Le fait que statistique, mathématique ou physique soient des disciplines dont les noms peuvent parfois être écrits au singulier ou au pluriel n'a rien à voir avec l'emploi de ce mot dans "[...] à l'aide de modèles statistiques.".
Dans cette expression, "statistiques" est clairement un adjectif de "modèles" et doit s'accorder avec son pluriel.
Petite note à côté, puisque j'ai l'impression que la confusion vient peut-être de l'Anglais.
Note that, in English, "Math models" tends to stand for "Mathematical models", not "Mathematics models". (Same for statistical models.)
Here, the nature of the models is also described by an adjective, not a noun.
There may be a few more occurences of "physics models" but (a) English has constructs that allow for noun to be glued together in a way that just doesn't work in French and (b), more importantly, it can give a different meaning: for example a "climate model" (two nouns) is a valid expression, but it's a model of the climate. As such, it could be a physical, chemical or mathematical climate model. Physical, chemical and mathematical would describe the nature of the model, whereas climate would describe what the model is about.