Lightning is a destructive and highly visible product of severe storms, yet there is still much to be learned about the conditions under which lightning is most likely to occur. The GOES-16 and GOES-17 satellites, launched in 2016 and 2018 by NOAA and NASA, collect a wealth of data regarding individual lightning strike occurrence and potentially related atmospheric variables. The acute nature and inherent spatial correlation in lightning data renders standard regression analyses inappropriate. Further, computational considerations are foregrounded by the desire to analyze the immense and rapidly increasing volume of lightning data. We present a new computationally feasible method that combines spectral and Laplace approximations in an EM algorithm, denoted SLEM, to fit the widely popular log-Gaussian Cox process model to large spatial point pattern datasets. In simulations, we find SLEM is competitive with contemporary techniques in terms of speed and accuracy. When applied to two lightning datasets, SLEM provides better out-of-sample prediction scores and quicker runtimes, suggesting its particular usefulness for analyzing lightning data, which tend to have sparse signals.


翻译:闪电是严重风暴的破坏性和高可见性产物,但对于闪电最有可能发生的条件,仍有许多需要了解的。由诺阿和美国航天局于2016年和2018年发射的GOES-16和GOES-17卫星收集了大量有关个别闪电袭击发生情况和潜在相关的大气变量的数据。闪电数据中的急性性质和内在空间相关性使得标准回归分析变得不恰当。此外,计算考虑的出发点是分析闪电数据的巨大和迅速增加的数量的愿望。我们提出了一个新的计算可行的方法,将光谱和拉普尔近似结合到EM算法中,并记下SLEM,将广受欢迎的日志-Gausian Cox进程模型与大型空间点模式数据集相匹配。在模拟中,我们发现SLEM在速度和准确性方面与当代技术具有竞争力。在对两个闪电数据集应用时,SLEM提供了更好的外射电预测分数和快速运行时间,表明它对于分析闪电数据的特殊用途,因为其信号往往很稀少。

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