National Hydrography Datasetを扱うためのツールで、NHDNHDPlusの両方のデータセットを照会、ダウンロード、ネットワーク化するための機能を備えています。
  • rnrfaUK National River Flow Archiveからデータを取得するためのユーティリティ関数です。バウンディングボックスに含まれる観測点の検索、地図の生成、時系列や一般情報の抽出などの機能があります。
  • tidyhydat:カナダ水質調査所のデータソース( http://dd.weather.gc.ca/hydrometric/csv/およびhttp://collaboration.cmc.ec.gc.ca/cmc/hydrometrics/www/)から履歴およびリアルタイムの国家「水文」データにアクセスし、Tidy Data の原則を適用するための関数を提供します。
  • washdata:アクラ(ガーナ)、ナクル(ケニア)、アンタナナリボ(マダガスカル)、マプト(モザンビーク)、ルサカ(ザンビア)を含む様々な都市で実施される調査の一部です。
  • waterData:米国地質調査所(USGS)の日次水文データをUSGS web servicesからインポートし、データをプロットし、よくあるデータの問題に対処し、異常値を計算してプロットすることが可能です。
  • epanetReader:Epanetのテキストベース(.inp)および(.rpt)フォーマットのウォーターネットワークシミュレーションデータをRに読み込むことができます。基本的なサマリー情報とプロットを提供します。README ファイルに簡単な紹介があります。水道配管システムの水理・水質挙動をモデリングするEpanetソフトウェアの詳細については、https://www.epa.gov/water-research/epanetを参照してください
  • noaastormevents:National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA)のStorm Eventsデータベースから、米国の郡のデータをRにより探索およびプロットすることが可能です。この機能には、時間および場所による嵐イベントのリストとハリケーンの最良追跡データとの照合が含まれます。この研究は、コロラド水センター、国立環境衛生科学研究所(R00ES022631)および国立科学財団(1331399)からの助成金によって行われました。
  • frostr:ノルウェーの「Frost」APIへのAPIで、データをデータフレームとして取得するためのものです。「Frost」APIとその基礎データは、Norwegian Meteorological Institute (MET Norway)によって提供されています。

気象データ(降水量、放射量、気温など、観測と再解析の両方を含む)

  • clifro:約6,500の気象観測所を含むニュージーランド国立気象データベースのウェブポータルです。詳しくはhttps://cliflo.niwa.co.nz/
  • getMet (archived):水文モデル用の気象データの取得、フォーマット、編集を行うための関数です。
  • GSODR:米国国立環境情報センター(NCEI)のGlobal Surface Summary of Day (GSOD) 天気データの自動ダウンロード、解析、クリーニング、単位変換、フォーマットをRで使用するために提供するものです。
  • MODISTools:MODIS Land Products Subsets Web Servicesへのプログラムインターフェース。MODIS」時系列の簡単なダウンロードを可能にします。
  • nasapower:NASAのPOWER(Prediction of Worldwide Energy Resource)プロジェクトのデータAPI Web Servicesのクライアントです。日単位の気象データ、年単位の気象データ、30年単位の気象データが利用可能。1983年から現在までの全球を1/2×1/2弧度(grid)の分解能でカバーするデータを、地理的な位置を指定してダウンロードする機能が提供されています。気温(最高/最低/平均/最低)、相対湿度、降水量、風速など、140種類以上のパラメータを提供します。
  • metR:metR は、Tidy Data パラダイムで気象データを扱うために R をより良くするいくつかの関数とユーティリティをパッケージ化したものです。「ggplot2」を拡張し、スカラーおよびベクトル場のより良いプロットや、大気科学でよく使われる解析方法を提供します。
  • prism:このパッケージにより、ユーザーはOregon State PRISM projectプロジェクトのデータにアクセスし、可視化することができます。データはすべて、日、月、年、30 年間の 4 つの時間スケールで、アメリカ大陸のグリッド付きラスタの形をしています。
  • rdwd:ドイツのDWD(「Deutscher Wetterdienst」)の気候データを扱います。
  • RNCEPNCEP/NCAR ReanalysisおよびNCEP/DOE Reanalysis IIのデータセットから気象データを取得、整理、視覚化するための関数が含まれています。
  • rnoaaNCDC climate APIを含む多くのNOAAデータソース用のクライアントで、APIエンドポイント(データ、データカテゴリ、データセット、データタイプ、ロケーション、ロケーションカテゴリ、ステーション)のそれぞれに対する関数を備えています。NOAA海氷データ、悪天候インベントリ、歴史的観測メタデータリポジトリ(「HOMR」)、「IBTrACS」による嵐データ、NOAA嵐予報センターによる竜巻データなどのインターフェースが含まれます。
  • rpdo:1900年1月から現在までの太平洋十年規模振動(PDO)指数月報の値を取得します。南方振動指数、海洋性正弦波指数、北太平洋ジャイル振動のデータをダウンロードするには、rsoiも参照のこと。
  • rwunderground:wunderground.comから歴史的な気象情報と予測を取得するためのツールです。天気予報のほか、気温、湿度、風速、露点、暑さ指数などのデータを公開しています。天気予報のほか、日の出・日の入り、潮汐、衛星・ウェブカメラ画像、気象警報、ハリケーン警報、過去の最高・最低気温などの情報を提供しています。
  • smapr:NASA土壌水分アクティブパッシブ(SMAP)データの取得と処理。NASA土壌水分アクティブパッシブ(SMAP)データの検索、取得、抽出のためのプログラムアクセスを容易にします。
  • stationaRy:世界中にある観測所から毎時の気象データを取得することができます。利用可能なデータは、データリポジトリから自動的にダウンロードされ、要求された正確な年数範囲の「tibble」に処理されます。
  • worldmet:米国海洋大気庁(NOAA)のIntegrated Surface Database (ISD)が管理する世界中の3万以上の地表面気象観測地点のデータを取り込む機能。
  • agromet :Tidy データから気候・水文指標や統計量を計算する農業気象学関数。

データ分析
データ整理(ギャップフィリング、データ整理、QA/QCなど)

  • driftR:連続した水質モニタリングデータの機器ドリフトを、1つまたは2つの標準リファレンス値を用いて補正する方程式の整然とした実装です。実装された方程式はHasenmueller (2011)です。
  • climdex.pcic:PCIC による Climdex ルーチンの実装 異常気象指標を計算するための Climdex ルーチンの PCIC による実装です。
  • climatol:気候系列の品質管理、均質化、欠損データの補填を行い、その結果から気候のサマリーやグリッドを得るための関数です。また、風況図やWalter&Lieth気候図を作成する機能もあります。
  • htsr :「Sqlite」データベースに格納された水文学・気象学の時系列データを管理・処理するための機能。
  • SWTools:水文解析のワークフローを高速化するための機能。オーストラリアの気候データ(SILO climate data)、水文モデル(eWater Source)、特に南オーストラリア州(https://water.data.sa.gov.au hydrological data)に焦点をあてたものです。
  • openSTARS:「R」と「GRASS GIS」を用いた「STARS」ツールボックス(Peterson & Ver Hoef, 2014, doi:10.18637/jss.v056.i02)のオープンソース実装です。「SSN」パッケージに必要な*.ssnオブジェクトを準備します。デジタル標高モデル(DEM)を用いて流域ネットワークを導出します(既存の流域ネットワークをクリーニングできる「STARS」とは対照的です)。
  • waterquality:水質の主な目的は、衛星ベースの反射率画像を、有害藻類のブルームまたは以下の色素プロキシの検出用に設計された1つまたは多くのよく知られた水質アルゴリズムに迅速かつ容易に変換することです:クロロフィルa、アオコ(フィコシアニン)、および濁度。ヨハンセンら(2019)doi:10.21079/11681/35053
  • RWDataPlyr:RiverWare'(TM) http://www.riverware.org/シミュレーションから生成されたデータを読み込んで操作するためのツールです。「RiverWare」と「RiverSMART」は”rdf”, “csv”, “nc” 形式でデータを生成します。本パッケージは、’dplyr’パイプラインで1つまたは複数のシミュレーションからデータを読み込み、集計し、要約するためのインタフェースを提供します。
  • reasonabletools:国家汚染物質排出削減サービス(NPDES)許可の妥当性分析および水質に基づく排水制限の計算で使用するための水質データのクリーニングと要約のための関数。手順は、”Technical Support Document for Water Quality-based Toxics Control”, United States Environmental Protection Agency (1991) に含まれるものをベースとしています。

ハイドログラフ解析(流量統計、トレンド、生物指標など、流水データを扱うための機能)

  • biotic:BMWP, Whalley, WHPT, Habitat-specific BMWP, AWIC, LIFE, PSI などの英国淡水無脊椎動物生物指標を計算することができます。
  • bdrc:ベイズ型階層モデルを用いて、ある河川の水位と流量の対のデータから、べき乗則と一般化べき乗則に基づく流量評価曲線を当てはめます。
  • ecoval:物理・化学・生物学的評価を価値関数として含む表流水の生態系評価手順を評価・可視化する機能。
  • EflowStats:与えられたデータセットに対して、生態学的な流量統計と日々の流量の基本的な特性を計算します。GitHubのみのパッケージです。
  • EGRET:Exploration and Graphics for RivEr Trends(EGRET):水質法WRTDS(Weighted Regressions on Time, Discharge, and Season)など、水質と流量の長期変化の解析。
  • EGRETci:水質動向の不確実性を推定するためのブートストラップ法。
  • FAdist:水文学の分野で役に立つこともある確率分布。
  • fasstr:流量データの整理、要約、分析、傾向分析、可視化のための関数です。本パッケージは、連続した日平均流量を日・月・年・長期の統計量に要約し、年間の傾向や頻度分析を表とグラフの両方で行います。
  • FlowScreen:日流量時系列の時間的傾向および変化点をスクリーニングします。このパッケージは、主に日次の流水時系列の品質を評価するために開発されました。また、多くの異なる流量メトリックスをプロットおよび計算するためのツールも含まれています。
  • grwat:自動ハイドログラフ分離と日流量時系列解析。このパッケージはベースフローとクイックフローを分離するための様々なフィルタを提供します。Rets et al. (2022)による高度な分離技術を実装し、気象データを巻き込み、流出の遺伝的成分:地表流、雨、融雪、春(季節融雪)を明らかにします。高性能なC++17による計算、年次統計、プロットやレポート生成のための補助関数。
  • hydropeakGreimel et al. (2016)で紹介されたフレームワークに基づき、1日未満の流量変動を検出し、特徴付けます。
  • hydrorouteGreimel et al. (2022)で提案・検証されたアプローチに基づき、縦波ハイドロピーキング波をトレースできる「PeakTrace」法を実装。
  • hydrostats:水文学や河川生態学で広く利用されている一連の水文学的指標を日次時系列データに対して計算します。
  • hydroTSM:水文学および関連する環境科学で用いられる時系列の管理・分析・補 間・プロットのための機能. 特に、このパッケージは水文学的なモデリングタスクに強く指向しています。
  • lfstat:世界気象機関(WMO)発行の「低流量推計・予測マニュアル」に記載されている統計量を計算・プロットする関数です。
  • IDF:強度-継続時間-頻度 (IDF) 曲線は, 水文学において降水量の極値を評価するために広く用いられている解析ツールです [例えば, Mailhotらdoi:10.1016/j.jhydrol.2007.09.019 ]。 「IDF」パッケージは, 与えられた降水時系列に対して, 継続時間依存の一般化極値分布に基づいて IDF パラメータを推定する機能を提供します[Koutsoyiannis et al, 1998, doi:10.1016/S0022-1694(98)00097-3]。
  • hydraulics :円形配管の満管(圧力下)、部分満管(重力流)、台形開水路の水流に関する基本的な水理計算を行う機能です。圧力流については、ヘッドロス、流量または直径についてダルシー・ワイスバッハ方程式を解くことによる摩擦損失の計算、ムーディー図のプロット、ポンプ特性曲線とシステム曲線のマッチング、ハーディクロス法によるパイプネットワーク内の流量の計算などが含まれます。ダルシー・ワイスバッハ摩擦係数は、ムーディー図の基礎となるコールブルック(またはコールブルック-ホワイト方程式)を用いて計算され、原典はColebrook (1939) doi:10.1680/ijoti.1939.13150です。重力流については、マニング方程式が用いられ、やはりミッシングパラメータを解決する。Darcy-Weisbach方程式とManning方程式の導出と解法については、Finnemore and Franzini (2002, ISBN:978-0072432022) など、多くの流体力学の教科書に概説されている。Manning 方程式の解法については、Irucka Embry 氏の「iemisc」パッケージのオリジナルコードを改変して使用しています。
  • RiverLoad:平均化法、比率推定法、回帰法など、最も一般的な負荷量推定方法をいくつか実装しています。このパッケージは、様々な化合物の負荷量を迅速に計算し、異なる手法を比較するための使いやすいツールを提供します。また、データを簡単に整理、分析するための追加関数も提供します。

Meteorology(気象・気候データを扱うための機能)

  • Evapotranspiration:潜在蒸発散量(PET)と実蒸発散量(AET)をPenman、Penman-Monteith FAO 56、Priestley-Taylor、Mortonモデルを含む21種類の計算式から算出する機能。
  • humidity:温度(K)と露点(K)から、飽和蒸気圧(hPa)、水蒸気分圧(Pa)、相対湿度(%)、絶対湿度(kg/m^3)、比湿(kg/kg)、混合比(kg/kg)を算出する機能。また、湿度メジャー間の変換関数も提供されています。
  • MBC:気候モデル出力の多変量バイアス補正。複数の気候変数の気候モデルシミュレーションのための多変量バイアス補正アルゴリズムのキャリブレーションと適用。
  • meteoland:地形の任意の位置で気象変数を推定する機能。
  • musica:マルチスケール気候モデル評価。時系列の比較・解析機能を提供します。
  • openair:大気汚染データを分析、解釈、理解するためのツール。多くの機能は、気象や交通など、他のデータにも適用できます。
  • qmap:(地域)気候モデルシミュレーションに由来する変数の分布の、分位点マッピングを用いた経験的調整。
  • Rainmaker:イベント期間の定義、先行降雨条件の決定、X-hr強度の決定のための瞬間降雨データ処理。GitHubのみのパッケージ。
  • RGENERATEPREC:「generate()」メソッドを日降水量の空間的多サイト確率的生成のために拡張したものです。これはロジット回帰 (Generalized Linear Models) と D.S. Wilks (1998) doi:10.1016/S0022-1694(98)00186-3によるアプローチを用いて、複数のサイトにおける降水量の発生を生成するものです。
  • IETD:イベント間時間定義法(IETD)に基づき、1日以下の降雨時系列から抽出した独立した降雨イベントの特性(継続時間、総降雨深度、強度)を計算する。また、IETDの基準値を持つために、自己相関解析、年平均イベント数解析、変動係数解析の3つの手法でIETD値を解析・計算します。独立した降雨イベントの特性に対するIETDの感度を分析するのに最適なツールです。Adams B, Papa F (2000) <ISBN: 978-0-471-33217-6>. Joo Jら(2014) doi:10.3390/w6010045。Restrepo-Posada P, Eagleson P (1982) doi:10.1016/0022-1694(82)90136-6

その他

  • berryFunctions:水平ヒストグラムの描画、3次元による散布点の色付け、日付軸と対数軸のプロットの拡張、X11グラフィックスのズーム、エラーと警告の追跡、線形ストレージカスケードでの単位水路図の使用、リストのdata.frameと配列への変換、複数の関数のフィット。
  • dssripHEC-DSSVueの rJava ラッパーで、HEC-DSS ファイルから水文時系列を読み込む。HEC-DSSのライブラリに依存しているため、GithubとWindowsのみのパッケージ。
  • GWSDAT:地下水モニタリングデータの解析のためのシニーアプリケーションで、溶質濃度と地下水位に関する単純な時系列データを扱うように設計されていますが、必要に応じて非水相液体(NAPL)の厚さをプロットすることも可能です。
  • hydrogeo:水質分析の主要イオンのパイパー図(パイパーヒル図ともいう)を描画する機能が1つ含まれています。
  • hydrotoolbox:水文気象データレコードの読み込み、プロット、操作、処理(アルゼンチン、チリのデータセットに特別な機能を追加)。
  • kitagawa:調和歪みまたは加圧された帯水層の理論的な流体力学的応答を計算するためのツールを提供します。ここでは、2つのクラスのモデルがあります。(1) Kitagawa et al (2011)のモデルに基づく密閉井戸の場合、および (2) Cooper et al (1965), Hsieh et al (1987), Rojstaczer (1988), および Liu et al (1989) のモデルに基づく開放井戸の場合、です。
  • MBSStools:Maryland DNR MBSS プログラムのデータ操作および計算のためのツール群。GitHubのみのパッケージ。
  • MODIStsp:MODIS陸域観測データのダウンロードと前処理を自動化するためのツール群です。MODIS衛星陸域観測データから時系列ラスタを自動作成することができます。指定した期間に取得したデータのダウンロード、モザイク処理、再投影、リサイズなどの典型的な前処理を実行することができます。
  • lulcc:空間的に明示的な土地利用変化モデリングのためのクラスとメソッド。
  • wql :環境モニタリングプログラムのデータ処理および探索を支援する関数です。多くのレガシーデータセットの特徴である、約毎月、四半期、または毎年、個別のステーションでサンプリングするプログラムを対象としている。ほとんどの関数は,対象物に関係なく,類似した周波数の時系列の分析に役立つはずです。
  • WRTDStidal:水質時系列の傾向を評価するために、時間、流量、季節の重み付け回帰を河口(潮間帯)に適応させたもの。
  • soilhypfit:土壌の保水量や透水係数の疎なデータから、Van Genuchten-Mualemモデルの特性をマルチ応答パラメータ推定法により効率的に推定する機能を提供する(Stewart, W.E., Caracotsios, M. Soerensen, J.P. (1992) “Parameter estimation from multi-response data” doi:10.1002/aic.690380502)。パラメータ推定は、残留水分量と飽和水分量、飽和導電率が条件付き線形パラメータであることを利用して簡略化する (Bates, D. M. and Watts, D. G. (1988) “Nonlinear Regression Analysis and Its Applications” doi:10.1002/9780470316757)。推定されたパラメータは、蒸発特性長によってオプションで制約され(Lehmann, P., Bickel, S., Wei, Z. and Or, D. (2020) “Physical Constraints for Improved Soil Hydraulic Parameter Estimation by Pedotransfer Functions” doi:10.1029/2019WR025963)、推定パラメータが物理的に妥当であるか確認することが可能です。一般的なS3メソッドとさらなるユーティリティ関数により、推定結果を処理、探索、可視化することができます。
  • iemisc:Irucka Embryの雑多な関数集(工学経済、土木・環境・水資源工学、幾何学、統計学、GNU Octave長さ関数、度数単位の三角関数、など)です。
  • ie2misc:Irucka Embryの雑多なUSGS関数のコレクション(.expおよび.psfファイルの処理、統計誤差関数、NAで使用するための「+」二項演算子、ADAPSおよびQWスプレッドシートファイルの作成、飽和エンタルピーの計算)。IruckaはCherokee Nation Technology Solutions (CNTS) United States Geological Survey (USGS) Contractorおよび/またはUSGS職員として、これらの関数を作成しました。

空間データ処理

CRAN Spatial タスクビューは、空間データを読み、視覚化し、分析するために R で使用するパッケージの概要を提供します。rOpenSci MapTools listingも参照してください。

  • lumpR:ランドスケープユニットの定義と記述、地形構成要素への分割を半自動で行うための機能。カテナ表現を用いた半分散型大規模水文・侵食モデル(WASA-SED, CATFLOW)の前処理に利用できます。GitHubのみのパッケージです。
  • pRecipe:再現可能な科学を念頭に置いて設計されたpRecipeは、様々な時空間スケールの複数の降水量データプロダクト(現時点では24)のダウンロード、探索、視覚化、分析を容易にします。
  • lakemorpho:湖沼の生態学的プロセスを理解するために、湖沼学者が湖沼の形態測定指標を使用しています。lakemorpho’パッケージは、入力された標高モデルと湖のポリゴンからこれらのメトリクスの典型的なスイートを計算するためのツールを提供します。
  • nhdR:National Hydrography Datasetを扱うためのツールで、NHDNHDPlusの両方のデータセットを照会、ダウンロード、ネットワーク化するための機能を備えています。
  • somspace:somspaceは時系列の空間的分類のためのRパッケージです。somspaceは分析した時系列の主要な空間的パターンを捕らえる意味のある表現を生成するためのツールを提供します。
  • nhdplusTools:NHDPlusにアクセスし、作業するためのツールです。NHDPlusの属性計算、ネットワークナビゲーション、任意の水路ネットワークへのデータ索引付けのためのユーティリティを提供します。
  • riverdist:河川ネットワークの形状ファイルを読み込み、ネットワーク距離を計算します。また、最小ホームレンジ、カーネル密度推定、ブートストラップ包絡線を用いた経験的k関数を用いたクラスタリング解析など、漁業テレメトリ研究のために設計された様々な計算およびグラフツールも含まれています。また、河川ネットワークを編集するためのツールも提供されており、外部ソフトウェアに依存することなく利用することができます。
  • gsw:Gibbs「SeaWater」(‘TEOS-10’) C library, version 3.05 (commit 「f7bfebf44f686034636facb09852f1d5760c27f5」, dated 2021-03-27, available at https://github.com/TEOS-10/GSW-C。これは ‘SCOR’/’IAPSO’ (Scientific Committee on Oceanic Research / International Association for Physical Sciences of the Oceans) のワーキンググループ 127 メンバーによって書かれた「Matlab」と他のコードから派生しています。
  • OCNet:Optimal Channel Networks (OCN):実際の自然河川網に特徴的なスケーリング特性を再現した配向性スパニングツリーを生成・解析します。そのため、水文学、生態学、疫学などの分野における様々な数値実験に利用することができる。パッケージの紹介はCarraro et al. (2020) doi:10.1002/ece3.647。OCN概念の理論的概要はRinaldo et al. (2014) doi:10.1073/pnas.1322700111、使用した構成についてはFurrer and Sain (2010) doi:10.18637/jss.v036.i10を参照してください。
  • SBN:Stochastic Branching Networks (「SBN」)を生成します。河川の枝分かれ構造のモデル化に使用。
  • gwavr:Rで水属性を視覚的に取得するメソッド(‘gwavr’)を提供します。これにより、ユーザは米国内の地域をポイント&クリックして、水文データ(例:流線、集水域、流域境界、コミッドなど)を取得することができます。
  • epanet2toolkit:「EPANET」を用いた水道配管網のシミュレーションを可能にします。本パッケージは、「EPANET」プログラマーズツールキットの関数をR関数として提供し、基本的なシミュレーションやカスタマイズしたシミュレーションをRから実行できるようにします。本パッケージは、Open Water Analytics https://github.com/OpenWaterAnalytics/EPANET/releases/tag/v2.2「EPANET」バージョン2.2を使用しています。

モデリング
プロセスベースモデリング(入出力の準備とプロセスベースモデルの実行のためのスクリプト)

R-Forgeのr-hydroプロジェクトや、水文学モデリングのためのRパッケージを論じたAstagneau et al. (2021, HESS)の論文もご参照ください。

  • airGR:INRAE-Antony (HYCAR Research Unit, France)で開発された水文モデリングツール。このパッケージには、集中型または半集中型に適用可能な複数の降雨流出モデル (GR4H, GR5H, GR4J, GR5J, GR6J, GR2M, GR1A) が含まれています。積雪融解モデル(CemaNeige)およびその校正・評価関数。
  • airGRdatassimPiazzi et al. (2021)で述べられているように、Ensemble Kalman filterまたはParticle filterを用いて、日次GR水文モデルに観測流量を同化するツールを提供する’airGR’パッケージのアドオンです。
  • airGRteaching:’airGR’パッケージのアドオンで、その使用を簡素化し、水文学の教育に使用されることを目的としています。Shiny GUIがパッケージに組み込まれています(デモはsunshine.irstea.frで見ることができます。
  • airGRiwrm:半分散降水-流出モデリング、「airGR」パッケージモデルに基づいて、人間のインフラとその管理を統合します。
  • bigleaf:渦共分散データおよび付随する気象測定値から、物理的(空気力学的コンダクタンス、地表温度など)および生理的(キャノピーコンダクタンス、水利用効率など)な生態系特性を計算することができます。計算では、地表が「大きな葉」のように振舞うことを仮定し、生態系/キャノピー変数のバルク値を返します。
  • boussinesq:一次元ブシネスク方程式(地下水)のための関数集。
  • Brook90_R:1D-SVATモデルBrook90のRによる実装。GitHubのみのパッケージ。
  • Ecohydmod:土壌水収支(土壌水分、蒸発散、漏水、流出)、標識ポアソン過程を用いた降雨系列、正規化差植生指数(NDVI)による植生生長をシミュレートします。Souza et al. (2016)を参照。
  • EcoHydRology (archived):科学者、エンジニア、政策立案者が、複雑な生態学的水文学的相互作用をモデル化するための教育的演習やより応用的な使用に基づく柔軟な基盤で、一部のSWAT校正機能を含みます。
  • geotopbricks:分散型水文モデルGEOtopのRプラグイン。水文分散モデルGEOtopの入出力ファイルとして、ラスター地図などを解析するパッケージです。
  • hydromad:水文モデル評価・開発 – website。GitHubのみのパッケージ。
  • hydroPSO:システムコンソールから実行する必要がある環境モデルやその他の実世界モデルのキャリブレーション用の粒子群最適化(PSO)アルゴリズム。hydroPSOはモデルに依存しないため、ユーザーは任意のコンピュータシミュレーションモデルとPSOキャリブレーションエンジンを容易に接続することができます。
  • HBV.IANIGLA:このパッケージにはHBV水文モデルが含まれていますが、モジュール化されており、ユーザーは自分自身のHBVモデルを構築することができます。HBV.IANIGLAには、氷河の融解シミュレーションを行うためのルーチンが組み込まれています。Toum et al. 2021を参照。
  • kwb.hantushHantush (1967)の式に基づき、浸透流域の地下水マウンドを計算する。USGSの報告書に基づく検証例で正しい実装を示す(page 25)。
  • LWFBrook90R:SVATモデルLWF-Brook90で蒸発散と土壌水分をシミュレートします。論文Schmidt-Walter et al. (2020)を参照。
  • loadflex:流域フラックス推定のためのモデルおよびツール。paper参照。GitHubのみのパッケージです。
  • RavenR:Raven Hydrological Modelling Framework に関連する入出力ファイルを処理するためのユーティリティです。各種プロット機能、モデル診断、出力ファイルのxtsフォーマットへの読み込み、Raven入力ファイル(rvt、rvh、rvcなど)の書き込みをサポートしています。
  • reservoir:給水貯水池の分析、設計、運用のためのツール。レジリエンス、信頼性、脆弱性の指標を用いた単一貯水システムの性能測定、貯水量-利回り-信頼性の関係の評価、シーケンスピーク解析による無故障貯水量の決定、決定論的および確率的動的計画法による給水、水力発電、多目的貯水池の放出決定の最適化、パラメトリックおよびノンパラメトリックモデルによる流入再現の生成、ハースト係数による流入継続性の評価など。
  • RHMS:Hydrologic Modelling Systemは、Rによる水文現象のシミュレーションと解析を可能にするオブジェクト指向のツールである。このパッケージは、水文システムの構築、シミュレーション、可視化、校正のための関数と手法を提案しています。
  • RSAlgaeR:水質変数の経験的リモートセンシングモデル構築と長期的傾向の分析。反射率データの処理、ステップワイズ回帰と一般化線形モデリングアプローチを用いた経験的モデルの構築、クロスバリデーション、Theil-Sen推定器を用いた水質条件(特にchl-a)と気候条件のトレンドの分析を支援します。
  • streamDepletr:地下水の汲み上げが1つまたは複数の河川に及ぼす影響を計算するために使用される分析的枯渇関数。
  • streamMetabolizer:溶存酸素、水温、水深、光の時系列データから、水生生物の光合成と呼吸(総称して代謝)をインバースモデリングにより推定します。本パッケージは、データ準備の支援、モデリング中のデータギャップの処理、およびモデル出力の表とグラフによるレポートを提供します。GitHubのみのパッケージです。
  • swmmr:広く使われている米国環境保護庁(US EPA)のStorm Water Management Model (SWMM)をRに接続するための関数です。
  • telemac:自由表面流のモデリングのためのTELEMACスイートに対するRのインターフェースです。モデルの初期化、シミュレーション、可視化のためのメソッドが含まれています。現在のところ、2次元流体モデリング用のTELEMAC-2Dモジュールのみが実装されています。
  • topmodel:Keith Beven による 1995 年版 FORTRAN をベースとした水文モデル TOPMODEL を含む水文機能セット。バージョン0.7.0からメンテナンスモードに移行しています。
  • TUWmodel:Lumped Hydrological Model for Education Purposes:HBVモデルの構造を踏襲した、集中概念的な降雨流出モデルです。このモデルは、日またはより短い時間ステップで実行され、積雪ルーチン、土壌水分ルーチン、流量ルーチンから構成されています。
  • VICmodel:ワシントン大学(UW)のXu Liangによって開発された、水とエネルギーの完全なバランスを解くマクロスケール水文学モデルであるVIC(Variable Infiltration Capacity)モデルの実装です。
  • WRSS:水資源システムシミュレータは、大規模な水資源システムのシミュレーションと解析のためのツールです。WRSS」は、標準作業方針(SOP)に基づき、一次水資源機能(貯水池、帯水層など)の構築、シミュレーション、解析のための機能と方法を提案しています。
  • DWBmodelUN:BudykoフレームワークとDynamic Dimension Searchアルゴリズムによる動的水収支モデルを用いた水文モデリングツールで、モデルのキャリブレーションと対話型グラフィックスによる出力解析が可能です。流域の水の利用可能量や、モデルの構造で表現されるいくつかの水フラックスを計算することができます。Zhang, L., N., Potter, K., Hickel, Y., Zhang, Q., Shao (2008) doi:10.1016/j.jhydrol.2008.07.021 “Water Balance modeling over variable time scales based on the Budyko framework – Model development and testing”, Journal of Hydrology, 360, 117-131を参照。Tolson, B., C., Shoemaker (2007) doi:10.1029/2005WR004723 “Dynamically dimensioned search algorithm for computationally efficient watershed model calibration”, Water Resources Research, 43, 1-16 を参照。
  • dynatop:Beven and Freer (2001) が提案した半分散型水文モデルDynamic TOPMODELの R による実装と機能強化doi:10.1002/hyp.252。「dynatop」パッケージは、’dynatopGIS’パッケージを使用して作成できるモデルのシミュレーションのためのコードを実装しています。
  • dynatopGIS:Quinn et al. (1991) doi:10.1002/hyp.3360050106に基づき、Beven and Freer (2001) doi:10.1002/hyp.252で提案された半分散水文モデルである Dynamic TOPMODELの実装を構築するために河川ネットワークとデジタル標高データを処理する一連のアルゴ リズム。「dynatop」パッケージは、’dynatopGIS’ の出力に基づき Dynamic TOPMODEL のシミュレーションコードを実装しています。
  • baytrends:一般化加法モデル(GAM)を用いて、長期的なトレンドを評価することができるようにする。モデル開発には、非線形な季節変動の時間変化を記述するためのGAM構造の選択、河川流量または塩分による水文学的変動の取り込み、データ値に影響を与えると思われる方法または実験室の変更に対処するための介入の使用、および左打ち切りまたは区間打ち切りデータの表現が含まれています。このアプローチは、米国東海岸の主要な河口であるチェサピーク湾の水質データに適用され、管理および研究に焦点を当てた様々な質問に対する洞察を提供している。Murphy (2019) doi:10.1016/j.envsoft.2019.03.027に記載されている方法論。
  • Raquifer:非定常および擬似定常状態モデルを用いた炭化水素貯留層への累積水流入量の経時変化表の作成。Van Everdingen, A. F. and Hurst, W. (1949) doi:10.2118/949305-G。フェトコビッチ,M.J. (1971) doi:10.2118/2603-PA。Yildiz, T. and Khosravi, A. (2007) doi:10.2118/103283-PA
  • swmmr:米国環境保護庁(US EPA)の広く使われている雨水管理モデル(SWMM)https://www.epa.gov/water-research/storm-water-management-model-swmmをRに接続するための機能で、現在2つの主な目標があります。(1) RからSWMMシミュレーションを実行する、(2) シミュレーション結果、すなわちSWMMのバイナリファイル’.out’に素早くアクセスできるようにする。Rcppの助けを借りて、高いパフォーマンスを達成しました。さらに、SWMM の ‘.inp’ と ‘.rpt’ ファイルを読むことで、モデルの構造を見たり、シミュレーションのサマリーに直接アクセスしたりすることができます。
  • transfR:地形学に基づく水文モデリングにより、ゲージされた集水域からゲージされていない集水域に流水量の測定値を転送する。逆モデリングにより、Boudhraâら(2018)doi:10.1080/02626667.2018.1425801に従って、流量の測定値から純降雨を推定することができます。その結果、純降雨は、最終的にde Lavenneら(2016) doi:10.1002/2016WR018716に従って流量をシミュレーションするために、空間補間によって未測定流域で推定されます。
  • smnet:流路の接続性を考慮した柔軟な加法モデルを、流路のデータに当てはめます。モデルは、ペナルティ付き最小二乗法を用いて適合させます。
  • curvenumber:本パッケージは、暴風雨による直接流出量を推定するための確立された手法であるカーブナンバーを実装したものです。
  • VIC5 :Variable Infiltration Capacity(VIC)モデルは、ワシントン大学(UW)のXu Liangが独自に開発した、水とエネルギーの完全平衡を解くマクロスケール水文モデルである。使用したVICのソースコードのバージョンは、hhttps://github.com/UW-Hydro/VIC/、Hammanら (2018)を参照すると、5.0.1のものです。現時点でのVICモデルの正式版の開発とメンテナンスは、UWの土木環境工学科のUW Hydro (Computational Hydrology group)が中心となって行っています。VICは研究モデルであり、様々な形で世界の主要な河川流域のほとんどに適用されているほか、グローバルにhttp://vic.readthedocs.io/en/master/Documentation/References/。参考文献 “Liang, X., D. P. Lettenmaier, E. F. Wood, and S. J. Burges (1994), A simple hydrologically based model of land surface water and energy fluxes for general circulation models, J. Geophys. Res., 99(D7), 14415-14428, doi:10.1029/94JD00483“; “Hamman, J. J., Nijssen, B., Bohn, T. J., Gergel, D. R., and Mao, Y. (2018), The Variable Infiltration Capacity model version 5 (VIC-5): Infrastructure improvements for new applications and reproducibility, Geosci. Model Dev., 11, 3481-3496, doi:10.5194/gmd-11-3481-2018“。
  • DeductiveR:月系列の流量または降水量データに演繹的合理性法を適用し、欠損データを補填する。この方法は、以下の通りである。Campos, D.F., (1984, ISBN:9686194444) に記載されている方法です。

統計モデリング(水文学関連統計モデル)

Environmetricsタスクビューでは、生態科学で使われる多くの統計的アプローチを含む、水文学データを含む環境データの分析に使われるパッケージの概要を提供します。さらに、ExtremeValueタスクビューでは、極値を持つデータセットのモデリングに役立つパッケージが紹介されています。

  • CoSMoS :このパッケージは、Papalexiou 2018の実装です。CoSMoSは、降水量、流水量、相対湿度、気温などの環境・水文気象過程の一変量/多変量非ガウス時系列とランダムフィールドを生成します。
  • dream:DiffeRential Evolution Adaptive Metropolis (DREAM)。高次元空間でも効率的なグローバルMCMCを行う。R-Forgeのみのパッケージ。
  • fuse:構造的エラーを理解するためのフレームワークを実装したRパッケージ cvitolo.github.io/fuse/。GitHub限定パッケージ。
  • hydroGOF:観測値とシミュレーション値の適合度を統計的、グラフィカルに測定するS3関数で、主に水文モデルの校正、検証、適用時に使用することを目的としています。
  • HydroMe:浸透・保水モデルのパラメータをカーブフィッティング法により推定します。考慮するモデルは、土壌学で一般的に使用されているものです。
  • hyfo:水文学と気候予測におけるデータ処理と可視化に重点を置いています。主な機能は、データ抽出、データダウンスケーリング、データリサンプリング、降水量のギャップフィラー、予測データのバイアス補正、柔軟な時系列プロット、空間地図生成などです。水文・水理モデラーの事前処理・事後処理に適したツールです。
  • isoWaterBowen et al. 2018に倣って、蒸発を経験した可能性のある水サンプルのソース同位体組成またはソース混合比のベイズ推定を行います。
  • NEON-stream-discharge:NEON Stage-Discharge Rating Curve (NEONステージ・ディスチャージ評価曲線)。ベイズモデリング手法で開発された、サイトと水年のステージ-放電評価曲線を計算するDockerコンテナのセットアップ手順。GitHubのみのパッケージです。
  • NPRED:部分情報相関(PIC)は、潜在的な予測因子の大規模なセットから、応答に対して意味のある予測因子を識別するために使用さます。パッケージで使用されている方法論の詳細は、Sharma & Mehrotra (2014)Sharma et al. (2016)、およびMehrotra & Sharma (2006)で見ることができます。
  • LPM:一変量ロングメモリーモデルの適用、多変量ショートメモリーモデルの水文データセットへの適用、降雨シリーズへの強度・継続時間頻度曲線の推定。
  • meteo:気象データの時空間的な地理統計マッピング。
  • nsRFA:水文学における地域頻度解析法を客観的に(非教師的に)適用するための統計ツールのコレクション。
  • RMAWGEN:気温と降水量の日時系列を空間的に多地点確率的に生成するための関数。
  • rtop:空間的サポートが不規則なデータの補間 流出関連データや行政単位のデータなど、空間的サポートが不規則なデータを地球統計学的に補間します。
  • SCI:標準化気候指数(SCI)を生成するための関数です。SCIは、気候(または環境)時系列の(平滑化)変換で、季節性を除去し、データを標準正規分布の値をとるように強制するものです。SCIはもともと降水量のために開発されました。この場合、標準化降水量指数(SPI)として知られています。
  • soilwater:土壌水分保持率または透水性曲線のパラメトリック公式を実装しています。現時点では、Van Genuchten(土壌保水曲線)とMualem(透水係数)のみが実装されています。
  • synthesis:線形、非線形、カオス系を含む一般的に使用される統計モデルから合成時系列を生成します。
  • SPEI:潜在的蒸発散量と、標準化降水量-蒸発散量指数(SPEI)を含む広く使用されているいくつかの干ばつ指数を計算するための関数群です。
  • WASP:ウェーブレットに基づく分散変換手法を、システムのモデリングと予測に使用します。ウェーブレット理論を用いて予測器のスペクトル表現を洗練させ、モデル仕様と予測精度の向上につなげます。このパッケージで使用されている手法の詳細は、Jiang, Sharma, et al. (2020)Jiang, Rashid, et al. (2020)Jiang, Sharma, et al. (2021)に掲載されています。
R言語 CRAN Task View:水文データとモデリング