Anhand von Daten und Zahlen erforscht ein Statistiker der West Virginia University neue Methoden, mit denen sich extreme Wettermuster, Finanzturbulenzen und die Umweltverschmutzung vorhersagen und modellieren lassen.
Mihyun Kim, Assistenzprofessor für Statistik an der School of Mathematical and Data Sciences des Eberly College of Arts and Sciences der WVU, entwickelt statistische Tools, die diese Probleme lösen.
„Bei dieser Forschung geht es um mehr als nur Zahlen“, sagte Kim. „Es geht darum, moderne statistische Werkzeuge zu nutzen, um Extremereignisse, die tiefgreifende Auswirkungen auf unser Leben und unsere Wirtschaft haben können, besser zu verstehen und uns darauf vorzubereiten.“
Ihre Forschung werde zum Beispiel Antworten auf Fragen geben, sagte Kim: „Wie wahrscheinlich ist es, dass am selben Tag an Ort A Starkregen auftritt, der jenen an Ort B ähnelt?“ oder „Zeigen während einer Börsenkrise die Renditen verschiedener Sektoren ähnlich extreme Tagesverläufe?“
Derzeit mangelt es an geeigneten statistischen Werkzeugen zur Analyse extremen Verhaltens in hochauflösenden Kurvendaten, sagte Kim. Funktionale Daten, eine Reihe von Kurven, werden in verschiedenen Disziplinen beobachtet, wie etwa Tagestemperatur, Niederschlag, Muster der Schadstoffkonzentration und Intraday-Aktienrenditekurven. Diese Art von Daten ist kein einzelner Wert, sondern eine ganze Kurve oder Funktion, erklärte Kim.
„Statt beispielsweise nur zu notieren, wie viel es heute geregnet hat, würden funktionale Daten aufzeichnen, wie sich der Regen jede Minute des Tages verändert hat“, sagte Kim. „Wenn wir also minutengenaue Daten haben, können wir eine glatte Linie erstellen, die genau zeigt, wie der Regen im Laufe des Tages gestiegen und gesunken ist.“
„Ähnlich verhält es sich im Finanzwesen: Statt nur den Schlusskurs einer Aktie jeden Tag aufzuzeichnen, verfolgen funktionale Daten, wie sich der Aktienkurs den ganzen Tag über entwickelt. Auf diese Weise erhalten wir ein vollständiges Bild davon, was im Laufe des Tages passiert ist, und nicht nur eine Zahl am Ende. Es hilft uns, die ganze Geschichte darüber zu verstehen, wie sich die Dinge im Laufe der Zeit verändern.“
Kim wird versuchen, neue und innovative Methoden zu entwickeln, um die in diesen kurvenartigen Daten gefundenen extremen Muster genau zu modellieren und zu verstehen. Ein Schlüsselelement dieser Forschung wird die Entwicklung eines Werkzeugs namens „extremer Korrelationskoeffizient“ sein, das messen wird, wie wahrscheinlich es ist, dass extreme Kurven in Daten gleichzeitig ähnliche Muster aufweisen.
Sie wies darauf hin, dass diese Forschung in Regionen mit unterschiedlicher Topografie wie etwa West Virginia eine entscheidende Rolle spielen könnte, wo bergiges Gelände mit Bächen und Flüssen anfällig für Sturzfluten ist.
„Die Sturzfluten 2016 in West Virginia, ein Ereignis, das nur alle 1.000 Jahre vorkommt, forderten 23 Todesopfer und verursachten Schäden in Höhe von schätzungsweise 1 Milliarde Dollar“, sagte Kim. „Die bergige Topologie im ganzen Staat führte zu unterschiedlichen Überschwemmungsmustern, wodurch sich Risiken und Schäden in bestimmten Gebieten konzentrierten. Ich glaube, dass meine Risikobewertungstools dazu beitragen können, bessere Vorbereitungs- und Reaktionsstrategien zu entwickeln und so letztlich Leben und Eigentum zu schützen.“
Die Risikobewertungstools sind auch auf andere Bergstaaten außerhalb von West Virginia übertragbar und in verschiedenen Disziplinen anwendbar, die Risikomanagement erfordern, sagte Kim. Sie ist zuversichtlich, dass Regierungsbehörden die Tools zur Katastrophenvorsorge und -bekämpfung nutzen werden.
Darüber hinaus wird ihre Forschung Finanzinstituten dabei helfen, ihre Risikoposition effektiver zu managen.
„Angesichts der Tatsache, dass Millionen von Amerikanern Ersparnisse in ihren Rentenplänen haben, ist eine genaue Quantifizierung des Risikos katastrophaler finanzieller Verluste unerlässlich“, sagte sie. „Durch die Bereitstellung präziser Messungen der mit extremen Marktbedingungen verbundenen Risiken unterstützt dieses Projekt die nationalen Bemühungen zur Gewährleistung der wirtschaftlichen Sicherheit.“
An dem Projekt werden Bachelor- und Masterstudenten in die Statistik- und Mathematikforschung einbezogen.
Um die Wirkung zu verstärken, plant Kim eine Zusammenarbeit mit Forschern aus den Bereichen Umweltwissenschaften, Wirtschaft und Ingenieurwesen an der WVU. Sie sagte auch, sie hoffe, Kontakte zu Regierungsbehörden und Organisationen zu knüpfen, um Zugang zu realen Daten und Möglichkeiten zu erhalten, diese Probleme weiter anzugehen.