Modelando dependencias a corto y largo plazo de excesos agrupados de alta umbral en alturas significativas de olas
Autores: Dissanayake, Pushpa; Flock, Teresa; Meier, Johanna; Sibbertsen, Philipp
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Modelando dependencias a corto y largo plazo de excesos agrupados de alta umbral en alturas significativas de olas
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Picos sobre umbral
Variables ambientales
Estructura de series temporales
Dependencias a corto y largo plazo
Enfoque ARFIMA-POT
Agrupamiento extremal
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
El método de picos sobre umbral (POT) tiene una larga tradición en el modelado de extremos en variables ambientales. Sin embargo, originalmente fue introducido bajo la suposición de datos independientes e idénticamente distribuidos (iid). Dado que los datos ambientales a menudo presentan una estructura de series temporales, es probable que esta suposición se viole debido a dependencias a corto y largo plazo en entornos prácticos, lo que conduce a la agrupación de superaciones de umbrales altos. En este artículo, primero revisamos enfoques populares que se centran en modelar explícitamente dinámicas de corto o largo alcance. En particular, consideramos variantes POT condicionales y la distribución de Mittag-Leffler que modela los tiempos de espera entre superaciones. Además, proponemos un nuevo enfoque de dos pasos que captura simultáneamente correlaciones de corto y largo alcance. Sugerimos el enfoque de picos sobre umbral autorregresivo de media móvil integrada fraccional (ARFIMA-POT), que en un primer paso ajusta un modelo ARFIMA a la serie original y luego en un segundo paso utiliza un modelo POT clásico para los residuos. Aplicando estos modelos a una serie temporal oceanográfica de alturas significativas de olas medidas en la costa de Sefton (Reino Unido), encontramos que ni el modelado exclusivo de dependencias de corto ni de largo alcance explica satisfactoriamente la agrupación de extremos. El enfoque ARFIMA-POT, sin embargo, proporciona una mejora significativa en términos de ajuste del modelo, subrayando la necesidad de modelos que incorporen conjuntamente dependencias de corto y largo alcance para abordar la agrupación extrema, y su justificación teórica.
Descripción
El método de picos sobre umbral (POT) tiene una larga tradición en el modelado de extremos en variables ambientales. Sin embargo, originalmente fue introducido bajo la suposición de datos independientes e idénticamente distribuidos (iid). Dado que los datos ambientales a menudo presentan una estructura de series temporales, es probable que esta suposición se viole debido a dependencias a corto y largo plazo en entornos prácticos, lo que conduce a la agrupación de superaciones de umbrales altos. En este artículo, primero revisamos enfoques populares que se centran en modelar explícitamente dinámicas de corto o largo alcance. En particular, consideramos variantes POT condicionales y la distribución de Mittag-Leffler que modela los tiempos de espera entre superaciones. Además, proponemos un nuevo enfoque de dos pasos que captura simultáneamente correlaciones de corto y largo alcance. Sugerimos el enfoque de picos sobre umbral autorregresivo de media móvil integrada fraccional (ARFIMA-POT), que en un primer paso ajusta un modelo ARFIMA a la serie original y luego en un segundo paso utiliza un modelo POT clásico para los residuos. Aplicando estos modelos a una serie temporal oceanográfica de alturas significativas de olas medidas en la costa de Sefton (Reino Unido), encontramos que ni el modelado exclusivo de dependencias de corto ni de largo alcance explica satisfactoriamente la agrupación de extremos. El enfoque ARFIMA-POT, sin embargo, proporciona una mejora significativa en términos de ajuste del modelo, subrayando la necesidad de modelos que incorporen conjuntamente dependencias de corto y largo alcance para abordar la agrupación extrema, y su justificación teórica.