Modeling the Climatology of Tornado Occurrence using Bayesian Inference
Notice bibliographique
Résumé
Our mechanistic understanding of tornadic environments has significantly improved by the recent technological enhancements in the detection of tornadoes as well as the advances of numerical weather predictive modeling. Nonetheless, despite the decades of active research, prediction of tornado occurrence remains one of the most difficult problems in meteorological and climate science. In our efforts to develop predictive tools for tornado occurrence, there are a number of issues to overcome, such as the treatment of inconsistent tornado records, the consideration of suitable combination of atmospheric predictors, and the selection of appropriate resolution to accommodate the variability in time and space. In this dissertation, I address each of these topics by undertaking three empirical (statistical) modeling studies, where I examine the signature of different atmospheric factors influencing the tornado occurrence, the sampling biases in tornado observations, and the optimal spatiotemporal resolution for studying tornado occurrence. In the first study, I develop a novel Bayesian statistical framework to assess the probability of tornado occurrence in Canada, in which the sampling bias of tornado observations and the linkage between lightning climatology and tornadogenesis are considered. The results produced reasonable probability estimates of tornado occurrence for the under-sampled areas in the model domain. The same study also delineated the geographical variability in the lightning-tornado relationship across Canada. In the second study, I present a novel modeling framework to examine the relative importance of several key atmospheric variables (e.g., convective available potential energy, 0-3 km storm-relative helicity, 0-6 km bulk wind difference, 0-tropopause vertical wind shear) on tornado activity in North America. I found that the variable quantifying the updraft strength is more important during the warm season, whereas the effects of wind-related variables are more uniform across seasons. The residual variability of the same modeling framework (a reflection of the fidelity of the statistical formulation considered) is subsequently used to delineate distinct geographical patterns of tornado activity. This piece of information provides the foundation for the Bayesian hierarchical prognostic model presented in the third chapter of my dissertation. The results of the latter approach reinforce my earlier finding that the spatial variability of the annual and warm seasonal tornado occurrence is well explained by convective available potential energy and storm relative helicity alone, while vertical wind shear is better at reproducing the cool season tornado activity. The Bayesian hierarchical modeling framework offers a promising methodological tool for understanding regional tornado environments and obtaining reliable predictions in North America.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,010 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».