Risk assessment for extreme events requires accurate estimation of high quantiles that go beyond the range of historical observations. When the risk depends on the values of observed predictors, regression techniques are used to interpolate in the predictor space. We propose the EQRN model that combines tools from neural networks and extreme value theory into a method capable of extrapolation in the presence of complex predictor dependence. Neural networks can naturally incorporate additional structure in the data. We develop a recurrent version of EQRN that is able to capture complex sequential dependence in time series. We apply this method to forecasting of flood risk in the Swiss Aare catchment. It exploits information from multiple covariates in space and time to provide one-day-ahead predictions of return levels and exceedances probabilities. This output complements the static return level from a traditional extreme value analysis and the predictions are able to adapt to distributional shifts as experienced in a changing climate. Our model can help authorities to manage flooding more effectively and to minimize their disastrous impacts through early warning systems.


翻译:极端事件风险评估要求准确估计超出历史观测范围的高四分位数。当风险取决于观测到的预测值时,则使用回归技术在预测空间中进行内插。我们提议EQRN模型,将神经网络和极端价值理论的工具结合为在复杂的预测依赖情况下能够外推的方法。神经网络自然可以将更多的结构纳入数据。我们开发了EQRN的经常性版本,能够在时间序列中捕捉复杂的连续依赖性。我们用这种方法预测瑞士Aare集水区的洪水风险。它利用空间和时间的多种共差信息来提供对回报水平和超常概率的一天前预测。这一输出补充了传统极端价值分析和预测的静态回报水平,并且预测能够适应气候变化中经历的分布变化。我们的模型可以帮助当局更有效地管理洪水,并通过早期警报系统最大限度地减少其灾难性影响。

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