[論文レビュー] Year-ahead prediction of US landfalling hurricane numbers: intense hurricanes

Shree Khare, Stephen Jewson|ArXiv.org|Dec 10, 2005

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

ひとこと要約

本研究では、歴史的寄港数を用いて、米国に上陸する激しいハリケーンの1年先予測モデルを構築し、時間平均ウィンドウの長さを最適化することに焦点を当てた。激しいハリケーンの予測には、長い平均ウィンドウ（16–56年）が最適であることが判明したが、全ハリケーンの予測では短いウィンドウ（6–33年）が最適であるのと対照的であり、激しい嵐のデータにおける信号対雑音比が低いことによる予測可能性のダイナミクスの違いを示唆している。

ABSTRACT

We continue with our program to derive simple practical methods that can be used to predict the number of US landfalling hurricanes a year in advance. We repeat an earlier study, but for a slightly different definition landfalling hurricanes, and for intense hurricanes only. We find that the averaging lengths needed for optimal predictions of numbers of intense hurricanes are longer than those needed for optimal predictions of numbers of hurricanes of all strengths.

研究の動機と目的

• より正確な上陸ハリケーンの定義を用いて、米国に上陸する激しいハリケーンの1年先予測を改善すること。
• 激しいハリケーンの予測特性が、全ハリケーンとは異なるかどうかを評価すること。
• 歴史的データを用いて、激しいハリケーンの数を予測するための最適な平均ウィンドウ長を特定すること。
• 異なるデータ期間および統計的検定において、結果の頑健性を評価すること。
• バックテストと尤度ベースの重み付けを用いて、ウィンドウ長選択の恣意的要因を低減し、実践的予測に役立てる。

提案手法

• 上陸ハリケーンを、上陸直前にハリケーンであると定義するHURDATデータベースのSSS変数を用い、従来の定義よりも正確性を高めた。
• 1940–2004年および1900–2004年の歴史的データを用い、6年から100年までのさまざまな長さの時間平均ウィンドウを評価するバックテストフレームワークを適用した。
• 平均二乗誤差（MSE）を用いて予測精度を測定し、MSEを最小化するウィンドウ長を最適予測子として特定した。
• ランダムな順序入れ替えによる統計的有意性検定を実施し、選択されたウィンドウ長の最適性を検証した。
• MSEをバイアスと分散に分解し、さらに分散を内部変動と標本誤差に分け、誤差要因を診断した。
• 1900年から1940年までを開始点とする41つの重複するデータ系列（すべて2004年で終了）を用いた感度分析を実施し、結果の一貫性をテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1年先に米国に上陸する激しいハリケーンの数を予測するための最適な時間平均ウィンドウ長は何か？
• RQ2 激しいハリケーンの予測特性は、全ハリケーンと比較して、最適な平均ウィンドウ長の観点からどのように異なるか？
• RQ3 上陸ハリケーンの定義を改訂した場合（SSS対XING）に、予測性能や最適ウィンドウ長に顕著な変化が生じるか？
• RQ4 激しいハリケーン予測の予測誤差のうち、どの程度が標本誤差に起因するか、内部変動に起因するか？
• RQ5 幅広い最適ウィンドウ長の範囲を、尤度ベースの重み付けによる予測の重み付けによって短縮することで、実用的予測の信頼性を向上させられるか？

主な発見

• 米国に上陸する激しいハリケーンの最適な平均ウィンドウ長は16–56年であり、全ハリケーンの予測では6–33年と顕著に長い。
• 激しいハリケーンの最小平均二乗誤差（MSE）は16年ウィンドウで達成され、ランダム順序入れ替え検定によるp値は3.35％であり、統計的に有意である。
• 短い平均ウィンドウ（例：10年未塔）は、主に標本誤差による高い予測誤差を生じ、MSEの分散成分を支配している。
• 激しいハリケーンの最適ウィンドウ範囲が広いことは、全ハリケーンと比較して信号対雑音比が低いことを示唆しており、その頻度が低いことが要因である可能性がある。
• 1940–2004年、1900–2004年、および41つの重複する1900–1941年系列において、結果が一貫しており、最適ウィンドウ範囲の頑健性が確認された。
• 本研究では、実用的利用における単一の最適ウィンドウ長の選択の恣意的要因を低減するため、複数のウィンドウ長にわたる予測の尤度ベースの重み付けの必要性を特定した。