A key challenge in environmental health research is unmeasured spatial confounding, driven by unobserved spatially structured variables that influence both treatment and outcome. A common approach is to fit a spatial regression that models the outcome as a linear function of treatment and covariates, with a spatially structured error term to account for unmeasured spatial confounding. However, it remains unclear to what extent spatial regression actually accounts for such forms of confounding in finite samples, and whether this regression adjustment can be reformulated from a design-based perspective. Motivated by an observational study on the effect of Superfund site remediation on birth outcomes, we present a weighting framework for causal inference that unifies three canonical classes of spatial regression models$\unicode{x2013}$random effects, conditional autoregressive, and Gaussian process models$\unicode{x2013}$and reveals how they implicitly construct causal contrasts across space. Specifically, we show that: (i) the spatial error term induces approximate balance on a latent set of covariates and therefore adjusts for a specific form of unmeasured confounding; and (ii) the covariance structure of the spatial error can be equivalently represented as regressors in a linear model. Building on these insights, we introduce a new estimator that jointly addresses multiple forms of unmeasured spatial confounding and develop visual diagnostics. Using our new estimator, we find evidence of a small but beneficial effect of remediation on the percentage of small vulnerable newborns.


翻译:环境健康研究中的一个关键挑战是未测量的空间混杂,这源于影响处理与结果的未观测空间结构化变量。一种常见方法是拟合空间回归模型,将结果建模为处理变量和协变量的线性函数,并引入空间结构化误差项以解释未测量的空间混杂。然而,目前尚不清楚空间回归在有限样本中实际能在多大程度上解释此类混杂形式,以及这种回归调整是否可以从基于设计的角度重新构建。基于对超级基金场地修复对出生结果影响的观测研究,我们提出了一个用于因果推断的加权框架,该框架统一了空间回归模型的三个经典类别——随机效应模型、条件自回归模型和高斯过程模型——并揭示了它们如何隐式构建跨空间的因果对比。具体而言,我们证明:(i) 空间误差项诱导了对潜在协变量集的近似平衡,从而调整了特定形式的未测量混杂;(ii) 空间误差的协方差结构可等价表示为线性模型中的回归量。基于这些见解,我们提出了一种新估计量,能同时处理多种形式的未测量空间混杂,并开发了可视化诊断方法。使用新估计量,我们发现了修复措施对脆弱新生儿比例存在微小但有益影响的证据。

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