Existing model validation studies in geoscience often disregard or partly account for uncertainties in observations, model choices, and input parameters. In this work, we develop a statistical framework that incorporates a probabilistic modeling technique using a fully Bayesian approach to perform a quantitative uncertainty-aware validation. A Bayesian perspective on a validation task yields an optimal bias-variance trade-off against the reference data. It provides an integrative metric for model validation that incorporates parameter and conceptual uncertainty. Additionally, a surrogate modeling technique, namely Bayesian Sparse Polynomial Chaos Expansion, is employed to accelerate the computationally demanding Bayesian calibration and validation. We apply this validation framework to perform a comparative evaluation of models for coupling a free flow with a porous-medium flow. The correct choice of interface conditions and proper model parameters for such coupled flow systems is crucial for physically consistent modeling and accurate numerical simulations of applications. We develop a benchmark scenario that uses the Stokes equations to describe the free flow and considers different models for the porous-medium compartment and the coupling at the fluid--porous interface. These models include a porous-medium model using Darcy's law at the representative elementary volume scale with classical or generalized interface conditions and a pore-network model with its related coupling approach. We study the coupled flow problems' behaviors considering a benchmark case, where a pore-scale resolved model provides the reference solution. With the suggested framework, we perform sensitivity analysis, quantify the parametric uncertainties, demonstrate each model's predictive capabilities, and make a probabilistic model comparison.


翻译:地球科学的现有模型验证研究往往忽视或部分考虑到观察、模型选择和输入参数的不确定性。在这项工作中,我们开发了一个统计框架,其中包括一种概率模型技术,采用完全巴伊西亚方法进行定量不确定性验证。巴伊西亚关于验证任务的观点产生了一种最佳的偏差权衡,与参考数据相比,它提供了一种包含参数和概念不确定性的综合模型验证指标。此外,还采用了一种替代模型技术,即Bayesian Sparse Polnicial Choos 扩展,以加速计算性要求Bayesian校准和校准。我们应用这一验证框架对模型进行比较评价,以便用松散的中流量混合模型进行自由流动。正确选择接口条件和适当的模型参数对于这种混合流动系统对于实际一致的模型和准确的数字模拟至关重要。我们开发了一种基准假设假设情景,用Stoks 模型来描述自由流动模式,并考虑多孔化中间舱的模型和液态界面连接界面。这些模型包括一种测试-role-bal-mobilable 分析模型,其中我们用一个具有代表性的模型,我们用一个具有代表性的模型来分析。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
不可错过!700+ppt《因果推理》课程!杜克大学Fan Li教程
专知会员服务
69+阅读 · 2022年7月11日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
KDD2021 | 最新GNN官方教程
机器学习与推荐算法
2+阅读 · 2021年8月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年8月2日
Arxiv
0+阅读 · 2022年7月29日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
KDD2021 | 最新GNN官方教程
机器学习与推荐算法
2+阅读 · 2021年8月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员