Extremal dependence describes the strength of correlation between the largest observations of two variables. It is usually measured with symmetric dependence coefficients that do not depend on the order of the variables. In many cases, there is a natural asymmetry between extreme observations that can not be captured by such coefficients. An example for such asymmetry are large discharges at an upstream and a downstream stations on a river network: an extreme discharge at the upstream station will directly influence the discharge at the downstream station, but not vice versa. Simple measures for asymmetric dependence in extreme events have not yet been investigated. We propose the asymmetric tail Kendall's $\tau$ as a measure for extremal dependence that is sensitive to asymmetric behaviour in the largest observations. It essentially computes the classical Kendall's $\tau$ but conditioned on the extreme observations of one of the two variables. We show theoretical properties of this new coefficient and derive a formula to compute it for existing copula models. We further study its effectiveness and connections to causality in simulation experiments. We apply our methodology to a case study on river networks in the United Kingdom to illustrate the importance of measuring asymmetric extremal dependence in hydrology. Our results show that there is important structural information in the asymmetry that would have been missed by a symmetric measure. Our methodology is an easy but effective tool that can be applied in exploratory analysis for understanding the connections among variables and to detect possible asymmetric dependencies.


翻译:Extremal 依赖性说明两个变量的最大观测量之间的相关性。 通常用不取决于变量顺序的对称依赖系数衡量, 通常用不取决于变量顺序的对称依赖系数来衡量。 在许多情况下, 极端观察之间自然存在一种无法被这种系数所捕捉的极端不对称。 这种不对称的一个例子是上游和河流网络下游站的大量排放:上游站的极端排泄将直接影响到下游站的排泄, 而不是相反。 极端事件中不对称依赖性的简单措施尚未被调查。 我们建议使用不对称尾尾巴$\tau美元作为极限依赖性措施, 以在最大观测中敏感地反映不对称行为。 基本上将经典的Kendall$\tau$作为典型,但以对两个变量之一的极端观测为条件。 我们展示了这一新系数的理论特性的理论性特性,并得出一种公式,用以对现有的干燥模型进行计算。 我们进一步研究其有效性和关联性取决于模拟实验。 我们用我们的方法在联合王国的河流网络中进行案例研究, 来说明对不对称行为的极端依赖性关系进行简单性分析, 我们的测量方法将显示在测量结构上的不对称性分析方法显示, 测量方法将显示在测量性定义中可以显示对不对称性定义中进行不可靠性研究的结果。

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