The need to fit smooth temperature and density profiles to discrete observations is ubiquitous in plasma physics, but the prevailing techniques for this have many shortcomings that cast doubt on the statistical validity of the results. This issue is amplified in the context of validation of gyrokinetic transport models (Holland et al 2009 Phys. Plasmas16 052301), where the strong sensitivity of the code outputs to input gradients means that inadequacies in the profile fitting technique can easily lead to an incorrect assessment of the degree of agreement with experimental measurements. In order to rectify the shortcomings of standard approaches to profile fitting, we have applied Gaussian process regression (GPR), a powerful non-parametric regression technique, to analyse an Alcator C-Mod L-mode discharge used for past gyrokinetic validation work (Howard et al 2012 Nucl. Fusion52 063002). We show that the GPR techniques can reproduce the previous results while delivering more statistically rigorous fits and uncertainty estimates for both the value and the gradient of plasma profiles with an improved level of automation. We also discuss how the use of GPR can allow for dramatic increases in the rate of convergence of uncertainty propagation for any code that takes experimental profiles as inputs. The new GPR techniques for profile fitting and uncertainty propagation are quite useful and general, and we describe the steps to implementation in detail in this paper. These techniques have the potential to substantially improve the quality of uncertainty estimates on profile fits and the rate of convergence of uncertainty propagation, making them of great interest for wider use in fusion experiments and modelling efforts.
滑らかな温度・密度プロファイルを離散的な観測値に適合させる必要性はプラズマ物理学において広く見られるが、現在主流の手法には統計的妥当性に疑問を投げかける多くの欠点がある。この問題は、ジャイロ運動論的輸送モデルの検証（Holland et al 2009 Phys. Plasmas 16 052301）の文脈においてさらに拡大される。そこでは、コード出力が入力勾配に対して強い感度を持つため、プロファイル適合手法の不備が実験測定値との一致度の誤った評価につながりやすい。標準的なプロファイル適合手法の欠点を是正するため、我々は強力なノンパラメトリック回帰手法であるガウス過程回帰（GPR）を適用し、過去のジャイロ運動論的検証研究（Howard et al 2012 Nucl. Fusion 52 063002）で使用されたAlcator C-Mod Lモード放電を解析した。GPR手法が、プラズマプロファイルの値と勾配の両方について、より統計的に妥当な適合と不確実性評価を提供しながら、従来の結果を再現できることを示す。また、GPRの使用により、実験プロファイルを入力として用いるあらゆるコードにおいて、不確実性伝播の収束速度を劇的に向上させることが可能であることについても議論する。プロファイル適合と不確実性伝播のための新しいGPR手法は極めて有用かつ汎用的であり、本論文ではその実装手順を詳細に記述する。これらの手法は、プロファイル適合における不確実性評価の質と不確実性伝播の収束速度を大幅に改善する可能性を有し、核融合実験およびモデリング研究における広範な利用にとって大きな関心事である。