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Uncertainty bounds for long-term causal effects of perturbations in spatiotemporal systems

Debeire, Kevin und Gerhardus, Andreas und Bichler, Renee und Runge, Jakob und Eyring, Veronika (2025) Uncertainty bounds for long-term causal effects of perturbations in spatiotemporal systems. Environmental data science, 4, Seiten 1-31. Cambridge University Press. doi: 10.1017/eds.2025.10007. ISSN 2634-4602.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://www.cambridge.org/core/journals/environmental-data-science/article/uncertainty-bounds-for-longterm-causal-effects-of-perturbations-in-spatiotemporal-systems/C1C9C7DBFA2072F82FAD28AF9DE8857F

Kurzfassung

n time-dependent systems, autoregressive models are frequently employed to investigate the interactions between variables of interest in fields such as climate science, macroeconomics, and neuroscience. Typically, these variables are aggregated from smaller-scale variables into large-scale variables, for instance, representing modes of climate variability in climate science. A key aspect of these models is estimating the long-term effects of external perturbations, once the system stabilizes. Our primary contribution is an explicit formula for quantifying these long-term effects on small-scale variables, which is directly estimable from the model’s linear coefficients and aggregation weights. This improves traditional autoregressive models by providing a localized understanding of the system behavior. We conduct a series of numerical experiments to evaluate the performance of various methods to estimate perturbation effects from data. Our second contribution is the derivation of the asymptotic properties of these estimators under suitable assumptions. These asymptotic properties can be leveraged for uncertainty quantification.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218447/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Uncertainty bounds for long-term causal effects of perturbations in spatiotemporal systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Debeire, KevinDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-6006-8750NICHT SPEZIFIZIERT
Gerhardus, AndreasInstitute of Data Sciencehttps://orcid.org/0000-0003-1868-655XNICHT SPEZIFIZIERT
Bichler, ReneeRenee.Bichler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Runge, JakobDLR Jena, Germany, and Technische Universität Berlin, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eyring, VeronikaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-6887-4885NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Juli 2025
Erschienen in:Environmental data science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:4
DOI:10.1017/eds.2025.10007
Seitenbereich:Seiten 1-31
Verlag:Cambridge University Press
ISSN:2634-4602
Status:veröffentlicht
Stichwörter:autoregressive spatiotemporal models, long-term effects, uncertainty estimation
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystemmodell -Evaluation und -Analyse
Hinterlegt von: Debeire, Kevin
Hinterlegt am:06 Nov 2025 08:46
Letzte Änderung:06 Nov 2025 08:46

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