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Markov-switching autoregressive models for wind time series

Authors :
Valérie Monbet
Pierre Ailliot
Laboratoire de mathématiques de Brest (LM)
Université de Brest (UBO)-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM)
Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Applications of interacting particle systems to statistics (ASPI)
Institut de Recherche Mathématique de Rennes (IRMAR)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
IRMAR-STAT
AGROCAMPUS OUEST
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 2 (UR2)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-AGROCAMPUS OUEST
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Laboratoire de mathématiques de Brest ( LM )
Université de Brest ( UBO ) -Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques ( IBNM )
Université de Brest ( UBO ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Applications of interacting particle systems to statistics ( ASPI )
Institut de Recherche Mathématique de Rennes ( IRMAR )
Université de Rennes 1 ( UR1 )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -AGROCAMPUS OUEST-École normale supérieure - Rennes ( ENS Rennes ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université de Rennes 2 ( UR2 )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Rennes 1 ( UR1 )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria )
Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Source :
Environmental Modelling and Software, Environmental Modelling and Software, 2012, 30, pp.92-101. ⟨10.1016/j.envsoft.2011.10.011⟩, Environmental Modelling and Software, Elsevier, 2012, 30, pp.92-101. ⟨10.1016/j.envsoft.2011.10.011⟩, Environmental Modelling and Software, Elsevier, 2012, 30, pp.92-101. 〈10.1016/j.envsoft.2011.10.011〉
Publication Year :
2012
Publisher :
Elsevier BV, 2012.

Abstract

International audience; In this paper, non-homogeneous Markov-Switching Autoregressive (MS-AR) models are proposed to describe wind time series. In these models, several au-toregressive models are used to describe the time evolution of the wind speed and the switching between these different models is controlled by a hidden Markov chain which represents the weather types. We first block the data by month in order to remove seasonal components and propose a MS-AR model with non-homogeneous autoregressive models to describe daily components. Then we discuss extensions where the hidden Markov chain is also non-stationary to handle seasonal and inter-annual fluctuations. The different models are fitted using the EM algorithm to a long time series of wind speed measurement on the Island of Ouessant (France). It is shown that the fitted models are interpretable and provide a good description of im-portant properties of the data such as the marginal distributions, the second-order structure or the length of the stormy and calm periods.

Details

ISSN :
13648152
Volume :
30
Database :
OpenAIRE
Journal :
Environmental Modelling & Software
Accession number :
edsair.doi.dedup.....1acd5f1c8fc19453fc8e769f8eb7b605
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2011.10.011