Impact of seasonality on rain-triggered landslide hazard modeling
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-29102025-161958/ |
Resumo: | Rain-triggered landslides represent a critical geohazard in regions with intense and seasonally variable precipitation. This thesis investigates the influence of rainfall seasonality on landslide hazard modeling, combining empirical rainfall thresholds and machine learning (ML) approaches in the Paraíba Valley and North Coast (PVNC) of São Paulo, Brazil. The study includes a systematic review of 21 scientific publications on ML models applied to landslide hazard assessment, revealing a prevalence of Random Forest, Support Vector Machine, and Gradient Boosting models. Validation of satellite rainfall estimates (IMERG and CHIRPS) against gauge data showed strong correlations (r > 0.75) and acceptable error margins (MAE/day < 2 mm) for use in predictive models. Empirical rainfall thresholds were calculated for each season and source, and five probability classes (R1 to R5) were established based on 1-day, 3-day, and 7-day accumulations. Gradient Boosting classifiers trained with seasonally differentiated thresholds outperformed undifferentiated models, achieving higher AUC values (up to 0.91) and improved precision-recall balance. These findings demonstrate that integrating rainfall seasonality can enhance landslide prediction and supports more effective Early Warning Systems. |
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Impact of seasonality on rain-triggered landslide hazard modelingImpacto da sazonalidade na modelagem de deslizamentos causados por chuvasaprendizagem de máquinadisaster preventiongeohazardmachine learningperigo geológicoprecipitaçãoprecipitationprevenção de desastressazonalidadeseason variabilityRain-triggered landslides represent a critical geohazard in regions with intense and seasonally variable precipitation. This thesis investigates the influence of rainfall seasonality on landslide hazard modeling, combining empirical rainfall thresholds and machine learning (ML) approaches in the Paraíba Valley and North Coast (PVNC) of São Paulo, Brazil. The study includes a systematic review of 21 scientific publications on ML models applied to landslide hazard assessment, revealing a prevalence of Random Forest, Support Vector Machine, and Gradient Boosting models. Validation of satellite rainfall estimates (IMERG and CHIRPS) against gauge data showed strong correlations (r > 0.75) and acceptable error margins (MAE/day < 2 mm) for use in predictive models. Empirical rainfall thresholds were calculated for each season and source, and five probability classes (R1 to R5) were established based on 1-day, 3-day, and 7-day accumulations. Gradient Boosting classifiers trained with seasonally differentiated thresholds outperformed undifferentiated models, achieving higher AUC values (up to 0.91) and improved precision-recall balance. These findings demonstrate that integrating rainfall seasonality can enhance landslide prediction and supports more effective Early Warning Systems.Deslizamentos de terra induzidos por chuva representam um perigo crítico em regiões com precipitação intensa e sazonalmente variável. Esta tese investiga a influência da sazonalidade da chuva na modelagem de perigo de deslizamentos, combinando limiares empíricos de precipitação e técnicas de Aprendizado de Máquina no Vale do Paraíba e Litoral Norte (VPLN) de São Paulo, Brasil. O estudo inclui uma revisão sistemática de 21 publicações científicas sobre modelos de Aprendizagem de Máquina aplicados à avaliação de perigo de deslizamentos, revelando a prevalência dos algoritmos Random Forest, Support Vector Machine e Gradient Boosting. A validação dos dados de chuva por satélite (IMERG e CHIRPS) em relação aos dados de pluviômetros demonstrou fortes correlações (r > 0,75) e erros aceitáveis (MAE/dia < 2 mm), confirmando sua viabilidade em modelos preditivos. Limiares empíricos de precipitação foram calculados para cada estação e fonte de dados, e cinco classes de probabilidade (R1 a R5) foram estabelecidas com base em acúmulos de 1, 3 e 7 dias. Modelos Gradient Boosting treinados com limiares sazonais diferenciados apresentaram desempenho superior aos modelos sem diferenciação, com valores de AUC de até 0,91 e melhor equilíbrio entre precisão e revocação. Os resultados demonstram que a integração da sazonalidade da chuva pode melhorar a predição de deslizamentos e contribui para o aprimoramento de Sistemas de Alerta de Desastres.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPTech, Adriano Rogerio BrunoHorta, Isabela Taici Lopes Gonçalves2025-08-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-29102025-161958/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-11-05T19:59:02Zoai:teses.usp.br:tde-29102025-161958Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-11-05T19:59:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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Rain-triggered landslides represent a critical geohazard in regions with intense and seasonally variable precipitation. This thesis investigates the influence of rainfall seasonality on landslide hazard modeling, combining empirical rainfall thresholds and machine learning (ML) approaches in the Paraíba Valley and North Coast (PVNC) of São Paulo, Brazil. The study includes a systematic review of 21 scientific publications on ML models applied to landslide hazard assessment, revealing a prevalence of Random Forest, Support Vector Machine, and Gradient Boosting models. Validation of satellite rainfall estimates (IMERG and CHIRPS) against gauge data showed strong correlations (r > 0.75) and acceptable error margins (MAE/day < 2 mm) for use in predictive models. Empirical rainfall thresholds were calculated for each season and source, and five probability classes (R1 to R5) were established based on 1-day, 3-day, and 7-day accumulations. Gradient Boosting classifiers trained with seasonally differentiated thresholds outperformed undifferentiated models, achieving higher AUC values (up to 0.91) and improved precision-recall balance. These findings demonstrate that integrating rainfall seasonality can enhance landslide prediction and supports more effective Early Warning Systems. |
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