論文の概要: Improving probabilistic forecasts of extreme wind speeds by training statistical post-processing models with weighted scoring rules

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.15900v3
• Date: Sun, 22 Dec 2024 18:05:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-24 15:51:05.120886
• Title: Improving probabilistic forecasts of extreme wind speeds by training statistical post-processing models with weighted scoring rules
• Title（参考訳）: 重み付きスコアリングルールを用いた統計的後処理モデルの訓練による極端風速の確率的予測の改善
• Authors: Jakob Benjamin Wessel, Christopher A. T. Ferro, Gavin R. Evans, Frank Kwasniok,
• Abstract要約: 閾値重み付き連続ランク確率スコア(twCRPS)を用いたトレーニングは、後処理モデルの極端なイベント性能を向上させる。 極端事象の確率論的予測の性能が向上し,分布物体の予測性能が低下する分布体テールトレードオフが発見された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Accurate forecasts of extreme wind speeds are of high importance for many applications. Such forecasts are usually generated by ensembles of numerical weather prediction (NWP) models, which however can be biased and have errors in dispersion, thus necessitating the application of statistical post-processing techniques. In this work we aim to improve statistical post-processing models for probabilistic predictions of extreme wind speeds. We do this by adjusting the training procedure used to fit ensemble model output statistics (EMOS) models - a commonly applied post-processing technique - and propose estimating parameters using the so-called threshold-weighted continuous ranked probability score (twCRPS), a proper scoring rule that places special emphasis on predictions over a threshold. We show that training using the twCRPS leads to improved extreme event performance of post-processing models for a variety of thresholds. We find a distribution body-tail trade-off where improved performance for probabilistic predictions of extreme events comes with worse performance for predictions of the distribution body. However, we introduce strategies to mitigate this trade-off based on weighted training and linear pooling. Finally, we consider some synthetic experiments to explain the training impact of the twCRPS and derive closed-form expressions of the twCRPS for a number of distributions, giving the first such collection in the literature. The results will enable researchers and practitioners alike to improve the performance of probabilistic forecasting models for extremes and other events of interest.
• Abstract（参考訳）: 極端な風速の正確な予測は多くの応用において非常に重要である。 このような予測は通常、数値天気予報(NWP)モデルのアンサンブルによって生成されるが、バイアスがあり、分散の誤差があり、統計的後処理技術を適用する必要がある。 本研究では,極端風速の確率論的予測のための統計的後処理モデルの改善を目的とする。 我々は、アンサンブルモデル出力統計(EMOS)モデルに適合させる訓練手順を調整し、しきい値の予測に特に重点を置く適切なスコアルールである閾値重み付き連続ランク確率スコア(twCRPS)を用いてパラメータを推定することを提案する。 twCRPSを用いたトレーニングにより,様々なしきい値に対する後処理モデルの極端なイベント性能が向上することを示す。 極端事象の確率論的予測の性能が向上し,分布物体の予測性能が低下する分布体テールトレードオフが発見された。 しかし,重み付きトレーニングと線形プールに基づいて,このトレードオフを緩和する戦略を導入する。 最後に,twCRPSの学習効果を説明するための合成実験と,複数の分布に対するtwCRPSのクローズドフォーム表現の導出について考察する。 その結果、研究者や実践者は、極端や他の関心事に対する確率的予測モデルの性能を向上させることができる。

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