Применение анализа чувствительности в науках об окружающей среде

Анализ чувствительности изучает взаимосвязь между выходными данными модели и ее входными переменными или предположениями. Исторически необходимость анализа чувствительности в моделировании, а также многие применения анализа чувствительности возникли из наук об окружающей среде и экологии . ^{[ 1 ]}

Ранние работы

Гидрология и качество воды – это две области моделирования, в которых анализ чувствительности был применен довольно рано. Соответствующими примерами являются работы Брюса Бека, ^{[ 2 ]} Джордж М. Хорнбергер, ^{[ 3 ]} Кейт Бевен ^{[ 4 ]} и Роберт С. Спир. ^{[ 5 ]}

Другие приложения

Более поздние приложения включают модели снежных лавин, ^{[ 6 ]} истощение земель, ^{[ 7 ]} морское биогеохимическое моделирование, ^{[ 8 ]} орошение ^{[ 9 ]} и снова гидрологическое моделирование. ^{[ 10 ]}

Методы

Несколько методов, связанных с анализом чувствительности, были разработаны в контексте экологических приложений, таких как механистическая модель на основе данных Питера Янга. ^{[ 11 ]} и VARS – С. Разави и Х.В. Гупта. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}

Распространенность по дисциплинам

В ходе работы по анализу чувствительности в различных дисциплинах, проведенной в 2019 году, среди 19 различных предметных областей было обнаружено, что наибольшее количество статей по наукам об окружающей среде имеет наибольшее количество статей, которое становится еще больше, если включить в них статьи по наукам о Земле . ^{[ 15 ]}

Журналы

Справочные журналы по применению анализа чувствительности в науках об окружающей среде : «Моделирование окружающей среды и программное обеспечение» , «Исследование водных ресурсов» , «Исследования водных ресурсов» , «Экологические индикаторы». ^{[ 16 ]} и другие.

Контрольные списки

Анализ чувствительности является частью недавних контрольных списков или руководств по моделированию окружающей среды. ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}

Предстоящие специальные выпуски

Специальный выпуск по анализу чувствительности для моделирования окружающей среды находится в стадии подготовки. ^{[ 21 ]}

Ссылки

^ Ф. Пианози и др., «Анализ чувствительности моделей окружающей среды: систематический обзор с практическим рабочим процессом», Environ. Модель. Софтв., вып. 79, стр. 214–232, май 2016 г.
^ М. Брюс Бек, 1987, МОДЕЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ: ОБЗОР АНАЛИЗА НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ, Исследования водных ресурсов, том 23, № 8, август 1987 г.
^ Джордж М.Хорнбергер и Бернард Дж.Косби, Выбор значений параметров в моделях окружающей среды с использованием разреженных данных: тематическое исследование, Прикладная математика и вычисления, том 17, выпуск 4, ноябрь 1985 г., страницы 335-355.
^ Роджерс, ККМ, Бевен, К.Дж., Моррис, Э.М. и Андерсон, М.Г., Анализ чувствительности, калибровка и прогнозируемая неопределенность распределенной модели Института гидрологии, 30.10.1985, В: Журнал гидрологии. 81, 1-2, с. 179-191.
^ RCSpear, GMHornberger, Эвтрофикация во входном отверстии для кожуры - II. Идентификация критических неопределенностей посредством обобщенного анализа чувствительности, Water Research, том 14, выпуск 1, 1980 г., страницы 43-49.
^ Эредиа, МБ; Приер, К.; Экерт, Н. (2020). Непараметрическая оценка агрегированных индексов Соболь: применение к модели снежных лавин, осредненной по глубине (Технический отчет). Инрия Гренобль. hal-02868604.
^ Тарантола, С.; Джильоли, Н.; Джезингхаус, Дж.; Салтелли, А. (2002). «Может ли анализ глобальной чувствительности управлять внедрением моделей для экологических оценок и принятия решений?». Стохастические экологические исследования и оценка рисков . 16 : 63–76. дои : 10.1007/s00477-001-0085-x . S2CID 122615940 .
^ Приер, К.; Вири, Л.; Блайо, Э.; Бранкарт, Дж.М. (2019). «Подход к анализу глобальной чувствительности для морского биогеохимического моделирования» (PDF) . Моделирование океана . 139 : 101402. Бибкод : 2019OcMod.13901402P . дои : 10.1016/j.ocemod.2019.101402 .
^ Пюй, А.; Ло Пиано, С.; Салтелли, А. (2020). «Существующие модели недооценивают будущие орошаемые площади» . Письма о геофизических исследованиях . 47 (8). Бибкод : 2020GeoRL..4787360P . дои : 10.1029/2020GL087360 . hdl : 11250/2738682 .
^ Боргоново, Э.; Лу, Х.; Плишке, Э.; Раковец, О.; Хилл, MC (2017). «Извлечение максимальной пользы из набора данных гидрологической модели: анализ чувствительности для открытия черного ящика модели». Исследования водных ресурсов . 53 (9): 7933–7950. Бибкод : 2017WRR....53.7933B . дои : 10.1002/2017WR020767 . hdl : 1808/27231 . S2CID 53619842 .
^ П. Янг, «Механистическое моделирование на основе данных, обобщенная чувствительность и анализ доминирующего режима», Comput. Физ. Коммун., вып. 117, нет. 1–2, стр. 113–129, март 1999 г.
^ С. Разави и Х.В. Гупта, «Новая основа для всестороннего, надежного и эффективного анализа глобальной чувствительности: 1. Теория», Водные ресурсы. Рез., том. 52, нет. 1, стр. 423–439, январь 2016 г.
^ С. Разави и Х.В. Гупта, «Новая основа для комплексного, надежного и эффективного анализа глобальной чувствительности: 2. Применение», Водные ресурсы. Рез., том. 52, нет. 1, стр. 440–455, январь 2016 г.
^ С. Разави, Р. Шейхолеслами, А. Хагнегахдар и Б. Исфахбод, «VARS-TOOL: комплексный, эффективный и надежный набор инструментов для анализа чувствительности», Am. Геофиз. Союз, Осенняя Генеральная Ассамблея. 2016, Автореф. идентификатор. Н11А-1287, 2016 г.
^ Андреа Салтелли, Ксения Алексанкина, Уильям Беккер, Памела Феннелл, Федерико Ферретти, Нильс Холст, Сушан Ли, Кионли Ву, Почему так много опубликованных анализов чувствительности являются ложными: систематический обзор практик анализа чувствительности, Моделирование окружающей среды и программное обеспечение, Том 114, Апрель 2019 г., страницы 29–39.
^ Экологические индикаторы , журнал Elsevier.
^ А. Дж. Джейкман, Р. А. Летчер и Дж. П. Нортон, «Десять итеративных шагов в разработке и оценке моделей окружающей среды», Environ. Модель. Софтв., вып. 21, нет. 5, стр. 602–614, 2006.
^ SH Hamilton и др., «Система для характеристики и оценки эффективности моделирования окружающей среды», Environ. Модель. Софтв., вып. 118, стр. 83–98, август 2019 г.
^ JC Little et al., «Многоуровневая система моделирования систем для решения сложных проблем социально-экологической политики», Environ. Модель. Софтв., вып. 112, стр. 82–94, февраль 2019 г.
^ Дж. Бэдэм и др., «Эффективное моделирование комплексного управления водными ресурсами: руководство по контекстуальным практикам с разбивкой по этапам, шагам и будущим возможностям», Environ. Модель. Софтв., вып. 116, стр. 40–56, июнь 2019 г.
^ Приглашаем принять участие в специальном выпуске «Анализ чувствительности для моделирования окружающей среды», «Моделирование окружающей среды и программное обеспечение», 2020.

[1] Ф. Пианози и др., «Анализ чувствительности моделей окружающей среды: систематический обзор с практическим рабочим процессом», Environ. Модель. Софтв., вып. 79, стр. 214–232, май 2016 г.

[2] М. Брюс Бек, 1987, МОДЕЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ: ОБЗОР АНАЛИЗА НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ, Исследования водных ресурсов, том 23, № 8, август 1987 г.

[3] Джордж М.Хорнбергер и Бернард Дж.Косби, Выбор значений параметров в моделях окружающей среды с использованием разреженных данных: тематическое исследование, Прикладная математика и вычисления, том 17, выпуск 4, ноябрь 1985 г., страницы 335-355.

[4] Роджерс, ККМ, Бевен, К.Дж., Моррис, Э.М. и Андерсон, М.Г., Анализ чувствительности, калибровка и прогнозируемая неопределенность распределенной модели Института гидрологии, 30.10.1985, В: Журнал гидрологии. 81, 1-2, с. 179-191.

[5] RCSpear, GMHornberger, Эвтрофикация во входном отверстии для кожуры - II. Идентификация критических неопределенностей посредством обобщенного анализа чувствительности, Water Research, том 14, выпуск 1, 1980 г., страницы 43-49.

[avalanche-6] Эредиа, МБ; Приер, К.; Экерт, Н. (2020). Непараметрическая оценка агрегированных индексов Соболь: применение к модели снежных лавин, осредненной по глубине (Технический отчет). Инрия Гренобль. hal-02868604.

[land-7] Тарантола, С.; Джильоли, Н.; Джезингхаус, Дж.; Салтелли, А. (2002). «Может ли анализ глобальной чувствительности управлять внедрением моделей для экологических оценок и принятия решений?». Стохастические экологические исследования и оценка рисков . 16 : 63–76. дои : 10.1007/s00477-001-0085-x . S2CID 122615940 .

[biogeochemical-8] Приер, К.; Вири, Л.; Блайо, Э.; Бранкарт, Дж.М. (2019). «Подход к анализу глобальной чувствительности для морского биогеохимического моделирования» (PDF) . Моделирование океана . 139 : 101402. Бибкод : 2019OcMod.13901402P . дои : 10.1016/j.ocemod.2019.101402 .

[irrigation-9] Пюй, А.; Ло Пиано, С.; Салтелли, А. (2020). «Существующие модели недооценивают будущие орошаемые площади» . Письма о геофизических исследованиях . 47 (8). Бибкод : 2020GeoRL..4787360P . дои : 10.1029/2020GL087360 . hdl : 11250/2738682 .

[hydrological-10] Боргоново, Э.; Лу, Х.; Плишке, Э.; Раковец, О.; Хилл, MC (2017). «Извлечение максимальной пользы из набора данных гидрологической модели: анализ чувствительности для открытия черного ящика модели». Исследования водных ресурсов . 53 (9): 7933–7950. Бибкод : 2017WRR....53.7933B . дои : 10.1002/2017WR020767 . hdl : 1808/27231 . S2CID 53619842 .

[11] П. Янг, «Механистическое моделирование на основе данных, обобщенная чувствительность и анализ доминирующего режима», Comput. Физ. Коммун., вып. 117, нет. 1–2, стр. 113–129, март 1999 г.

[12] С. Разави и Х.В. Гупта, «Новая основа для всестороннего, надежного и эффективного анализа глобальной чувствительности: 1. Теория», Водные ресурсы. Рез., том. 52, нет. 1, стр. 423–439, январь 2016 г.

[13] С. Разави и Х.В. Гупта, «Новая основа для комплексного, надежного и эффективного анализа глобальной чувствительности: 2. Применение», Водные ресурсы. Рез., том. 52, нет. 1, стр. 440–455, январь 2016 г.

[14] С. Разави, Р. Шейхолеслами, А. Хагнегахдар и Б. Исфахбод, «VARS-TOOL: комплексный, эффективный и надежный набор инструментов для анализа чувствительности», Am. Геофиз. Союз, Осенняя Генеральная Ассамблея. 2016, Автореф. идентификатор. Н11А-1287, 2016 г.

[15] Андреа Салтелли, Ксения Алексанкина, Уильям Беккер, Памела Феннелл, Федерико Ферретти, Нильс Холст, Сушан Ли, Кионли Ву, Почему так много опубликованных анализов чувствительности являются ложными: систематический обзор практик анализа чувствительности, Моделирование окружающей среды и программное обеспечение, Том 114, Апрель 2019 г., страницы 29–39.

[16] Экологические индикаторы , журнал Elsevier.

[17] А. Дж. Джейкман, Р. А. Летчер и Дж. П. Нортон, «Десять итеративных шагов в разработке и оценке моделей окружающей среды», Environ. Модель. Софтв., вып. 21, нет. 5, стр. 602–614, 2006.

[18] SH Hamilton и др., «Система для характеристики и оценки эффективности моделирования окружающей среды», Environ. Модель. Софтв., вып. 118, стр. 83–98, август 2019 г.

[19] JC Little et al., «Многоуровневая система моделирования систем для решения сложных проблем социально-экологической политики», Environ. Модель. Софтв., вып. 112, стр. 82–94, февраль 2019 г.

[20] Дж. Бэдэм и др., «Эффективное моделирование комплексного управления водными ресурсами: руководство по контекстуальным практикам с разбивкой по этапам, шагам и будущим возможностям», Environ. Модель. Софтв., вып. 116, стр. 40–56, июнь 2019 г.

[21] Приглашаем принять участие в специальном выпуске «Анализ чувствительности для моделирования окружающей среды», «Моделирование окружающей среды и программное обеспечение», 2020.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]