Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2018.05a
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pp.499-499
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2018
Hydro-meteorological extremes are trivial in these days. Therefore, it is important to identify extreme hydrological events in advance to mitigate the damage due to the extreme events. In this context, exploring temporal distribution of sub-daily extreme rainfall at multiple rain gauges would informative to identify different states to describe severity of the disaster. This study proposehidden Markov chain model (HMM) based rainfall analysis tool to understand the temporal sub-daily rainfall patterns over South Korea. Hourly and daily rainfall data between 1961 and 2017 for 92 stations were used for the study. HMM was applied to daily rainfall series to identify an observed hidden state associated with rainfall frequency and intensity, and further utilized the estimated hidden states to derive a temporal distribution of daily extreme rainfall. Transition between states over time was clearly identified, because HMM obviously identifies the temporal dependence in the daily rainfall states. The proposed HMM was very useful tool to derive the temporal attributes of the daily rainfall in South Korea. Further, daily rainfall series were disaggregated into sub-daily rainfall sequences based on the temporal distribution of hourly rainfall data.
Choi, Kang Soo;Kyoung, Min Soo;Kim, Soo Jun;Kim, Hung Soo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2B
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pp.163-171
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2009
Classical linear models have been generally used to analyze and forecast hydrologic time series. However, there is growing evidence of nonlinear structure in natural phenomena and hydrologic time series associated with their patterns and fluctuations. Therefore, the classical linear techniques for time series analysis and forecasting may not be appropriate for nonlinear processes. In recent, the BDS (Brock-Dechert-Scheinkman) statistic instead of conventional techniques has been used for detecting nonlinearity of time series. The BDS statistic was derived from the statistical properties of the correlation integral which is used to analyze chaotic system and has been effectively used for distinguishing nonlinear structure in dynamic system from random structures. DVS (Deterministic Versus Stochastic) algorithm has been used for detecting chaos and stochastic systems and for forecasting of chaotic system. This study showed the DVS algorithm can be also used for detecting nonlinearity of the time series. In this study, the stochastic and hydrologic time series are analyzed to detect their nonlinearity. The linear and nonlinear stochastic time series generated from ARMA and TAR (Threshold Auto Regressive) models, a daily streamflow at St. Johns river near Cocoa, Florida, USA and Great Salt Lake Volume (GSL) data, Utah, USA are analyzed, daily inflow series of Soyang dam and the results are compared. The results showed the BDS statistic is a powerful tool for distinguishing between linearity and nonlinearity of the time series and DVS plot can be also effectively used for distinguishing the nonlinearity of the time series.
The stochastic variations and structures of time series data on water quality were examined by employing the techniques of autocorrelation function, variance spectrum, Fourier series, autoregressive model and ARIMA model. These time series included hourly and daily observation on DO, turbidity, conductivity pH and water temperature. The measurement was made by automatic recording instrument at Noryangjin and Dook-do located in the downstream part of Han River during 1975 and 1976. Hourly water quality time series varied with the dominant 24-hour periodicity, and the 12-hour periodicity was also observed. An important factor affecting 24-hour periodic variation of DO is believed to be photosynthesis by algae. These phenomena might be attributable to periodic discharges of municipal sewage. Noryangjin site showed the more distinct 12-hour periodicity than Dook-do site did, and tidal effect might be responsible for the difference. The water quality, as measured by DO and turbidity, was better in the afternoon compared with the quality in the morning. This change can be explained by the periodic variation of DO, temperature and the amount of municipal wewage discharge. It was also observed that the water temperature at Noryangjin was higher than the temperature at Dook-do. This difference might have been caused by the pollutants that were added to the section between two sites. The correlation coefficients between some of the variables were fairly high. For example, the coefficient was -0.88 between DO and water temperature, 0.75 between turbidity and river flow, and 0.957 between water temperature and air temperature. The lag time of heat transfer from the air to the water was estimated as 24 days. The first order auto-regressive model was appropriate for explaning standardized hourly DO time series. The ARIMA model of (1, 0, 0) type provided relatively satisfactory results for daily DO time series after the removal of significant harmonic value.
We consider bivariate long range dependent (LRD) time series forecasting using a deep learning method. A long short-term memory (LSTM) network well-suited to time series data is applied to forecast bivariate time series; in addition, we compare the forecasting performance with bivariate fractional autoregressive integrated moving average (FARIMA) models. Out-of-sample forecasting errors are compared with various performance measures for functional MRI (fMRI) data and daily realized volatility data. The results show a subtle difference in the predicted values of the FIVARMA model and VARFIMA model. LSTM is computationally demanding due to hyper-parameter selection, but is more stable and the forecasting performance is competitively good to that of parametric long range dependent time series models.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.29
no.3
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pp.353-371
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2022
This paper analyzes death counts after World War II of several countries to identify and to compare their stochastic structures. The stochastic structures that this paper entertains are three structural time series models, a local level with a random walk model, a fixed local linear trend model and a local linear trend model. The structural time series models assume that a time series can be formulated directly with the unobserved components such as trend, slope, seasonal, cycle and daily effect. Random effect of each unobserved component is characterized by its own stochastic structure and a distribution of its irregular component. The structural time series models use the Kalman filter to estimate unknown parameters of a stochastic model, to predict future data, and to do filtering data. This paper identifies the best-fitted stochastic model for three types of death counts (Female, Male and Total) of each country. Two diagnostic procedures are used to check the validity of fitted models. Three criteria, AIC, BIC and SSPE are used to select the best-fitted valid stochastic model for each type of death counts of each country.
In this paper, a method for the daily maximum load forecasting which uses a chaotic time series in power system and artificial neural network. We find the characteristics of chaos in power load curve and then determine a optimal embedding dimension and delay time. For the load forecast of one day ahead daily maximum power, we use the time series load data obtained in previous year. By using of embedding dimension and delay time, we construct a strange attractor in pseudo phase plane and the artificial neural network model trained with the attractor mentioned above. The one day ahead forecast errors are about 1.4% for absolute percentage average error.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.7
no.2
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pp.127-136
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1991
This paper is concerned with the development and application of a stochastic model for daily sulphur dioxide $(SO_2)$ concentrations in urban area (Seoul). For this, the characteristics of the regression trend, periodicity and dependence of the daily $SO_2$ concentration are investigated by a statistisical analysis of the daily average $SO_2$ values measured in Seoul area during 1989 $\sim$ 1990. Based on these, nonlinear regression time series model for the prediction of daily $SO_2$ concentrations is derived. A statistical procedure for using the model to predict the concentration level is also proposed.
When a financial time series consists of daily (closing) returns, traditional volatility models such as autoregressive conditional heteroskedasticity (ARCH) and generalized ARCH (GARCH) are useful to figure out daily volatilities. With high frequency returns in a day, one may adopt various multivariate GARCH techniques (MGARCH) (Tsay, Multivariate Time Series Analysis With R and Financial Application, John Wiley, 2014) to obtain intraday volatilities as long as the high frequency is moderate. When it comes to the ultra high frequency (UHF) case (e.g., one minute prices are available everyday), a new model needs to be developed to suit UHF time series in order to figure out continuous time intraday-volatilities. Aue et al. (Journal of Time Series Analysis, 38, 3-21; 2017) proposed functional GARCH (fGARCH) to analyze functional volatilities based on UHF data. This article introduces fGARCH to the readers and illustrates how to estimate fGARCH equations using UHF data of KOSPI and Hyundai motor company.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.2
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pp.201-207
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2023
In this paper, we propose an optimal model for mid to long-term price prediction of agricultural products using LGBM, MLP, LSTM, and GRU to compare and analyze the three strategies of the Multi-Step Time Series. The proposed model is designed to find the optimal combination between the models by selecting methods from various angles. Prior agricultural product price prediction studies have mainly adopted traditional econometric models such as ARIMA and LSTM-type models. In contrast, agricultural product price prediction studies related to Multi-Step Time Series were minimal. In this study, the experiment was conducted by dividing it into two periods according to the degree of volatility of agricultural product prices. As a result of the mid-to-long-term price prediction of three strategies, namely direct, hybrid, and multiple outputs, the hybrid approach showed relatively superior performance. This study academically and practically contributes to mid-to-long term daily price prediction by proposing an effective alternative.
To identify possible associations with concentrations of ambient air pollutants and daily mortality in Busan, this study assessed the effects of air pollution for the time period 1999-2000. Poisson regression analysis by Generalized Additive Model were conducted considering trend, season, meteorology, and day-of-the-week as confounders in a nonparametric approach. Busan had a 10% increase in mortality in persons aged 65 and older(95% Cl : 1.01-1.10) in association with IQR in $NO_2$(lagged 2 days). An increase of $NO_2$(lagged 2days) was associated with a 4% increase in respiratory mortality(Cl : 1.02-1.11) and CO(lagged 1 day) showed a 3% increase(Cl : 1.00-1.07).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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