[論文レビュー] Statistical Modelling of the Relationship Between Main Development Region Sea Surface Temperature and \emph{Landfalling} Atlantic Basin Hurricane Numbers

Roman Binter, Stephen Jewson+1 more|ArXiv.org|Jan 15, 2007

Tropical and Extratropical Cyclones Research参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、1900–2005年および1950–2005年の期間にわたり、主発展地域（MDR）の海面水温（SST）と大西洋の陸上上陸ハリケーンとの間の統計的関係を調査している。線形、減衰線形、ポアソン、ネガティブバイノミアルの複数のモデルを用いて分析した結果、1900–2005年の期間においては、MDR SSTと合計または強力な陸上上陸ハリケーン数との間に有意な関係は認められなかったが、1950–2005年のサブセットでは弱い証拠が得られ、勾配の推定が不正確で、平坦なポアソンベースラインよりも改善が有意でないモデルが存在した。

ABSTRACT

We are building a hurricane number prediction scheme that relies, in part, on statistical modelling of the empirical relationship between Atlantic sea surface temperatures and landfalling hurricane numbers. We test out a number of simple statistical models for that relationship, using data from 1900 to 2005 and data from 1950 to 2005, and for both all hurricane numbers and intense hurricane numbers. The results are very different from the corresponding analysis for basin hurricane numbers.

研究の動機と目的

• 主発展地域（MDR）の海面水温（SST）が、陸上上陸する大西洋ハリケーンの数を予測できるかどうかを評価すること。
• 1900–2005年および1950–2005年の歴史的データを用いて、MDR SSTと陸上上陸ハリケーン頻度との間の統計的有意性を評価すること。
• 線形、ポアソン、ネガティブバイノミアルなどの複数の統計モデルが、SST-ハリケーン数の関係をどれだけ適切に捉えられるかを比較すること。
• 全陸上上陸ハリケーンと強力な陸上上陸ハリケーンとの間に、関係に差があるかどうかを特定すること。
• 1950–2005年の期間におけるデータ品質の向上が、1900–2005年期間では検出できなかった信号を明らかにしているかどうかを評価すること。

提案手法

• 1900–2005年および1950–2005年のデータを用いて、MDR SSTと陸上上陸ハリケーン数との間の経験的モデリング。
• 6つの統計モデルの適用：平坦なポアソン、線形正規、減衰線形正規、線形ポアソン、指数型ポアソン、指数型ネガティブバイノミアル。
• 出範囲の平均二乗誤差（RMSE）、対数尤度スコア、およびp値を用いた対比較によるモデル評価。
• SSTと陸上上陸ハリケーン数との二変量関係を評価するためのランク相関および線形相関の使用。
• 標準誤差を用いたパラメータ推定により、回帰係数が0と有意に異なるかどうかを検定。
• 繰り返し交差検証による勝利回数を用いたモデル比較；p値はモデル優位性の統計的有意性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1900年から2005年までの期間に、主発展地域（MDR）の海面水温（SST）と大西洋陸上上陸ハリケーン数との間に統計的に有意な関係があるか？
• RQ2 1950–2005年の期間で分析した場合、1900–2005年期間と比較して、MDR SSTと陸上上陸ハリケーン数との関係に差があるか？
• RQ3 線形、ポアソンなどの非自明な統計モデルが、SST依存性を仮定しない平坦なポアソンモデルを有意に上回るか？
• RQ4 このカテゴリーのサンプルサイズが小さいにもかかわらず、MDR SSTと強力な陸上上陸ハリケーン数との間に検出可能な関係があるか？
• RQ5 SST-ハリケーン関係のパラメータはどの程度適切に推定されており、推定された勾配は0と有意に異なるか？

主な発見

• 1900–2005年の期間において、MDR SSTと合計陸上上陸ハリケーン数との間の線形相関はわずか0.16であり、ランク相関は0.12にとどまるため、強い経験的関係は示さない。
• 最も性能の良いモデル（指数型ネガティブバイノミアル）は、平坦なポアソンモデルに対して出範囲RMSEでわずかな改善を示したが、非自明なすべてのモデルが平坦モデルと統計的に区別できない。
• 1950–2005年の期間では、一部の非自明なモデル（例：線形ポアソン）がRMSEにおいて平坦なポアソンモデルより有意に改善されたが、勾配推定値（0.99–1.2）の標準誤差は最大で0.63に達し、推定の精度が低いことを示している。
• 強力な陸上上陸ハリケーンに関しては、1900–2005年および1950–2005年両方のデータセットにおいて、非自明なモデルが平坦なポアソンモデルを有意に上回ることはなく、確率的比較でも平坦モデルが一部の線形モデルを上回った。
• すべての非自明なモデルにおける勾配パラメータは、0と有意に異なるとは言えず、陸上上陸ハリケーン数がMDR SSTの変化に感受性を示すという信号は検出されていない。
• 減衰線形モデルにおける減衰パラメータは0.73であり、弱いか無視できる信号を示しており、強い関係がないことと整合的である。