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A comparison study of Bayesian ensemble model output statistics for seasonal forcasts of precipitation <sup>†</sup>

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(1)

2019, 30

(

2)

,

385–399

강수량의 계절 예측을 위한 베이지안 앙상블 MOS방법의 비교연구

ᅩᄉᆼᄋ

1

·ᅵᄉᆼᄋ

2

1ᆫ배ᄒᆨ교 톄ᄒᆨ과 (ᄋᆼᄋᆼ톄ᄋᆫ구소) ·2ᆷ대ᄒᆨ교 ᄌᆼ보톄ᄒᆨᄀ

ᄌ ᅥ

ᆸᄉ ᅮ 2019ᄂ ᅧ ᆫ 1ᄋ ᅯ ᆯ 11ᄋ ᅵ ᆯ, ᄉ ᅮᄌ ᅥ ᆼ 2019ᄂ ᅧ ᆫ 1ᄋ ᅯ ᆯ 23ᄋ ᅵ ᆯ, ᄀ ᅦᄌ ᅢ ᄒ ᅪ ᆨᄌ ᅥ ᆼ 2019ᄂ ᅧ ᆫ 1ᄋ ᅯ ᆯ 23ᄋ ᅵ ᆯ

요 약

ᅩ ᆫ ᄂ ᅩ ᆫᄆ ᅮ ᆫᄋ ᅳ ᆫ ᄀ ᅵᄒ ᅮᄋ ᅨᄎ ᅳ ᆨ (climate forecasts)ᄋ ᅦ ᄋ ᅵ ᆻᄋ ᅥᄉ ᅥ ᄌ ᅮᄅ ᅩ ᄉ ᅡᄋ ᅭ ᆼ ᄃ ᅬᄂ ᅳ ᆫ ᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄌ ᅥ ᆨ ᄒ ᅮᄎ ᅥᄅ ᅵ (statistical post-processing)ᄇ ᅡ ᆼᄇ ᅥ ᆸᄋ ᅳ ᆯ ᄀ ᅥ ᆷᄐ ᅩᄒ ᅡ ᆫᄃ ᅡ. ᄐ ᅳ ᆨ ᄒ ᅵ ᄇ ᅦᄋ ᅵᄌ ᅵᄋ ᅡ ᆫ ᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄒ ᅡ ᆨ (Bayesian statistics)ᄋ ᅳ ᆯ ᄋ ᅵᄋ ᅭ ᆼ ᄒ ᅡ ᆫ ᄀ ᅵᄒ ᅮᄋ ᅨᄎ ᅳ ᆨ ᄋ

ᅦᄉ ᅥ ᄌ ᅮᄅ ᅩ ᄉ ᅡᄋ ᅭ ᆼ ᄃ ᅬᄂ ᅳ ᆫ ᄇ ᅦᄋ ᅵᄌ ᅵᄋ ᅡ ᆫ ᄉ ᅥ ᆫᄒ ᅧ ᆼ ᄒ ᅬᄀ ᅱᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼ (Bayesian linear regression)ᄀ ᅪ ᄇ ᅦᄋ ᅵᄌ ᅵᄋ ᅡ ᆫ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼ ᄑ ᅧ ᆼᄀ ᅲ ᆫ ᄒ ᅪ (Bayesian model averaging) ᄃ ᅮ ᄀ ᅡᄌ ᅵ ᄋ ᅡ ᆼᄉ ᅡ ᆼᄇ ᅳ ᆯ MOS (ensemble model output statistics)ᄇ ᅡ ᆼᄇ ᅥ ᆸᄋ ᅳ ᆯ ᄉ ᅥ ᆯ ᄆ ᅧ

ᆼᄒ ᅡᄀ ᅩ ᄃ ᅵᄅ ᅵᄏ ᅳᄅ ᅦ ᄀ ᅪᄌ ᅥ ᆼ ᄉ ᅡᄌ ᅥ ᆫᄇ ᅮ ᆫ ᄑ ᅩ (Dirichlet process prior)ᄅ ᅳ ᆯ ᄋ ᅵᄋ ᅭ ᆼ ᄒ ᅡ ᆫ ᄇ ᅵᄆ ᅩᄉ ᅮ (nonparametric) ᄇ ᅦᄋ ᅵᄌ ᅵ ᄋ

ᅡ ᆫ ᄌ ᅥ ᆸᄀ ᅳ ᆫᄇ ᅥ ᆸᄋ ᅳ ᆯ ᄉ ᅡ ᆯᄑ ᅧᄇ ᅩ ᆫ ᄃ ᅡ. ᄉ ᅦ ᄀ ᅡᄌ ᅵ ᄇ ᅦᄋ ᅵᄌ ᅵᄋ ᅡ ᆫ ᄋ ᅡ ᆼᄉ ᅡ ᆼᄇ ᅳ ᆯ ᄇ ᅡ ᆼᄇ ᅥ ᆸᄋ ᅳ ᆯ ᄇ ᅡᄐ ᅡ ᆼᄋ ᅳᄅ ᅩ ᄉ ᅡᄒ ᅮᄇ ᅮ ᆫ ᄑ ᅩᄅ ᅳ ᆯ ᄋ ᅲᄃ ᅩᄒ ᅡᄀ ᅩ ᄆ ᅡᄏ ᅩᄑ ᅳ ᄎ ᅦᄋ ᅵ ᆫ ᄆ

ᅩ ᆫ ᄐ ᅦ ᄏ ᅡᄅ ᅳ ᆯ ᄅ ᅩ (Markov chain Monte Carlo) ᄇ ᅡ ᆼᄇ ᅥ ᆸᄋ ᅳ ᆯ ᄐ ᅩ ᆼ ᄒ ᅢ ᄉ ᅡᄒ ᅮᄎ ᅮᄅ ᅩ ᆫᄋ ᅳ ᆯ ᄉ ᅵ ᆯᄉ ᅵᄒ ᅡ ᆫᄃ ᅡ. ᄒ ᅡ ᆫᄀ ᅮ ᆨ ᄌ ᅵᄋ ᅧ ᆨᄋ ᅴ ᄀ ᅡ ᆼᄉ ᅮᄅ ᅣ ᆼ ᄌ

ᅡᄅ ᅭᄅ ᅩ ᄇ ᅮᄐ ᅥ leave-one-out ᄀ ᅭᄎ ᅡᄐ ᅡᄃ ᅡ ᆼᄉ ᅥ ᆼ (cross-validation) ᄇ ᅡ ᆼᄇ ᅥ ᆸᄋ ᅳ ᆯ ᄋ ᅵᄋ ᅭ ᆼ ᄒ ᅡᄋ ᅧ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼᄀ ᅡ ᆫᄋ ᅴ ᄉ ᅥ ᆼᄂ ᅳ ᆼᄋ ᅳ ᆯ ᄇ ᅵᄀ ᅭᄒ ᅡ ᆫ ᄃ

ᅡ. ᄆ ᅩᄋ ᅴ ᄉ ᅵ ᆯᄒ ᅥ ᆷᄋ ᅴ ᄀ ᅧ ᆯᄀ ᅪ ᄇ ᅦᄋ ᅵᄌ ᅵᄋ ᅡ ᆫ ᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄌ ᅥ ᆨ ᄒ ᅮᄎ ᅥᄅ ᅵ ᄇ ᅡ ᆼᄇ ᅥ ᆸᄋ ᅵ ᄋ ᅵ ᆯᄇ ᅡ ᆫ ᄉ ᅮ ᆫᄒ ᅪ ᆫ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼᄇ ᅩᄃ ᅡ ᄋ ᅮᄉ ᅮᄒ ᅡ ᆫ ᄉ ᅥ ᆼᄂ ᅳ ᆼᄋ ᅳ ᆯ ᄇ ᅩᄋ ᅵᄂ ᅳ ᆫ ᄀ ᅥ ᆺᄋ ᅳ ᆯ ᄒ ᅪ

ᆨ ᄋ ᅵ ᆫᄒ ᅡᄋ ᅧ ᆻᄃ ᅡ.

ᅮᄋ ᅭᄋ ᅭ ᆼ ᄋ ᅥ: ᄀ ᅡ ᆼᄉ ᅮᄅ ᅣ ᆼ ᄋ ᅨᄎ ᅳ ᆨ, ᄇ ᅦᄋ ᅵᄌ ᅵᄋ ᅡ ᆫ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼ ᄑ ᅧ ᆼᄀ ᅲ ᆫ ᄒ ᅪ, ᄇ ᅦᄋ ᅵᄌ ᅵᄋ ᅡ ᆫ ᄉ ᅥ ᆫᄒ ᅧ ᆼ ᄒ ᅬᄀ ᅱᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼ, ᄉ ᅥ ᆫᄒ ᅧ ᆼ ᄌ ᅩ ᆼᄉ ᅩ ᆨ ᄃ ᅵᄅ ᅵᄏ ᅳᄅ ᅦ ᄀ ᅪᄌ ᅥ ᆼ ᄆ ᅩ ᄒ ᅧ

ᆼ, ᄋ ᅡ ᆼᄉ ᅡ ᆼᄇ ᅳ ᆯ model output statistics.

1. 서론

ᆼ수ᄅᆼ, 오ᄃ ᅵ후예체 ᄋᆻ어서 ᄂᆯ리 사외ᄂ ᅩᄒᆼ에ᄂ ᅳ게 세 가지가 ᄋᆻ다. ᄎᆺ째ᄂ ᆫ 지ᄀ

ᅵ후 모ᄒᆼᄋᆫ ᄋᆯᄇᆫ ᄉᆫ호ᄒᆼ (general circulation model)ᄆᆫᄋ ᅡ아ᄂ ᆯᄌᆼᄅᆫᄌᆨ 모ᄒᆼ (deterministic model)ᅵ고 대ᄂ ᅵ계ᄋᆯ ᄇᆼᄇᆸ (time series analysis)ᄃᆼ 수하게 톄ᄌᆨ ᄇᆼᄇᆸᄆᆫ아아ᄂ ᆨᄅᆯᄌ

ᅩᄒᆼ (probabilistic model), 그리고 마지ᄆᆨ으로 미ᄌᆨ 모ᄒᆼᄋᆫ ᄋᆯᄇᆫ ᄉᆫ호ᄒᆼ에서 나예치와 ᄉᆯᄌ

ᆫ치ᄃᆫ에 ᄒᆷ셰루차여 예ᄎᆨᄋᆯ ᄉᆯ시 하ᄂᆫ MOS (model output statistics) ᆼᄇᆸ이다 (Fig- ure 1.1). ᄀᆯᄌᆼᄅᆫᄌᆨ 모ᄒᆼᄋ ᅵᄋᆫ 기후예ᄎᆨᄋᆫ ᄋᆯᄇᆫᄌᆨ으로 ᄑᆫ차 (bias)가 ᄇᆯᄉᆼ하고 과소ᄉᆫ포 (under- dispersion)ᅡ 되ᄂᆼᄒᆼ (Hamill와 Colucci, 1997)이 ᄋᆻᄂᆫᄆᆫ, ᆨᄅᆯᄌᆨ 모ᄒᆼᄋᆲ이ᄀᆫ의 예ᄎᆨᄋ

ᅩ가 니ᄆᆫ ᄀᆫ 기ᄀᆫ의 예ᄎᆨᄋᆼ호가 ᄂᆽ아ᄌᆫ다ᄂᆺ이 ᄋᆯ려져 ᄋᆻ다. 따라서 체ᄂᆫ MOSᆼᄇᆸᄋ

ᅮ로 사외아 (Jo ᄃᆼ, 2012; Lim ᄃᆼ, 2014).

ᄌ ᅩᄉ ᅥ ᆼᄋ ᅵ ᆯᄋ ᅴ ᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄂ ᅳ ᆫ ᄒ ᅡ ᆫᄀ ᅮ ᆨᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄌ ᅢᄃ ᅡ ᆫᄋ ᅦᄉ ᅥ ᄌ ᅵᄋ ᅯ ᆫᄃ ᅬ ᆫ ᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄇ ᅵᄅ ᅩ ᄉ ᅮᄒ ᅢ ᆼᄃ ᅬᄋ ᅥ ᆻᄋ ᅳ ᆷ (NRF-2017R1D1A3B03035235).

ᅵᄉ ᅡ ᆼᄋ ᅵ ᆫᄋ ᅴ ᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄂ ᅳ ᆫ ᄒ ᅡ ᆫᄀ ᅮ ᆨᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄌ ᅢᄃ ᅡ ᆫᄋ ᅦᄉ ᅥ ᄌ ᅵᄋ ᅯ ᆫᄃ ᅬ ᆫ ᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄇ ᅵᄅ ᅩ ᄉ ᅮᄒ ᅢ ᆼᄃ ᅬᄋ ᅥ ᆻᄋ ᅳ ᆷ (NRF-2017R1C1B2010113).

1

(54896) ᄌ ᅥ ᆫᄅ ᅡᄇ ᅮ ᆨ ᄃ ᅩ ᄌ ᅥ ᆫᄌ ᅮᄉ ᅵ ᄃ ᅥ ᆨᄌ ᅵ ᆫᄀ ᅮ ᄇ ᅢ ᆨᄌ ᅦᄃ ᅢᄅ ᅩ 567, ᄌ ᅥ ᆫᄇ ᅮ ᆨ ᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅭ ᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅪ (ᄋ ᅳ ᆼᄋ ᅭ ᆼᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄉ ᅩ), ᄌ ᅩᄀ ᅭᄉ ᅮ.

2

ᄀ ᅭᄉ ᅵ ᆫᄌ ᅥᄌ ᅡ: (34134) ᄃ ᅢᄌ ᅥ ᆫᄀ ᅪ ᆼᄋ ᅧ ᆨᄉ ᅵ ᄋ ᅲᄉ ᅥ ᆼᄀ ᅮ ᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄅ ᅩ 99, ᄎ ᅮ ᆼ ᄂ ᅡ ᆷᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅭ ᄌ ᅥ ᆼᄇ ᅩᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅪ, ᄌ ᅩᄀ ᅭᄉ ᅮ.

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(2)

Figure 1.1 Climate forecast approach using model output statistics

MOSᆼᄇᆸ이초로하ᄂ ᅵ후예ᄎ ᅩᄒᆼᄋ ᆭᄋᆫ ᄆᆫᄒᆫ에서 개ᄇᆯ되ᄋᆻ다. 예ᄅᆯ 더, Kim ᄃᆼ (2004)ᄂ

ᅧ러 ᄋᆯᄇᆫ ᄉᆫ호ᄒᆼ에서 나예치ᄃᆯ아ᄌᆫᄒᆼ 회귀모ᄒᆼ (multiple linear regression model)ᄋ

ᅡ여 ᄀᆯᄒᆸ하ᄂᆫ superensembleᅩᄒᆼ애ᄇᆯ하ᄋᆻ고, Lim ᄃᆼ (2012)ᄋᆫ치와 ᄋᆯᄇᆫ ᄉᆫ호ᄒᆼ에서 ᄂ

ᅨ치ᄃᆯᄋᆨᄀᆨ ᄃᆨᄅᆸᄉᆼᄇᆫᄇᆫᄉᆨ (independent component analysis)ᄅᆯ 태 차ᄋᆫᄋᆯ 초후 ᄌᆼᄌ

ᆫᄉᆨ (canonical correlation analysis)ᄋᆯ ᄉᆯ시하여 기후예ᄎᆨ아노ᄒᆼ애ᄇᆯ하ᄋᆻ다. 이 외에, Jo ᄃ (2012)녀ᄅᆷᄎᆯ ᄀᆼ수ᄅᆼ (precipitation)예체 ᄋᆻ어서 베이지ᄋᆫ 회귀모ᄒᆼ이ᄋᆫ 모ᄒᆼ애ᄇᆯ하ᄋᆻ다.

ᆫ ᄂᆫ메서ᄂᆫ MOSᆼᄇᆸ 자나ᄋᆫ ᄋᆼᄉᆼᄇᆯ MOS (ensemble model output statistics; Wilks, 2011)

ᆸᄋ ᅩ개ᄒᆫ다. 티, 베이지ᄋᆫ 톄ᄒᆨ이ᄋᆫ 두 가지 모수ᄌᆨ (parametric) ᄋᆼᄉᆼᄇᆯ MOSᆼᄇᆸᄋ

ᅢ하고, 비모수 ᄋᆼᄉᆼᄇᆼᄇᆸ으로ᄋᆼᄋᆯ펴보고자 ᄒᆫ다.

ᆼᄉᆼᄇᆯ MOS (ensemble model output statistics)ᆼᄇᆸᄋ ᅵ즤 MOSᄇᆼᄇᆸ과 ᄃᆯ리 하나의 ᄋᆯᄇᆫ ᄉ

ᅩᄒᆼ에서 초기조ᄀᆫ (initial condition)에 따라 나오ᄂ ᅧ러개의 ᄋᆼᄉᆼᄇ ᅨᄎᆹᄃᆯᄋᆯ 톄ᄌᆨᄋᆫ 모ᄒᆼᄋ

ᅵ아여 ᄀᆯᄒᆸᄒᆷ으로써 예차ᄂ ᆼᄇᆸ으로 ᄎ ᆯ리 사외고 ᄋᆻ으며 (Schuhen ᄃᆼ, 2012; Baran oller, 2017), ᅢ표ᄌᆨᄋᆫ 모수ᄌᆨ 베이지ᄋᆫ 톄ᄒᆨ ᄇᆼᄇᆸ으로ᄂ ᅦ이지ᄋᆫ 모ᄒᆼ ᄑᆼ과 (Bayesian model averaging)ᅪ 베이지ᄋᆫ ᄉᆫᄒᆼ회귀모ᄒᆼ (Bayesian linear regression model) 디 ᄋᆻ다.

ᅦ이지ᄋᆫ 모ᄒᆼ ᄑᆼ과ᄂᆫ Leamer (1978)ᅦ 의해 다ᄌᆼ톄모ᄒᆼ (multiple statistical model)의 ᄎ

ᆫ (inference)ᄆᆾ 예ᄎᆨ (prediction)ᄋ ᅱ해서 처ᄋ ᅦᄋ ᅩᄒᆼ으로, Madigan과 Raftery (1994)ᄋ Hoeting ᄃᆼ (1999)ᅦ 의해 ᄉᆫᄒᆼ회귀모ᄒᆼᄀ ᆫᄅᆫᄃ ᅩᄒᆼ에서 ᄂᆯ리 사외ᄋᆻ다. ᄎᆫ Raftery ᄃ (2005)ᅪ Sloughter ᄃᆼ (2007, 2010, 2013)ᄂ ᅦ이지ᄋᆫ 모ᄒᆼ ᄑᆼ과ᄅ ᆼᄉᆼᄇᆯ MOSᆼᄇᆸ으로써 ᄀ

ᆼ예ᄎᆨ (weather forecasting)ᅦ 사아ᄋᆻ다. 베이지ᄋᆫ 모ᄒᆼ ᄑᆼ과ᄂ ᅨ초ᄒᆼ의 ᄇᆯᄒᆯᄉᆼ (uncer- tainty)ᄋᆫᄋᆼ하고 (Raftery ᄃᆼ, 2005), ᅡᄋᆼᄒᆫ 이ᄅᆫᄌᆨᄋᆫ 최ᄌᆨ화 (optimality)ᄐᆨᄉᆼ과 예츼 ᄎᆨᄆᆫ에ᄉ

ᆼ니 자ᄂ ᆺ이 ᄋᆯ려져 ᄋᆻ다 (Raftery와 Zheng, 2003). 베이지ᄋᆫ ᄉᆫᄒᆼ회귀모ᄒᆼᄋ ᅡᄌᆼ 기ᄇᆫᄌᆨᄋ

ᆯᄒᆸ 모ᄒᆼ으로 베이지ᄋᆫ 톄ᄒᆫᄌᆷ의 superensemble ᄇᆼᄇᆸ으로 ᄇ ᅮ ᄋᆻ으며, ᄌᆼᄌᆷ오ᄒᆼ의 ᄌᆨᄒᆸᄀ

ᅢᄉᆨ이 ᄉᆸ다ᄂᆺ이다.

ᅵ모수 베이지ᄋᆫ ᄋᆼᄉᆼᄇᆯ MOSᆼᄇᆸ으로ᄋᆼ위해 ᄇᆫ ᄂᆫ메서네이지ᄋᆫ ᄉᆫᄒᆼ회귀모ᄒᆼ의 모ᄉ

ᅦ 비모수 사ᄌᆫ보 (nonparametric prior distribution)ᄋᆫ 디리크레 과ᄌᆼ (Dirichlet process)아ᄋ

ᅡ. 디리크레 과ᄌᆼᄋᆫ Ferguson (1973)ᅪ Antoniak (1974)에 의해 제우ᄒᆫ차의 사ᄌᆫ보로 ᄆᆭᄋ

ᅣ에서 가ᄌᆼ ᄂᆯ리 사외고 ᄋᆻ으며, 그 ᄉᆼ니 ᄋᆸ죄ᄋᆻ다 (M¨uller와 Rodr´ıguez, 2013).

ᆫ ᄂᆫ믜 나머지 부ᄇᆫ아와 ᄀᇀ이 구ᄉᆼ다. ᄆᆫ저 2ᄌᆯ에서 ᄂᆯ리 사외누 가지 모수ᄌᆨ 베이ᄌ

ᆫ ᄋᆼᄉᆼᄇᆯ MOSᅩᄒᆼ과 비모수 베이지ᄋᆫ ᄋᆼᄉᆼᄇᆯ MOSᅩᄒᆼ에 대해 ᄉᆯᄆᆼ하고 세 가지 모ᄒᆼ듸 ᄉᆼᄂᆼᄋ

ᅭ하기 위ᄒᆫ 초ᄅᆯ 3ᄌᆯ에서 제시하ᄋᆻ다. 그 다ᄋᆷ 4ᄌᆯ에서 ᄒᆫ기ᄋᆨ의 ᄀᆼ수ᄅᆼ 자료ᄅᆯ ᄇᆫᄉᆨᄋᆯ 태 ᄉ

ᆼ이교하고 마지ᄆᆨ으로 5ᄌᆯ에서 ᄀᆯ레 대해 기사ᄋᆻ다.

(3)

2. 베이지안 앙상블 MOS모형

ᅵ ᄌᆯ에서네이지ᄋᆫ ᄋᆼᄉᆼᄇᆯ MOSᆼᄇᆸ으로써 ᄂᆯ리 사외네이지ᄋᆫ ᄉᆫᄒᆼ 회귀모ᄒᆼ과 베이지ᄋᆫ ᄆ

ᆼ ᄑᆼ과에 대해 나고, 디리크레 과ᄌᆼ아ᄌᆫ보로 하니모수 베이지ᄋᆫ 모ᄒᆼ에 대해서도 ᄉᆯ펴 ᄇ

ᅩᄅᆫ다.

2.1. 베이지안 선형 회귀모형

ᆫᄒᆼ회귀모ᄒᆼ (linear regression model)아ᄌᆼ ᄂᆯ리 사외ᄂᆼᄉᆼᄇᆯ MOSᆼᄇᆸ (Wilks, 2011)으ᄅ

ᅵᄋᆨ s에서 t시ᄌᆷ의 ᄉᆯᄌ ᆫ치 yt,sᅪ ᄋᆯᄇᆫᄉᆫ호ᄒᆼ로 부터 나ᄋᆫ sᅵᄋᆨ t시ᄌᆷ의 K개 ᄋᆼᄉᆼ볘ᄎ xt,s= (xts1, . . . , xtsK)ᅡ 주어ᄌᆻ애 아래예ᄉᆨ이아여 ᄌᆼ아.

yt,s= βs0+ βs1xts1+ . . . + βsKxtsK+ ϵt,s, (2.1)

ᅧ기서 ϵt,sᆼ기 0이고 ᄇᆫ이 σ2sᆫ 가우시ᄋᆫ 보 (Gaussian distribution)라라. ᄉᆫᄒᆼ회귀ᄆ

ᆼ (2.1)아와 ᄀᇀ이 ᄒᆼᄅᆯ이아여 나타ᄂᆯ 수 ᄋᆻ다.

ys= Xsβs+ ϵs, ϵs∼ N(0, σs2I), (2.2)

ᅧ기서 ys= (y1,s, . . . , yT ,s), βs= (βs0, βs1, . . . , βsK), ϵs= (ϵ1,s, . . . , ϵT ,s)ᅵᄀ

Xs=

1 x1s1 . . . x1sK

1 x2s1 . . . x2sK

..

. ... ... ... 1 xT s1 . . . xT sK

.

ᅱ 모ᄒᆼ (2.2)으로 부터 베이지ᄋᆫ ᄉᆫᄒᆼ모ᄒᆼ이지의 모수 (unknown parameter)에 다의 사ᄌᆫ보ᄅ

ᆯᄌᆼᄒᆷ으로써 ᄌᆼ아.

βs2s,0∼ N(0, κ2s,0I), κ2s0s,κ, τs,κ∼ IGa(νs,κ, τs,κ),

σ2ss,0, τs,0∼ IGa(νs,0, τs,0),

(2.3)

ᅧ기서 초모수 (hyper-parameter) νs,κ, τs,κᅪ νs,0, τs,0ᆼ의 ᄀᆹ아지노ᄌᆼᄃᆼ수이고, IGa(a, b)ᄂ

ᆼ과 ᄇᆫᄋ ᆨᄀᆨ b/(a − 1)와 b2/{(a − 1)2(a − 2)}ᅩ 가지ᄂ ᆨ-ᄀᆷ마 보 (inverse gamma dis- tribution)ᄅ ᅡ타ᄂᆫ다. ᄎᆷ고로 사ᄌᆫ보 (2.3)ᄋ ᅵ아네이지ᄋᆫ ᄉᆫᄒᆼ모ᄒᆼᄋ ᅦ이지ᄋᆫ ᄂᆼᄒᆼ회귀ᄆ

ᆼ (ridge regression model)로 ᄋᆯ려져 ᄋᆻ다. ᄌ ᅥ 자세ᄒᆫ 사ᄒᆼᄋᆫ Delsole (2007)ᅪ Mallick and Yi (2013)ᅦ ᄉᆯᄆᆼ되어 ᄋᆻ다. ᄋᆯᄇᆫᄌᆨ으로 베이지ᄋᆫ ᄉᆫᄒᆼ모ᄒᆼ예ᄎᆼᄌᆨ 모ᄒᆼ이아여 아래와 ᄀᇀ이 나타ᄂ

ᅡ.

ys|Xs, βs, σ2s∼ N(Xsβs, σ2sI), βs2s,0∼ N(0, κ2s,0I), κ2s,0s,κ, τs,κ∼ IGa(νs,κ, τs,κ),

σs2s,0, τs,0∼ IGa(νs,0, τs,0).

(2.4)

(4)

ᅩᄒᆼ (2.4)로 부터 지ᄋᆨ s에서 T + 1시ᄌᆷ의 예ᄎᆨ (forecasting)보ᄂ ᅡ와 ᄀᇀ이 메 ᄏᆯ로 ᄌᆨᄇ (Monte carlo integration)이아여 계ᄉᆫᄒᆯ 수 ᄋᆻ다.

p(ys,T +1|xs,T +1, ys) = Z

p(ys,T +1|xs,T +1, βs, σ2s, ys)π(βs, σs2|ys)dβss2

= Z

p(ys,T +1|xs,T +1, βs, σ2s)π(βs, σs2|ys)dβs2s

1 B

B

X

b=1

p(ys,T +1|xs,T +1, β(b)s , σs2(b)),

(2.5)

ᅧ기서 p(ys,T +1|xs,T +1, β(b)s , σ2(b)s ) = N(xs,T +1β(b)s , σs2(b))ᅵ고 (β(b)s , σs2(b)), b = 1, . . . , B나ᄋ

ᆫᄌᆫ 조ᄀᆫ부 사후보 (full conditional posterior distribution)로 부터 추ᄎᆯᄃ Bᅢ의 사후표ᄇᆫ (poste- rior samples)ᅵ다.

π(βss2, k2s,0, ys) ∼ Nn

σ−2s XsXs+ ks,0−2Ip+1−1

Xsys2s, σ−2s XsXs+ ks,0−2Ip+1−1o , π(σs2s, ys) ∼ IGan

νs,0+ T /2, τs,0+ (ys− Xsβs)(ys− Xsβs)/2o , π(ks,02 s, ys) ∼ IGan

νs,k+ (p + 1)/2, τs,k+ βsβs/2o .

2.2. 베이지안 모형 평균화

ᅵ후예ᄎᆨ위ᄒᆫ 베이지ᄋᆫ 모ᄒᆼ ᄑᆼ과ᄂᆫ ᄋᆯᄇᆫᄉᆫ호ᄒᆼ으로 부터 나ᄋᆫ Kᅢ의 ᄋᆼᄉᆼ볘치 (모ᄒᆼ)

ᅪ ᄉᆯᄌᆫ치와예ᄅᆯ ᄒᆸ모ᄒᆼ (mixture model)아아여 다와 ᄀᇀ이 ᄌᆼ의ᄒᆫ다.

p(yts|xts1, . . . , xtsK) =

K

X

j=1

pjfj(yts|xtsj), (2.6)

ᅧ기서 fj(yts|xtsj)ᄂ ᆼᄉᆼᄇ ᅨ치가 주어ᄌᆻᄋ ᅢ의 ᄋᆫᄉᆨᄒᆼ (continuous)의 조ᄀᆫᄇ ᆨᄅᆯᄆᆯ도ᄒᆷᄉ (conditional probability density function)ᅵ고 pjᆫ jᄇᆫ째 ᄋᆼᄉᆼ볘치가 최ᄅᆼ모ᄒᆼ (best model)ᄋ

ᅬᄂ ᆨ로써 0보ᄃᆹ아지며 K개의 ᄒᆸ이 1이 되ᄂ ᆹ이다. ᄌᆨ, PK

j=1pj = 1. ᄇᆫ ᄂᆫ메서ᄂ

ᅩᄀᆫᄇ ᆨᄅᆯᄆᆯ도ᄒᆷ수로 ᄑᆼ과 ᄇᆫᄋ ᆨᄀᆨ β0j + β0jxtsjᅪ σ2ᅩ 가지ᄂ ᅡ우시ᄋᆫ 보ᄅ ᅡᄋᆫ다.

ᆨ,

yts|xtsj∼ N(β0j+ β0jxtsj, σ2), t = 1, . . . , T, s = 1, . . . , n.

ᅡ후보 계ᄉᆫ위하여 베이지ᄋᆫ 모ᄒᆼ ᄑᆼ과 (2.6)녜ᄎᆼᄌᆨ 모ᄒᆼ으로 부터 다와 ᄀᇀ이 표ᄒᆫᄒᆯ ᄉ

ᆻᄀ

yt,s|x, p, β0, β1, σ2

k

X

j=1

pjN(β0j+ β1jxtsj, σ2),

p|w = (w1, . . . , wK) ∼ Dirichlet(w), β0jβ0j, κ2β0j ∼ N(µβ0j, κ2β0j), β1jβ1j, κ2β1j ∼ N(µβ1j, κ2β1j),

σ20, τ0∼ IG(ν0, τ0),

(2.7)

수치

Figure 1.1 Climate forecast approach using model output statistics
Figure 4.1 61 weather station over Korean peninsula
Figure 4.2 Trace and autocorrelation plots for some parameters of each model
Figure 4.3 Boxplots for comparison using RMSE, MAE, and LEPS

참조

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