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Enregistrement W3134179516 · doi:10.3389/fenvs.2021.491636

Evaluating the Benefits of Bayesian Hierarchical Methods for Analyzing Heterogeneous Environmental Datasets: A Case Study of Marine Organic Carbon Fluxes

2021· article· en· W3134179516 sur OpenAlexaff
Gregory L. Britten, Yara Mohajerani, Louis Primeau, Murat Aydın, Catherine A. Garcia, Wei‐Lei Wang, Benoît Pasquier, B. B. Cael, François Primeau

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Environmental Science · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueAtmospheric and Environmental Gas Dynamics
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesNatural Environment Research CouncilSight Research UKSimons FoundationU.S. Department of EnergyNational Science Foundation
Mots-clésBiomeBayesian hierarchical modelingBayesian probabilitySampling (signal processing)Computer scienceHierarchical database modelContext (archaeology)Data miningMultilevel modelBayesian inferenceEnvironmental scienceMachine learningArtificial intelligenceEcosystemEcologyGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Large compilations of heterogeneous environmental observations are increasingly available as public databases, allowing researchers to test hypotheses across datasets. Statistical complexities arise when analyzing compiled data due to unbalanced spatial sampling, variable environmental context, mixed measurement techniques, and other reasons. Hierarchical Bayesian modeling is increasingly used in environmental science to describe these complexities, however few studies explicitly compare the utility of hierarchical Bayesian models to simpler and more commonly applied methods. Here we demonstrate the utility of the hierarchical Bayesian approach with application to a large compiled environmental dataset consisting of 5,741 marine vertical organic carbon flux observations from 407 sampling locations spanning eight biomes across the global ocean. We fit a global scale Bayesian hierarchical model that describes the vertical profile of organic carbon flux with depth. Profile parameters within a particular biome are assumed to share a common deviation from the global mean profile. Individual station-level parameters are then modeled as deviations from the common biome-level profile. The hierarchical approach is shown to have several benefits over simpler and more common data aggregation methods. First, the hierarchical approach avoids statistical complexities introduced due to unbalanced sampling and allows for flexible incorporation of spatial heterogeneitites in model parameters. Second, the hierarchical approach uses the whole dataset simultaneously to fit the model parameters which shares information across datasets and reduces the uncertainty up to 95% in individual profiles. Third, the Bayesian approach incorporates prior scientific information about model parameters; for example, the non-negativity of chemical concentrations or mass-balance, which we apply here. We explicitly quantify each of these properties in turn. We emphasize the generality of the hierarchical Bayesian approach for diverse environmental applications and its increasing feasibility for large datasets due to recent developments in Markov Chain Monte Carlo algorithms and easy-to-use high-level software implementations.

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)0,067
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,160
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,067
Score d'incertitude au seuil0,357

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0670,160
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0020,004
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0020,004
Science ouverte0,0020,003
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,016
Tête enseignante GPT0,296
Écart entre enseignants0,280 · 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
GenreMéthodes

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

En bref

Citations24
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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