The methodological development of this paper is motivated by the need to address the following scientific question: does the issuance of heat alerts prevent adverse health effects? Our goal is to address this question within a causal inference framework in the context of time series data. A key challenge is that causal inference methods require the overlap assumption to hold: each unit (i.e., a day) must have a positive probability of receiving the treatment (i.e., issuing a heat alert on that day). In our motivating example, the overlap assumption is often violated: the probability of issuing a heat alert on a cool day is zero. To overcome this challenge, we propose a stochastic intervention for time series data which is implemented via an incremental time-varying propensity score (ItvPS). The ItvPS intervention is executed by multiplying the probability of issuing a heat alert on day $t$ -- conditional on past information up to day $t$ -- by an odds ratio $\delta_t$. First, we introduce a new class of causal estimands that relies on the ItvPS intervention. We provide theoretical results to show that these causal estimands can be identified and estimated under a weaker version of the overlap assumption. Second, we propose nonparametric estimators based on the ItvPS and derive an upper bound for the variances of these estimators. Third, we extend this framework to multi-site time series using a meta-analysis approach. Fourth, we show that the proposed estimators perform well in terms of bias and root mean squared error via simulations. Finally, we apply our proposed approach to estimate the causal effects of increasing the probability of issuing heat alerts on each warm-season day in reducing deaths and hospitalizations among Medicare enrollees in $2,837$ U.S. counties.


翻译:本文的方法发展是因为需要解决以下科学问题:发热警报是否防止有害健康影响?我们的目标是在时间序列数据的背景下,在因果推断框架内解决这一问题。一个关键挑战是,因果推断方法要求维持重叠假设:每个单位(即一天)都必须有接受治疗的积极概率(即当天发出热警报)。在我们的积极例子中,重叠假设经常被违反:在酷日发出热警报的可能性是零。为了克服这一挑战,我们提议在时间序列数据中进行时间序列数据的随机分析干预。一个关键的挑战是,因果推断方法要求维持重叠假设:每个单位(即一天)都必须有接受治疗的积极概率(即当日发出热警报),以当日发出热度警报的可能性(即当日发出热度警报)。首先,我们引入了一个新的因果估计类别,在冷日发出热度警报的可能性是零。为了克服这一挑战,我们建议对时间序列数据进行速分析干预,我们提出一个理论结果显示,以每天美元为单位发布热度警报的概率比值,我们用这个假设的数值越低。

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