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Enregistrement W3153642306 · doi:10.5194/egusphere-egu21-6312

Learning from mistakes - Assessing the performance and uncertainty in process-based models

2021· article· en· W3153642306 sur OpenAlexaffabout
Benjamin Roesky, Moritz Feigl, Mathew Herrnegger, Karsten Schulz, Masaki Hayashi

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrological Forecasting Using AI
Établissements canadiensBGC Engineering (Canada)University of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésVariable (mathematics)Process (computing)Set (abstract data type)Computer scienceCluster analysisField (mathematics)Data miningStatisticsMathematicsArtificial intelligence

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Typical applications of process- or physically-based models aim to gain a better process understanding of certain natural phenomena or to estimate the impact of changes in the examined system caused by anthropogenic influences, such as land-use or climate change. To adequately represent the physical system, it is necessary to include all (essential) processes in the applied model and to observe relevant inputs in the field. However, model errors, i.e. deviations between observed and simulated values, can still occur. Other than large systematic observation errors, simplified, misrepresented or missing processes are potential sources of errors. This study presents a set of methods and a proposed workflow for analyzing errors of process-based models as a basis for relating them to process representations. The evaluated approach consists of three steps: (1) prediction of model errors with a machine learning (ML) model using data that might be associated with model errors (e.g., model input data), (2) derivation of variable importance (i.e. contribution of each input variable to prediction) for each predicted model error using SHapley Additive exPlanations (SHAP), (3) clustering of SHAP values of all predicted errors to derive groups with similar error generation characteristics. By analyzing these groups of different error/variable association, hypotheses on error generation and corresponding processes can be formulated. This analysis framework can ultimately lead to improving hydrologic understanding and prediction. The framework is applied to the physically-based stream water temperature model HFLUX in a case study for modelling an alpine stream in the Canadian Rocky Mountains. Initial statistical tests show a significant association of model errors with available meteorological and hydrological variables. By using these variables as input features, the applied ML model is able to predict model residuals. Clustering of SHAP values results in four distinct error groups that can be related to tree shading, sensible and latent heat flux and longwave radiation emitted by trees. Model errors are rarely random and often contain valuable information. Assessing model error associations is ultimately a way of enhancing trust in implemented processes and of providing information on potential areas of improvement to the model.

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)0,024
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,093
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,024
Score d'incertitude au seuil0,129

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0240,093
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0030,002
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0030,004
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 Opus0,033
Tête enseignante GPT0,263
Écart entre enseignants0,230 · 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

Citations0
Publié2021
Routes d'admission2
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