[論文レビュー] Predicting basin and landfalling hurricane numbers from sea surface temperature

Stephen Jewson, Roman Binter+3 more|ArXiv.org|Jan 15, 2007

Tropical and Extratropical Cyclones Research参考文献 19被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、主な発達地域（MDR）の海面水温（SST）を予測変数として用い、大西洋域および米国本土へのハリケーン上陸回数を予測する3段階の統計モデルを開発した。Laeppleら（2007）のSST予測を組み合わせ、SSTとハリケーン数の関係を表す2つの統計モデル（線形および指数型ポアソンモデル）を適用し、5年予測として1年あたり2.04～2.52回の上陸ハリケーン数を得た。予測の不確実性は主にSST予測のばらつきに起因する。

ABSTRACT

We are building a hurricane number prediction scheme based on first predicting main development region sea surface temperature (SST), then predicting the number of hurricanes in the Atlantic basin given the SST prediction, and finally predicting the number of US landfalling hurricanes based on the prediction of the number of basin hurricanes. We have described a number of SST prediction methods in previous work. We now investigate the empirical relationship between SST and basin hurricane numbers, and put this together with the SST predictions to make predictions of both basin and landfalling hurricane numbers.

研究の動機と目的

• 海面水温（SST）を予測変数として用い、大西洋域および米国本土へのハリケーン上陸回数を予測する実用的な3段階の予測システムを開発すること。
• 主な発達地域（MDR）のSSTと観測された大西洋域のハリケーン数との間の経験的関係を特定すること。
• SST予測とハリケーン頻度の統計モデルを組み合わせることで、長期的ハリケーン予測の不確実性を低減すること。
• 複数のSST予測モデルとSSTからハリケーン数への変換モデルを評価し、予測の頑健性とばらつきを検証すること。
• 大西洋域のハリケーン予測と歴史的上陸確率を組み合わせることで、上陸ハリケーンの確率的予測を提供すること。

提案手法

• 1900–2005および1950–2005のデータを用いて、線形ポアソンモデルと指数型ポアソンモデルの両方を適合させ、SSTとハリケーン数の関係を統計的に分析。
• Laeppleら（2007）の3種類の異なるSST予測（SSTが一定、急速に上昇する予測など）を用い、ハリケーン数の予測を駆動。
• 歴史的上陸確率（全ハリケーン：0.254、強力なハリケーン（3～5号）：0.240）を用いて、大西洋域のハリケーン予測値を上陸ハリケーン数に変換。
• Jewson（2007）の解析的関係を用いて、SST予測の不確実性を最終的な上陸ハリケーン予測に伝播させ、平均値、分散、標準誤差を推定。
• 3種類のSST予測と2種類のSSTからハリケーン数への変換モデルを組み合わせることで、6つの異なる予測シナリオを生成。これにより、予測のばらつきと感度を評価可能に。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主な発達地域（MDR）の海面水温（SST）と大西洋域のハリケーン数との間には、どのような統計的関係が存在するか？
• RQ2 SSTからハリケーン数への変換に用いる統計モデル（線形対指数型ポアソン）の違いが、長期的予測にどのように影響するか？
• RQ3 SST予測の不確実性が、最終的な上陸ハリケーン数の予測不確実性にどの程度まで伝播するか？
• RQ4 異なるSST予測シナリオとSSTからハリケーン数への変換モデルの組み合わせにおいて、上陸ハリケーン数の予測はどのように異なるか？
• RQ5 3段階のSSTに基づく予測システムは、歴史的傾向と整合的であり、他の時系列手法とも整合的である予測を提供できるか？

主な発見

• SSTからハリケーン数への変換に用いる指数型ポアソンモデルは、歴史的データへの適合において一貫して線形モデルを上回るが、両モデルとも統計的に妥当である。
• 米国本土への上陸ハリケーン（1～5号）の5年予測値は、使用するSST予測と変換モデルによって1年あたり2.04～2.52回の間で変動する。
• 予測値が最も高くなる（1年あたり2.52回）のは、急速に上昇するSST予測と指数型ポアソンモデルを組み合わせた場合であり、SSTの傾向に強く敏感であることが示された。
• 予測値が最も低くなる（1年あたり2.04回）のは、SSTが一定の予測と線形ポアソンモデルを組み合わせた場合であり、保守的なベースラインを示している。
• SST予測の不確実性が、最終的な上陸ハリケーン予測の不確実性の主な要因であることが判明し、SST予測の精度向上が不可欠であることが強調された。
• 本モデルシステムは、時系列に基づく手法（例：Binterら、2006）と概ね整合的であるが、楽観的なSSTシナリオではより高い値を予測する。