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Enregistrement W2528158827 · doi:10.1371/journal.pone.0164960

Diagnosing the Dynamics of Observed and Simulated Ecosystem Gross Primary Productivity with Time Causal Information Theory Quantifiers

2016· article· en· W2528158827 sur OpenAlexfundno aff
Sebastian Sippel, Holger Lange, Miguel D. Mahecha, Michael Hauhs, Paul Bodesheim, T. Kaminski, Fabian Gans, Osvaldo A. Rosso

Notice bibliographique

RevuePLoS ONE · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueAtmospheric and Environmental Gas Dynamics
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesLawrence Berkeley National LaboratoryJoint Research CentreInternational Max Planck Research School for global Biogeochemical CyclesUniversidade Federal de AlagoasInternational Max Planck Research School for Advanced Methods in Process and Systems EngineeringStudienstiftung des Deutschen VolkesU.S. Department of EnergyEuropean CommissionNational Science FoundationEuropean Space AgencyUniversity of VirginiaConsejo Nacional de Investigaciones Científicas y TécnicasInternational Max Planck Research School for Environmental, Cellular and Molecular MicrobiologyUniversité LavalOak Ridge National LaboratoryConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoMicrosoft Research
Mots-clésComputer scienceTemporal scalesTime seriesPrimary productionSeries (stratigraphy)Scale (ratio)EconometricsData miningStatisticsEcosystemEcologyMachine learningMathematicsGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Data analysis and model-data comparisons in the environmental sciences require diagnostic measures that quantify time series dynamics and structure, and are robust to noise in observational data. This paper investigates the temporal dynamics of environmental time series using measures quantifying their information content and complexity. The measures are used to classify natural processes on one hand, and to compare models with observations on the other. The present analysis focuses on the global carbon cycle as an area of research in which model-data integration and comparisons are key to improving our understanding of natural phenomena. We investigate the dynamics of observed and simulated time series of Gross Primary Productivity (GPP), a key variable in terrestrial ecosystems that quantifies ecosystem carbon uptake. However, the dynamics, patterns and magnitudes of GPP time series, both observed and simulated, vary substantially on different temporal and spatial scales. We demonstrate here that information content and complexity, or Information Theory Quantifiers (ITQ) for short, serve as robust and efficient data-analytical and model benchmarking tools for evaluating the temporal structure and dynamical properties of simulated or observed time series at various spatial scales. At continental scale, we compare GPP time series simulated with two models and an observations-based product. This analysis reveals qualitative differences between model evaluation based on ITQ compared to traditional model performance metrics, indicating that good model performance in terms of absolute or relative error does not imply that the dynamics of the observations is captured well. Furthermore, we show, using an ensemble of site-scale measurements obtained from the FLUXNET archive in the Mediterranean, that model-data or model-model mismatches as indicated by ITQ can be attributed to and interpreted as differences in the temporal structure of the respective ecological time series. At global scale, our understanding of C fluxes relies on the use of consistently applied land models. Here, we use ITQ to evaluate model structure: The measures are largely insensitive to climatic scenarios, land use and atmospheric gas concentrations used to drive them, but clearly separate the structure of 13 different land models taken from the CMIP5 archive and an observations-based product. In conclusion, diagnostic measures of this kind provide data-analytical tools that distinguish different types of natural processes based solely on their dynamics, and are thus highly suitable for environmental science applications such as model structural diagnostics.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,029
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,014
Score d'incertitude au seuil0,030

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,029
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0030,002
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0020,003
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,012
Tête enseignante GPT0,161
Écart entre enseignants0,149 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations36
Publié2016
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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