MétaCan
Menu
← Retour à la cohorte
Enregistrement W4408425251 · doi:10.5194/egusphere-egu25-6863

Spatiotemporal Causal Effect Estimation in Complex Dynamical Systems

2025· preprint· en· W4408425251 sur OpenAlexaff
Rebecca Herman, Jakob Runge

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFault Detection and Control Systems
Établissements canadiensArtificial Intelligence in Medicine (Canada)
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésEstimationComputer scienceDynamical systems theoryStatistical physicsEconometricsMathematicsPhysicsEngineeringSystems engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Causal Inference is essential for identifying and quantifying causal relationships in systems where randomized controlled experiments are infeasible, but the high dimensionality and co-variability structure of spatiotemporal dynamical systems such as the climate system pose special challenges for causal effect estimation. It is standard for climate scientists to reduce the dimension of their data with pre-processing procedures such as regional means and principal component analysis, but taking a regional mean may mask differences in spatial pattern – such as the difference between Eastern Pacific and Central Pacific El Niño events – that may be relevant for causal relationships. Similarly, principal component analysis may obscure true causal relationships because the spatial pattern associated with maximum co-variability may not be the causally relevant information. Instead of using these preprocessing techniques, the basic procedure of time series causal effect estimation can be simply extended to multivariate time series, but this introduces new complications and heightens already existing complications of time series causal effect estimation. Here, we discuss these complications and present practical solutions. Complications for multi-variate as well as univariate time series include: (1) neighboring points in time and space may be very similar if the scale of the spatiotemporal sampling rate is small relative to the characteristic scale of the variance, resulting in unstable estimations, (2) the do-calculus expression for estimating the response to a hard intervention may include calculations with spatiotemporal gradients so strong they would result in instabilities in the system, and finally, (3) it is often not possible to actually perform a hard intervention in dynamical systems, making the interpretation of the causal effect unclear. The first complication may be addressed using L2 regularization, and the second and third complications may be addressed by focusing on soft interventions of reasonable magnitude that approach zero on their spatiotemporal boundaries. A unique complication of multi-variate causal effect estimation is that, when using L2 regularization, the total causal influence of a climate variable will be penalized inverse-proportionally to the number of spatial datapoints. This complication can be addressed by scaling variables so that the total spatiotemporal variance, rather than the component-wise variance, is one. We showcase the power of the technique by quantifying the spatiotemporal causal effect of El Niño-related sea surface temperature variability on atmospheric pressure variability in the North Atlantic in unforced Community Earth System Model simulations. We demonstrate that spatiotemporal causal effect estimation allows us to simultaneously determine the relevant spatial patterns and more accurately quantify a pattern-dependent causal effect between ENSO and NAO that has thus far proven difficult to measure in observational studies.

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)0,011
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,047
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 enseignants0,011
Score d'incertitude au seuil0,059

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0110,047
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,002
Bibliométrie0,0020,002
Études des sciences et des technologies0,0010,002
Communication savante0,0020,003
Science ouverte0,0020,002
Intégrité de la recherche0,0010,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,000

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 Opus0,010
Tête enseignante GPT0,256
Écart entre enseignants0,246 · 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

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même sujetFault Detection and Control Systems→Travaux en français237 207→