Various natural phenomena exhibit spatial extremal dependence at short distances only, while it usually vanishes as the distance between sites increases arbitrarily. However, models proposed in the literature for spatial extremes, which are based on max-stable or Pareto processes or comparatively less computationally demanding ``sub-asymptotic'' models based on Gaussian location and/or scale mixtures, generally assume that spatial extremal dependence persists across the entire spatial domain. This is a clear limitation when modeling extremes over large geographical domains, but surprisingly, it has been mostly overlooked in the literature. In this paper, we develop a more realistic Bayesian framework based on a novel Gaussian scale mixture model, where the Gaussian process component is defined by a stochastic partial differential equation that yields a sparse precision matrix, and the random scale component is modeled as a low-rank Pareto-tailed or Weibull-tailed spatial process determined by compactly supported basis functions. We show that our proposed model is approximately tail-stationary despite its non-stationary construction in terms of basis functions, and we demonstrate that it can capture a wide range of extremal dependence structures as a function of distance. Furthermore, the inherently sparse structure of our spatial model allows fast Bayesian computations, even in high spatial dimensions, based on a customized Markov chain Monte Carlo algorithm, which prioritize calibration in the tail. In our application, we fit our model to analyze heavy monsoon rainfall data in Bangladesh. Our study indicates that the proposed model outperforms some natural alternatives, and that the model fits precipitation extremes satisfactorily well. Finally, we use the fitted model to draw inferences on long-term return levels for marginal precipitation at each site, and for spatial aggregates.


翻译:各种自然现象都表现出短距离的空间极端依赖性,而这种依赖性通常随着不同地点之间的距离的偏差而消失。然而,文献中为空间极端提出的模型却以最高稳定或帕雷托进程或相对较少的计算要求为根据高山位置和(或)规模混合物的“次级无足轻重”模型为基础,一般认为空间极端依赖性在整个空间范围内持续存在,这是在整个空间范围内的明显局限性。当模拟大地理区域的极端时,但令人惊讶的是,文献中大多忽视了这种依赖性。在本文中,我们开发了一个更现实的贝耶斯框架,以新的高山规模混合模型为基础,在这个模型中,高山进程部分由一个可产生稀疏的局部部分差异方程式来定义,而随机规模部分则以低水平的Paretotail或Weibullild 空间模型为模型模型模型模型。我们提议的模型是用来适应尾部固定状态的。我们提议的模型,尽管其基础功能是非固定的构造性结构,但我们的平坦然的亚亚值结构中, 也显示我们内部的直径的轨道结构结构结构, 使得我们不断的轨道结构在快速的高度结构中可以测量结构中进行。

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