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Enregistrement W7057050835

Improving Uncertainty Quantification and Visualization for Spatiotemporal Earthquake Rate Models for the Pacific Northwest

2021· dissertation· en· W7057050835 sur OpenAlexaboutno aff

Notice bibliographique

RevueResearchWorks at the University of Washington (University of Washington) · 2021
Typedissertation
Langueen
DomaineEngineering
ThématiquePulsed Power Technology Applications
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésAftershockPopulationBayesian probabilityProbabilistic logicSequence (biology)Seismotectonics
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The Pacific Northwest (PNW) has substantial earthquake risk, both due to the offshore Cascadia megathrust fault but also other fault systems that produce earthquakes under the region's population centers. Forecasts of aftershocks following large earthquakes are thus highly desirable and require statistical models of a catalog of the PNW’s past earthquakes and aftershock sequences. This is complicated by the fact that the PNW contains multiple tectonic regimes hypothesized to have different aftershock dynamics as well as two types of earthquake clustering (aftershock sequences and swarms). The Epidemic-Type Aftershock Sequence (ETAS) model is a top-performing spatiotemporal point process model which describes the dynamics of earthquakes and aftershocks in a seismic region using a set of parameters. Typically, maximum likelihood estimation is used to fit ETAS to an earthquake catalog; however, the ETAS likelihood suffers from flatness near its optima, parameter correlation and numerical instability, making likelihood-based estimates less reliable. We present a Bayesian procedure for ETAS estimation, such that parameter estimates and uncertainty can be robustly quantified, even for small and complex catalogs like the PNW. The procedure is conditional on knowing which earthquakes triggered which aftershocks; this latent structure and the ETAS parameters are estimated iteratively. The procedure uses a Gibbs sampler to conditionally estimate the posterior distributions of each part of the model. We simulate several synthetic catalogs and test the modelling procedure, showing well-mixed posterior distributions centered on true parameter values. We also use the procedure to model the continental PNW, using a new catalog formed by algorthmically combining US and Canadian data sources and then, identifying and removing earthquake swarms. While MLEs are unstable and depend on both the optimization procedure and its initial values, Bayesian estimates are insensitive to these choices. Bayesian estimates also fit the catalog better than do MLEs. We use the Bayesian method to quantify the uncertainty in ETAS estimates when including swarms in the model or modelling across different tectonic regimes, as well as from catalog measurement error. Seismicity rate estimates and the earthquake forecasts they yield vary spatially and are usually represented as heat maps. While the visualization literature suggests that displaying forecast uncertainty improves understanding in users of forecast maps, research on uncertainty visualization (UV) is missing from earthquake science. In a pre-registered online experiment, we test the effectiveness of three UV techniques for displaying uncertainty in aftershock forecasts. Participants completed two map-reading tasks and a comparative judgment task, which demonstrated how successful a visualization was in reaching two key communication goals: indicating where many aftershocks and no aftershocks are likely (sure bets) and where the forecast is low but the uncertainty is high enough to imply potential risk (surprises). All visualizations performed equally well in the goal of communicating sure bet situations. But the visualization mapping the lower and upper bounds of an uncertainty interval was substantially better than the other map designs at communicating potential surprises. We discuss the implications of these experimental results for the communication of uncertainty in aftershock forecast maps.

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)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,018
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 enseignants0,025
Score d'incertitude au seuil0,050

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,018
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,003
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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 GPT0,236
Écart entre enseignants0,219 · 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

Citations1
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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