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詹姆斯·索尔特（James M.Salter）。;丹尼尔·威廉姆森。;约翰·西诺卡;维亚切斯拉夫·哈林

使用校准优化基对具有空间输出的计算机模型进行不确定性量化。 （英语） Zbl 1428.62117号

美国统计协会。 114，第528号，1800-1814（2019）.
摘要：使用不确定度量化（UQ）方法校准复杂计算机代码是统计方法发展的一个丰富领域。当将这些技术应用于具有空间输出的模拟器时，现在标准的做法是使用主成分分解来减少输出的维数，以便高斯过程模拟器预测校准的输出。我们引入了“终端情况”，在这种情况下，模型无法再现模型内差异的观测结果，并且UQ中的标准校准方法无法给出合理的结果。我们表明，即使模型不存在此类问题，输出的标准分解也可以并且通常会导致最终案例分析。我们提供了一个简单的测试，允许从业者确定他们的实验是否会导致最终案例分析，以及一种定义校准优化基础的方法，只要不是不可避免的，就可以避免这种情况。我们提出了实现这一点的最佳旋转算法，并通过一个通常主成分方法失败的理想示例证明了其有效性。我们将这些想法应用于CanAM4模型，以演示气候模型中出现的终端案例问题。在此背景下，我们讨论了气候模型调整和模型差异估计，并展示了如何将最佳旋转算法用于开发实用的气候模型调整工具。对于本文，可以在线获取。

引用于10文件

MSC公司：

2015年1月62日 贝叶斯推断
62H11型 定向数据；空间统计学
62页第12页 统计在环境和相关主题中的应用

关键词：

贝叶斯校准;气候模型;历史匹配;旋转;调谐

软件：

GenSA公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{J.M.Salter}等人，《美国统计协会期刊》第114卷，第528期，第1800-1814页（2019年；Zbl 1428.62117）
全文： 内政部 arXiv公司

参考文献：

[1] Aarts，E.H。；Van Laarhoven，P.J.，“统计冷却：组合优化问题的一般方法”，《飞利浦研究杂志》，40，193-226（1985）
[2] 巴亚里，M。；J.伯杰。；卡费奥，J。；Garcia-Donato，G。；刘，F。；Palomo，J。；Parthasarathy，R。；保罗，R。；Sacks，J。；Walsh，D.，“功能输出的计算机模型验证”，《统计年鉴》，351874-1906（2007）·Zbl 1144.62368号 ·doi:10.1214/009053600700000163
[3] Brynjarsdóttir，J。；O'Hagan，A.，“学习物理参数：模型差异的重要性”，《反问题》，第30期，第114007页（2014年）·Zbl 1307.60042号 ·doi:10.1088/0266-5611/30/11/114007
[4] Chang，W。；Applegate，P.J。；哈兰，M。；Keller，K.，“使用空间解析合成观测对格陵兰冰盖模型进行概率校准：朝向不确定性冰块损失的预测”，地球科学模型开发讨论，71905-1931（2014）·doi:10.5194/gmdd-7-1905-2014年
[5] Chang，W。；哈兰，M。；Applegate，P。；Pollard，D.，“使用高维二进制空间数据校准冰盖模型”，《美国统计协会杂志》，111，57-72（2016）·doi:10.1080/01621459.2015.1108199
[6] 陈，H。；Loeppky，J.L。；Sacks，J。；Welch，W.J.，“计算机实验的分析方法：如何评估和什么重要？”，《统计科学》，31，40-60（2016）·Zbl 1442.62179号 ·doi:10.1214/15-STS531
[7] 柯林斯，M。；安，S.-I。；蔡伟（Cai，W.）。；Ganachaud，A。；吉利亚迪，E。；Jin，F.-F。；Jochum，M。；Lengaigne，M。；功率，S。；Timmermann，A。；Vecchi，G.，“全球变暖对热带太平洋和厄尔尼诺的影响”，《自然地球科学》，3391-397（2010）·doi:10.1038/ngeo868
[8] 康蒂，S。；O'Hagan，A.，“复杂多输出和动态计算机模型的贝叶斯仿真”，《统计规划与推断杂志》，140，640-651（2010）·Zbl 1177.62033号 ·doi:10.1016/j.jspi.2009.08.006
[9] 克雷格，P.S。；戈德斯坦，M。；Seheult，A。；Smith，J.，“匹配油气藏历史的贝叶斯线性策略”，贝叶斯统计，569-95（1996）
[10] 戈德斯坦，M。；Rougier，J.，“物理系统的具体贝叶斯建模和推断”，《统计规划和推断杂志》，1391221-1239（2009）·Zbl 1156.62316号 ·doi:10.1016/j.jspi.2008.07.019
[11] 顾先生。；Berger，J.O.，“具有大量输出的计算机模型的并行偏高斯过程仿真”，《应用统计学年鉴》，101317-1347（2016）·Zbl 1391.62184号 ·doi:10.1214/16-AOAS934
[12] 哈里斯，G。；塞克斯顿，D。；布斯，B。；柯林斯，M。；J.墨菲。；Webb，M.，“大气环流模型模拟扰动物理集合中瞬态区域气候变化的频率分布”，气候动力学，27357-375（2006）·doi:10.1007/s00382-006-0142-8
[13] 海洛克，R。；O'Hagan，A.，“关于输入不确定的计算昂贵算法的输出推断”，贝叶斯统计，5629-637（1996）
[14] Higdon，D.，《模拟北大西洋温度的过程-进化方法》，环境与生态统计，5173-190（1998）
[15] 希格顿，D。；Gattiker，J。；威廉姆斯，B。；Rightley，M.，“使用高维输出进行计算机模型校准”，《美国统计协会杂志》，103，570-583（2008）·Zbl 1469.62414号 ·doi:10.1198/0162145000000888
[16] 霍尔丁，F。；莫里森，T。；Gettelman，A。；戈拉斯，J.-C。；巴拉吉，V。；段，Q。；Folini，D。；纪，D。；Klocke，D。；钱，Y。；Rauser，F.，“气候模型调节的艺术与科学”，《美国气象学会公报》，98，589-602（2017）·doi:10.1175/BAMS-D-15-00135.1
[17] Jolliffe，I.，《主成分分析》（2002），纽约：施普林格，纽约·Zbl 1011.62064号
[18] 考夫曼，C.G。；宾厄姆·D·。；哈比卜，S。；海特曼，K。；Frieman，J.A.，“使用紧密支持的相关函数的计算机实验的高效模拟器，在宇宙学中的应用”，《应用统计学年鉴》，52470-2492（2011）·Zbl 1234.62166号 ·doi:10.1214/11-AOAS489
[19] M.C.肯尼迪。；O'Hagan，A.，“计算机模型的贝叶斯校准”，《皇家统计学会杂志：B辑》，63，425-464（2001）·Zbl 1007.62021号 ·数字标识代码：10.1111/1467-9868.00294
[20] 莫里森，T。；史蒂文斯，B。；罗克纳，E。；克鲁格，T。；埃什·M。；乔治塔，M。；哈克，H。；Jungclaus，J。；Klocke，D。；Matei博士。；Mikolajewicz，U.，“调整全球模型的气候”，《地球系统建模进展杂志》，4，M00A01（2012）
[21] Meehl，G.A。；Boer，G.J。；科维，C。；拉蒂夫，M。；Stouffer，R.J.，“耦合模型相互比较项目（CMIP）”，《美国气象学会公报》，81313-318（2000）·doi:10.1175/1520-0477（2000）081<0313:TCMIPC>2.3.CO；2
[22] F.D.穆纳根，《统一和轮换集团》，3（1962年），华盛顿特区：斯巴达书籍，华盛顿特区·Zbl 0112.26302号
[23] 波拉德·D·。；Chang，W。；哈兰，M。；Applegate，P。；DeConto，R.，“南极西部冰盖最后一次退冰的大型集合建模：简单和先进统计技术的比较”，《地球科学模型开发》，第9期，1697-1723页（2016年）·doi:10.5194/gmd-91697-2016年
[24] Pukelsheim，F.，“三西格玛规则”，《美国统计学家》，48，88-91（1994）·doi:10.2307/2684253
[25] Sacks，J。；Welch，W.J。；米切尔·T·J。；Wynn，H.P.，“计算机实验的设计与分析”，《统计科学》，第4期，第409-423页（1989年）·兹比尔0955.62619 ·doi:10.1214/ss/1177012413
[26] Salter，J.M.，《使用昂贵的计算机模型对空间场数据进行不确定性量化：用最优投影进行重新聚焦的贝叶斯校准》（2017年）
[27] Salter，J.M。；Williamson，D.，“环境模型多波校准的统计仿真方法比较”，环境计量学，27507-523（2016）·Zbl 1525.62212号 ·doi:10.1002/env.2405
[28] Scaife，A.A。；Spangehl，T。；费雷代，D.R。；古巴，美国。；Langematz，U。；Akiyoshi，H。；贝基，S。；Braesicke，P。；布查特，N。；Chipperfield，M.P。；Gettelman，A.，“气候变化预测和平流层-对流层相互作用”，气候动力学，38，2089-1997（2012）·doi:10.1007/s00382-011-1080-7
[29] 筛网，J.A。；Williamson，D.，“无冰北极（1.5####C\）”，《自然气候变化》，7，230-231（2017）·doi:10.1038/nclimate3248
[30] 塞克斯顿，D.M。；墨菲，J.M。；柯林斯，M。；Webb，M.J.，“使用不完善气候模型的多元概率预测——第一部分：方法概述”，气候动力学，38，2513-2542（2011）·doi:10.1007/s00382-011-1208-9
[31] 斯托克，T.F。；秦，D。；普拉特纳，G.-K。；蒂格诺，M。；艾伦，S.K。；Boschung，J。；Nauels，A。；夏，Y。；贝克斯，B。；Midgley，B.，IPCC，2013：气候变化2013：物理科学基础（2013）
[32] 弗农，I。；戈德斯坦，M。；Bower，R.G.，“星系形成：贝叶斯不确定性分析”，贝叶斯分析，5619-669（2010）·Zbl 1330.85005号 ·doi:10.1214/10-BA524
[33] von Salzen，K。；Scinocca，J.F。；北卡罗来纳州麦克法兰。；李，J。；科尔，J.N。；普卢默，D。；Verseghy，D。；读者，M.C。；马，X。；拉扎尔，M。；Solheim，L.，“加拿大第四代大气全球气候模型（CanAM4）。第一部分：物理过程的表示”，《大气-海洋》，51，104-125（2013）·doi:10.1080/07055900.2012.755610
[34] 威尔金森，R.D。；Biegler，L.T.，《大尺度反问题和不确定性量化》。计算。Stat，《昂贵多元计算机实验的贝叶斯校准》，195-216（2010），纽约：威利，纽约
[35] Williamson，D.，“使用k扩展拉丁超立方体的环境模型探索性集成设计”，《环境计量学》，26，268-283（2015）·Zbl 1525.62234号 ·doi:10.1002/env.2335
[36] 威廉姆森，D。；布莱克，A.T。；C.汉普顿。；Salter，J.，“通过历史匹配识别和消除气候模型中的结构偏差”，《气候动力学》，45，1299-1324（2015）·doi:10.1007/s00382-014-2378-z
[37] 威廉姆森，D.B。；布莱克，A.T。；Sinha，B.，“无过度调整的调整：NEMO海洋模型的参数不确定性量化”，地球科学模型开发，101789-1816（2017）·doi:10.5194/gmd-10-1789-2017年
[38] 威廉姆森，D。；戈尔茨坦，M。；Allison，L。；布莱克，A。；Challenor，P。；Jackson，L。；Yamazaki，K.，“利用观测和大扰动物理集合探索和减少气候模型参数空间的历史匹配”，气候动力学，411703-1729（2013）·文件编号：10.1007/s00382-013-1896-4
[39] 威廉姆森，D。；戈德斯坦，M。；Blaker，A.，“基于场景层次结构的快速关联分析”，《皇家统计学会杂志：C辑》，61665-691（2012）·文件编号：10.1111/j.1467-9876.2012.01042.x
[40] Xiang，Y。；南卡罗来纳州古比亚。；苏奥米拉，B。；Hoeng，J.，“高效全局优化的广义模拟退火：R的GenSA包”，《R杂志》，2013年第5期，第13-28页
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