Assessing the availability of rainfall water plays a crucial role in rainfed agriculture. Given the substantial proportion of agricultural practices in India being rainfed and considering the potential trends in rainfall amounts across years due to climate change, we build a statistical model for analyzing monsoon total rainfall data for 34 meteorological subdivisions of mainland India available for 1951-2014. Here, we model the marginal distributions using a gamma regression model and the dependence through a Gaussian conditional autoregressive (CAR) copula model. Due to the natural variation in the monsoon total rainfall received across various dry through wet regions of the country, we allow the parameters of the marginal distributions to be spatially varying, under a latent Gaussian model framework. The neighborhood structure of the regions determines the dependence structure of both the likelihood and the prior layers, where we explore both CAR and intrinsic CAR structures for the priors. The proposed methodology also effectively imputes the missing data. We use the Markov chain Monte Carlo algorithms to draw Bayesian inferences. In simulation studies, the proposed model outperforms several competitors that do not allow a dependence structure at the data or prior layers. Implementing the proposed method for the Indian areal rainfall dataset, we draw inferences about the model parameters and discuss the potential effect of climate change on rainfall across India. While the assessment of the impact of climate change on rainfall motivates our study, the proposed methodology can be easily adapted to other contexts dealing with non-Gaussian non-stationary areal datasets where data from single or multiple temporal covariates are also available, and it is appropriate to assume their coefficients to be spatially varying.


翻译:评估降雨水资源可用性在雨养农业中具有关键作用。鉴于印度农业实践中雨养农业占很大比例,并考虑到气候变化可能导致年降雨量存在潜在趋势,我们构建了一个统计模型,用于分析1951-2014年间印度大陆34个气象分区的季风总降雨量数据。在此,我们采用伽马回归模型对边缘分布进行建模,并通过高斯条件自回归(CAR)Copula模型刻画相依性。由于该国从干旱到湿润不同区域所接收的季风总降雨量存在自然变异,我们在潜高斯模型框架下允许边缘分布参数随空间变化。区域的邻域结构决定了似然层与先验层的相依结构,其中我们探索了先验的CAR与固有CAR结构。所提方法还能有效插补缺失数据。我们采用马尔可夫链蒙特卡罗算法进行贝叶斯推断。在模拟研究中,所提模型优于多个未在数据层或先验层引入相依结构的竞争方法。通过对印度区域降雨数据集实施所提方法,我们推断了模型参数,并讨论了气候变化对印度全境降雨的潜在影响。虽然评估气候变化对降雨的影响是本研究的动机,但所提方法可轻松推广至其他涉及非高斯非平稳区域数据集的场景,这些场景可能还包含单个或多个时间协变量的数据,且假设其系数具有空间变化性是合理的。

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