The generalized extreme value (GEV) distribution is a popular model for analyzing and forecasting extreme weather data. To increase prediction accuracy, spatial information is often pooled via a latent Gaussian process (GP) on the GEV parameters. Inference for GEV-GP models is typically carried out using Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods, or using approximate inference methods such as the integrated nested Laplace approximation (INLA). However, MCMC becomes prohibitively slow as the number of spatial locations increases, whereas INLA is only applicable to a limited subset of GEV-GP models. In this paper, we revisit the original Laplace approximation for fitting spatial GEV models. In combination with a popular sparsity-inducing spatial covariance approximation technique, we show through simulations that our approach accurately estimates the Bayesian predictive distribution of extreme weather events, is scalable to several thousand spatial locations, and is several orders of magnitude faster than MCMC. A case study in forecasting extreme snowfall across Canada is presented.


翻译:普遍极端值(GEV)分布是分析和预测极端天气数据的流行模式。为了提高预测准确性,空间信息往往通过GEV参数潜伏的Gaussian进程集合起来。GEV-GP模型通常使用Markov连锁 Monte Carlo (MCMC) 方法,或使用综合巢巢式Laplace近似(INLA)等近似推论方法进行推导。然而,随着空间地点的增加,MCMC变得令人望而却步,而INLA仅适用于有限的一组GEV-GP模型。本文中,我们回顾了最初的Laplace近似空间GEV模型。我们通过模拟来显示,我们的方法准确地估计了极端天气事件的海湾预测分布,可扩缩至数千个空间地点,而且比MCC还快若干个数量级。在预测加拿大各地极端降雪的案例研究中介绍。

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