Collaborative Research: Theory and Methods for Highly Multivariate Spatial Processes with Applications to Climate Data Science

合作研究:高度多元空间过程的理论和方法及其在气候数据科学中的应用

基本信息

  • 批准号:
    1811384
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 9.45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-01 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Geophysical, environmental and ecological datasets often include many variables observed over a set of irregular geographical locations. While spatial datasets are increasing in size, they are also increasing in complexity with many variables being simultaneously observed, recorded, modeled or derived. Current methods in spatial statistics are unable to cope with such highly multivariate datasets; this research addresses this gap in statistical science, aiming to establish a new framework for multivariate spatial models. The testbed for the new framework is in the field of climate data science. Understanding of the Earth system relies on coupled physical models that represent the dynamic evolution of the atmosphere, ocean, land use, rivers, glaciers and other processes. These models have led to vast amounts of climate model data that severely constrain storage resources. Moreover, statistical emulators are increasingly common and desirable alternatives to running complex physical models directly. Development and validation of compression and emulation algorithms require understanding and maintaining complex dependencies between physical variables, but current tools are univariate or pairwise-based. This research will provide statistical guidance for climate data science applications.This project focuses on a modeling framework for multivariate spatial processes, and relies on new theory incorporating graphical models in multiscale multivariate spatial process representations. Moreover, many multivariate datasets exhibit non-Gaussian behavior. A companion thrust of this work is in introducing and exploring empirical likelihood techniques for large multivariate spatial processes. Finally, the proposed models and estimation frameworks will be applied to a climate dataset from the Community Atmosphere Model.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
地球物理,环境和生态数据集通常包括在一组不规则的地理位置上观察到的许多变量。尽管空间数据集的大小增加,但它们的复杂性也在增加,许多变量同时观察,记录,建模或衍生。空间统计中的当前方法无法应对这种高度多元数据集;这项研究解决了统计科学中的这一差距,旨在为多元空间模型建立新的框架。新框架的测试床是在气候数据科学领域。对地球系统的理解取决于代表大气,海洋,土地使用,河流,冰川和其他过程的动态演变的物理模型。这些模型导致大量的气候模型数据严重限制了存储资源。此外,统计模拟器是直接运行复杂物理模型的越来越普遍和理想的选择。压缩和仿真算法的开发和验证需要理解和维持物理变量之间的复杂依赖性,但是当前工具是单变量或基于成对的。这项研究将为气候数据科学应用提供统计指南。本项目的重点是用于多元空间过程的建模框架,并依靠将图形模型纳入多尺度多变量空间过程表示的新理论。 此外,许多多元数据集表现出非高斯行为。 这项工作的伴侣推力是为大型多元空间过程引入和探索经验可能性技术。 最后,提出的模型和估计框架将从社区氛围模型中应用于气候数据集。该奖项反映了NSF的法定任务,并且使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准,被认为值得通过评估来获得支持。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Rapid numerical approximation method for integrated covariance functions over irregular data regions
不规则数据区域积分协方差函数的快速数值逼近方法
  • DOI:
    10.1002/sta4.275
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Simonson, Peter;Nychka, Douglas;Bandyopadhyay, Soutir
  • 通讯作者:
    Bandyopadhyay, Soutir
A Model for Large Multivariate Spatial Datasets
大型多元空间数据集模型
  • DOI:
    10.5705/ss.202017.0365
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Kleiber, William;Nychka, Douglas;Bandyopadhyay, Soutir
  • 通讯作者:
    Bandyopadhyay, Soutir
Data driven robust estimation methods for fixed effects panel data models
Adapting conditional simulation using circulant embedding for irregularly spaced spatial data
使用循环嵌入对不规则间隔的空间数据进行条件模拟
  • DOI:
    10.1002/sta4.446
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Bailey, Maggie D.;Bandyopadhyay, Soutir;Nychka, Douglas
  • 通讯作者:
    Nychka, Douglas
Robust estimation for linear panel data models
  • DOI:
    10.1002/sim.8732
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Beste Hamiye Beyaztas;S. Bandyopadhyay
  • 通讯作者:
    Beste Hamiye Beyaztas;S. Bandyopadhyay
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