78 Auswerterahmen des Themenfeldes 1; BMVI Expertennetzwerk (201632019)
Anlage 2: Vorgehen bei der multivariaten Bias-Adjustierung.
Bei univariatem Quantil-Mapping wird der Bias über eine Transferfunktion korrigiert, welche die kumulati-
ven Verteilungsformen der Modelldaten (m) und jene der Beobachtungen (o) im Referenzzeitraum (r) mit-
einander in Beziehung setzt. Dies führt zu folgender Transferfunktion:
)]}([{)(? ,,1,, tXFFtX pmrmropm ??
Mit einem modellierten Wert zum Zeitpunkt t und einem Projektionszeitraum p. Wird die Funktion auf
modellierte Werte im Referenzzeitraum angewendet (m,p = m,r), haben die bias korrigierten Werte metho-
disch Bedingt dieselbe Verteilung wie die Beobachtungen.
Der von Bürger et al. (2011) publizierte Bias-Korrektur Algorithmus stellt eine multivariate Verallgemeine-
rung der univariaten Skalierung von Mittelwert/Standardabweichung dar, welche die Standardabweichung
durch eine Cholesky-Zerlegung der Kovarianz-Matrix ersetzt. Im univariaten Fall werden modellierte Werte
xm,r im Referenzzeitraum zunächst als Anomalien zum Mittelwert rm
x , ausgedrückt:
rmrmrm xxx ,,
'
, ??
Die Skalierung mit dem Verhältnis der beobachteten ro,
?
zur modellierten Standardabweichungen rm,
?
ergibt:
rm
rorm
rm
x
x
,
,
'
,'
,
? ?
??
Schließlich erhält man durch Addition des beobachteten Mittelwertes rox , :
rormrm xxx ,
'
,,
?? ??
Nach Anwendung der Korrektur stimmen modellierter Mittelwert und Standardabweichung in der Refe-
renzperiode mit den beobachteten Werten überein. Die Projektionsdaten werden, unter Verwendung der-
selben Faktoren, linear skaliert.
Im Falle der multivariaten Skalierungsmethode wird gleichermaßen vorgegangen, allerdings mit der mul-
tivariaten Generalisierung von Mittelwert und Standardabweichung.
Sei eine Matrix von Beobachtungswerten Xo,r gegeben (mit den Variablen in den Spalten) und eine korres-
pondierende Matrix modellierter Werte Xm,r, so werden zunächst die Anomalien
'
,roX und
'
,rmX relativ
zum multivariaten Mittelwert bestimmt (Werte in Spalten werden durch Subtraktion der Mittelwerte
zentriert). Unter der Annahme, dass die Kovarianz-Matrix der beobachteten Anomalien positiv definit ist,
kann diese via Cholesky-Zerlegung in das Produkt aus unterer Dreiecksmatrix ro
L , und ihrer Transponier-
ten zerlegt werden:
? ? roT roro LLX ,,' ,cov ?
Die Kovarianz-Matrix der Modellanomalien kann in gleicher Weise zerlegt werden:
? ? rmT rmrm LLX ,,' ,cov ?