We examine the prospect of learning ice sheet damage models from observational data. Our approach, implemented in CRIKit (the Constitutive Relation Inference Toolkit), is to model the material time derivative of damage as a frame-invariant neural network, and to optimize the parameters of the model from simulations of the flow of an ice dome. Using the model of Albrecht and Levermann as the ground truth to generate synthetic observations, we measure the difference of optimized neural network models from that model to try to understand how well this process generates models that can then transfer to other ice sheet simulations. The use of so-called "deep-learning" models for constitutive equations, equations of state, sub-grid-scale processes, and other pointwise relations that appear in systems of PDEs has been successful in other disciplines, yet our inference setting has some confounding factors. The first is the type of observations that are available: we compare the quality of the inferred models when the loss of the numerical simulations includes observation misfits throughout the ice, which is unobtainable in real settings, to losses that include only combinations of surface and borehole observations. The second confounding factor is the evolution of damage in an ice sheet, which is advection dominated. The non-local effect of perturbations in a damage models results in loss functions that have both many local minima and many parameter configurations for which the system is unsolvable. Our experience suggests that basic neural networks have several deficiencies that affect the quality of the optimized models. We suggest several approaches to incorporating additional inductive biases into neural networks which may lead to better performance in future work.


翻译:我们考察了从观测数据中学习冰盖损坏模型的前景。 我们在CRIKit(CRIKit)(CRIKit)中实施的方法是,将损害的物质时间衍生模型作为框架-异性神经网络模型模型,并优化模拟冰盖流流的模型参数。我们用Albrecht和Levermann模型作为地面真理来进行合成观测。我们测量了最佳神经网络模型与该模型的差异,以了解这一过程如何产生模型,然后将模型转移到其他冰盖模拟中。我们采用所谓的“深度学习”模型来模拟构造方程式、状态方程式、次网络规模进程以及其他在PDE系统中出现的点性关系的模型,在其他学科中取得了成功的模型参数效应。我们用Albrecht和Levermann模型作为地面真象来进行测量。我们比较了各种可推断模型的质量,当数字模拟包括观测到整个冰层的误差时,这种误差在实际环境中是无法观测到的。使用所谓的“深度学习”网络模型,使用所谓的“深度网络”模型,使用“深度网络模型,在其他学科体系中显示的精度过程的偏差性功能,这只意味着我们从表面到未来的变变变差的变差,这只能将意味着我们从表中测测测测测测测测测地的系统的结果。我们测测测测测测测测测测测测测测测测测测测测地的系统的结果。

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