面向时空输出的多保真张量模拟器：北极海冰动力学仿真
统计方法学
2026-03-06 v1
摘要
数值模型广泛用于模拟地球系统，但计算昂贵且常常依赖于许多不确定的输入参数。其有效使用需要校准和不确定性量化，这些通常涉及跨许多输入配置运行模型，从而造成巨大的计算成本。统计仿真提供了一种实用的替代方案，用于有效地探索模型行为。我们受 Arctic 海冰组件（MPAS-Seaice）的 Energy Exascale Earth System Model 启发，该模型在多个空间分辨率下生成大量时空输出，其中高分辨率（或高保真，HF）仿真比低分辨率（低保真，LF）仿真更准确但计算成本更高。多保真（MF）仿真将分辨率上的信息整合以构建高效且准确的替代模型，但现有方法在大规模时空数据方面难以实现规模化。我们发展了一种 MF 仿真器，将张量分解用于降维、高斯过程先验用于灵活的函数逼近，以及加法偏差模型用于捕捉 LF 与 HF 数据之间的系统性差异。该提出框架在保持准确预测和良好校准不确定性的同时，实现了时空场的规模化仿真，始终在仿真研究和 MPAS-Seaice 分析中均实现比 LF-only 和 HF-only 模型更低的预测误差和更小的不确定性。通过利用 LF 和 HF 数据的互补优势并使用高效的张量分解方法，我们的仿真器大大减少了计算成本，使其特别适用于涉及复杂物理模型的大规模仿真任务。
引用
@article{arxiv.2603.04697,
title = {A Multi-Fidelity Tensor Emulator for Spatiotemporal Outputs: Emulation of Arctic Sea Ice Dynamics},
author = {Tristan Contant and Yawen Guan and Ander Wilson and Adrian K. Turner and Deborah Sulsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.04697},
year = {2026}
}
备注
25 pages, 6 figures