Estimation of State Space Models and Stochastic Volatility

Ma thèse est composée de trois chapitres reliés à l'estimation des modèles espace-état et volatilité stochastique. Dans le première article, nous développons une procédure de lissage de l'état, avec efficacité computationnelle, dans un modèle espace-état linéaire et gaussien. Nous montrons comment exploiter la structure particulière des modèles espace-état pour tirer les états latents efficacement. Nous analysons l'efficacité computationnelle des méthodes basées sur le filtre de Kalman, l'algorithme facteur de Cholesky et notre nouvelle méthode utilisant le compte d'opérations et d'expériences de calcul. Nous montrons que pour de nombreux cas importants, notre méthode est plus efficace. Les gains sont particulièrement grands pour les cas où la dimension des variables observées est grande ou dans les cas où il faut faire des tirages répétés des états pour les mêmes valeurs de paramètres. Comme application, on considère un modèle multivarié de Poisson avec le temps des intensités variables, lequel est utilisé pour analyser le compte de données des transactions sur les marchés financières. Dans le deuxième chapitre, nous proposons une nouvelle technique pour analyser des modèles multivariés à volatilité stochastique. La méthode proposée est basée sur le tirage efficace de la volatilité de son densité conditionnelle sachant les paramètres et les données. Notre méthodologie s'applique aux modèles avec plusieurs types de dépendance dans la coupe transversale. Nous pouvons modeler des matrices de corrélation conditionnelles variant dans le temps en incorporant des facteurs dans l'équation de rendements, où les facteurs sont des processus de volatilité stochastique indépendants. Nous pouvons incorporer des copules pour permettre la dépendance conditionnelle des rendements sachant la volatilité, permettant avoir différent lois marginaux de Student avec des degrés de liberté spécifiques pour capturer l'hétérogénéité des rendements. On tire la volatilité comme un bloc dans la dimension du temps et un à la fois dans la dimension de la coupe transversale. Nous appliquons la méthode introduite par McCausland (2012) pour obtenir une bonne approximation de la distribution conditionnelle à posteriori de la volatilité d'un rendement sachant les volatilités d'autres rendements, les paramètres et les corrélations dynamiques. Le modèle est évalué en utilisant des données réelles pour dix taux de change. Nous rapportons des résultats pour des modèles univariés de volatilité stochastique et deux modèles multivariés. Dans le troisième chapitre, nous évaluons l'information contribuée par des variations de volatilite réalisée à l'évaluation et prévision de la volatilité quand des prix sont mesurés avec et sans erreur. Nous utilisons de modèles de volatilité stochastique. Nous considérons le point de vue d'un investisseur pour qui la volatilité est une variable latent inconnu et la volatilité réalisée est une quantité d'échantillon qui contient des informations sur lui. Nous employons des méthodes bayésiennes de Monte Carlo par chaîne de Markov pour estimer les modèles, qui permettent la formulation, non seulement des densités a posteriori de la volatilité, mais aussi les densités prédictives de la volatilité future. Nous comparons les prévisions de volatilité et les taux de succès des prévisions qui emploient et n'emploient pas l'information contenue dans la volatilité réalisée. Cette approche se distingue de celles existantes dans la littérature empirique en ce sens que ces dernières se limitent le plus souvent à documenter la capacité de la volatilité réalisée à se prévoir à elle-même. Nous présentons des applications empiriques en utilisant les rendements journaliers des indices et de taux de change. Les différents modèles concurrents sont appliqués à la seconde moitié de 2008, une période marquante dans la récente crise financière.

Bootstrap for panel data models with an application to the evaluation of public policies

Le but de cette thèse est d étendre la théorie du bootstrap aux modèles de données de panel. Les données de panel s obtiennent en observant plusieurs unités statistiques sur plusieurs périodes de temps. Leur double dimension individuelle et temporelle permet de contrôler l 'hétérogénéité non observable entre individus et entre les périodes de temps et donc de faire des études plus riches que les séries chronologiques ou les données en coupe instantanée. L 'avantage du bootstrap est de permettre d obtenir une inférence plus précise que celle avec la théorie asymptotique classique ou une inférence impossible en cas de paramètre de nuisance. La méthode consiste à tirer des échantillons aléatoires qui ressemblent le plus possible à l échantillon d analyse. L 'objet statitstique d intérêt est estimé sur chacun de ses échantillons aléatoires et on utilise l ensemble des valeurs estimées pour faire de l inférence. Il existe dans la littérature certaines application du bootstrap aux données de panels sans justi cation théorique rigoureuse ou sous de fortes hypothèses. Cette thèse propose une méthode de bootstrap plus appropriée aux données de panels. Les trois chapitres analysent sa validité et son application. Le premier chapitre postule un modèle simple avec un seul paramètre et s 'attaque aux propriétés théoriques de l estimateur de la moyenne. Nous montrons que le double rééchantillonnage que nous proposons et qui tient compte à la fois de la dimension individuelle et la dimension temporelle est valide avec ces modèles. Le rééchantillonnage seulement dans la dimension individuelle n est pas valide en présence d hétérogénéité temporelle. Le ré-échantillonnage dans la dimension temporelle n est pas valide en présence d'hétérogénéité individuelle. Le deuxième chapitre étend le précédent au modèle panel de régression. linéaire. Trois types de régresseurs sont considérés : les caractéristiques individuelles, les caractéristiques temporelles et les régresseurs qui évoluent dans le temps et par individu. En utilisant un modèle à erreurs composées doubles, l'estimateur des moindres carrés ordinaires et la méthode de bootstrap des résidus, on montre que le rééchantillonnage dans la seule dimension individuelle est valide pour l'inférence sur les coe¢ cients associés aux régresseurs qui changent uniquement par individu. Le rééchantillonnage dans la dimen- sion temporelle est valide seulement pour le sous vecteur des paramètres associés aux régresseurs qui évoluent uniquement dans le temps. Le double rééchantillonnage est quand à lui est valide pour faire de l inférence pour tout le vecteur des paramètres. Le troisième chapitre re-examine l exercice de l estimateur de différence en di¤érence de Bertrand, Duflo et Mullainathan (2004). Cet estimateur est couramment utilisé dans la littérature pour évaluer l impact de certaines poli- tiques publiques. L exercice empirique utilise des données de panel provenant du Current Population Survey sur le salaire des femmes dans les 50 états des Etats-Unis d Amérique de 1979 à 1999. Des variables de pseudo-interventions publiques au niveau des états sont générées et on s attend à ce que les tests arrivent à la conclusion qu il n y a pas d e¤et de ces politiques placebos sur le salaire des femmes. Bertrand, Du o et Mullainathan (2004) montre que la non-prise en compte de l hétérogénéité et de la dépendance temporelle entraîne d importantes distorsions de niveau de test lorsqu'on évalue l'impact de politiques publiques en utilisant des données de panel. Une des solutions préconisées est d utiliser la méthode de bootstrap. La méthode de double ré-échantillonnage développée dans cette thèse permet de corriger le problème de niveau de test et donc d'évaluer correctement l'impact des politiques publiques.

Spectral studies of naphthalocyanine (Nc) and rare earth phthalocyanine (RePc) molecules in an inorganic glassy borate matrix

Optical absorption and emission spectral studies of free and metal naphthalocyanine doped borate glass matrix are reported for the first time. Absorption spectra recorded in the UV- VIS-NIR region show the characteristic absorption bands, namely, the B-band and Q-band of the naphthalocyanine (Nc) molecule. Some of the important spectral parameters, namely, the optical absorption coefficient (α), molar extinction coefficient (ε) and absorption cross section (σa) of the principal absorption transitions are determined. Optical band gap (Eg) of the materials evaluated from the functional dependence of absorption coefficient on photon energy lies in the range 1.6 eV≤Eg≤2.1 eV. All fluorescence spectra except that of EuNc consist of an intense band in the 765 nm region corresponding to the excitation of Q-band. In EuNc the maximum fluorescence intensity band is observed at 824 nm. The intensity of the principal fluorescence band is maximum in ZnNc, whereas it is minimum in H2Nc. Radiative parameters of the principal fluorescence transitions corresponding to the Q-band excitation are also reported for the naphthalocyanine and phthalocyanine based matrices.

Optical absorption studies of free (H2Pc) and rare earth (RePc) phthalocyanine doped borate glasses

Optical absorption studies of free base and rare earth incorporated phthalocyanine doped borate glass matrix are reported for the first lime. The absorption spectra recorded in the UV- VIS region show two well defined absorption bands of phthalocyanine (Pc) molecule, namely the Soret band (B) and the Q band. The Q band always shows its characteristic splitting in all the doped glass matrices and the intensities of these components are found to vary from one Pc to another. Some of the important optical parameters, namely optical absorption coefficient (a), molar extinction coefficient (ε), absorption cross section (σa), oscillator strength (f), electric dipole strength (q2), absorption half bandwidth (Δλ) of the principal optical transitions have also been evaluated. Moreover, the spectral dependence of refractive index (n) and thereby the optical dielectric constant (ε) on wavelength yielded values of carrier concentration to effective mass ratio (N/m*) of the phthalocyanine molecule in the present glassy systems. Optical band gap (Eg) and width of the band tail (Et) are computed and their variations among the prepared samples are also discussed.

Fluorescence studies on the 3d-ionization threshold range in krypton

Krypton atoms were excited by photons in the energy range from the threshold for photoionization of the 3d-electrons up to 120 eV. and the fluorescence radiation in the spectral range from 780 to 965 A was observed and analyzed. Cross sections for the population of excited states in KrIII with at least one 4s-hole resulting from an Auger transition as the first decay step and for KrII satellites were determined. The energy dependence of the 3d-ionization cross section in the 3d{_5/2}- and the 3d{_3/2}-threshold range was derived from the experimental data. The cross sections for production of KrII states were found to follow the energy dependence of the 3d-cross sections.

Threshold scan of the Ne 2s-electron photoionization cross edition

The photoionization of the Ne 2s-electrons was studied from threshold to 1 eV above threshold. The technique of photon-induced fluorescence spectroscopy was applied. Pronounced structures were observed resulting from autoionization of doubly excited atomic states. A threshold cross section of 0.17 Mb was determined.

Resolution of the uncertainties in the radiative forcing of HFC-134a

HFC-134a (CF3CH2F) is the most rapidly growing hydrofluorocarbon in terms of atmospheric abundance. It is currently used in a large number of household refrigerators and air-conditioning systems and its concentration in the atmosphere is forecast to increase substantially over the next 50–100 years. Previous estimates of its radiative forcing per unit concentration have differed significantly 25%. This paper uses a two-step approach to resolve this discrepancy. In the first step six independent absorption cross section datasets are analysed. We find that, for the integrated cross section in the spectral bands that contribute most to the radiative forcing, the differences between the various datasets are typically smaller than 5% and that the dependence on pressure and temperature is not significant. A “recommended'' HFC-134a infrared absorption spectrum was obtained based on the average band intensities of the strongest bands. In the second step, the “recommended'' HFC-134a spectrum was used in six different radiative transfer models to calculate the HFC-134a radiative forcing efficiency. The clear-sky instantaneous radiative forcing, using a single global and annual mean profile, differed by 8%, between the 6 models, and the latitudinally-resolved adjusted cloudy sky radiative forcing estimates differed by a similar amount.

A study of the atmospherically relevant reaction between molecular chlorine and dimethylsulfide (DMS): establishing the reaction intermediate and measurement of absolute photoionization cross-sections

In a study using UV photoelectron spectroscopy (PES) of the atmospherically relevant reaction CH3SCH3 + Cl2 → CH3SCH2Cl + HCl bands associated with a reaction intermediate have been observed. These have been assigned to ionization of the covalently bound molecule (CH3)2SCl2 on the basis of the intensity of the observed bands as a function of reaction time, molecular orbital calculations of vertical ionization energies and evidence from infrared spectroscopy. A method has also been developed, with the flow-tube/PE spectrometer combination used, to measure photoionization cross-sections of the reagents and products at the photon energy utilized and this has allowed the photoionization cross-section of the intermediate to be estimated. This work augments an earlier study in which the rate constant of the reaction between CH3SCH3 (DMS) and Cl2 has been measured at room temperature.

Photoproduction of heavy quarks in next-to-leading order QCD with longitudinally polarized initial states

We present all relevant details of our calculation of the complete next-to-leading order O(αS2α) QCD corrections to heavy flavor photoproduction with longitudinally polarized point-like photons and hadrons. In particular we provide analytical results for the virtual plus soft gluon cross section. We carefully address the relevance of remaining theoretical uncertainties by varying, for instance, the factorization and renormalization scales independently. Such studies are of importance for a meaningful first direct determination of the polarized gluon density Δg from the total charm production spin asymmetry by the upcoming COMPASS experiment. It is shown that the scale uncertainty is considerably reduced in next-to-leading order, but the dependence on the charm quark mass is sizable at fixed target energies. Finally, we study several differential single-inclusive heavy quark distributions and, for the polarized HERA option, the total bottom spin asymmetry.

Next-to-leading order QCD corrections to the polarized photoproduction of heavy flavors

We present a calculation of the next-to-leading order ... QCD corrections to heavy flavor photoproduction with longitudinally polarized beams. We apply our results to study the longitudinal spin asymmetry for the total charm quark production cross section which will be utilized by the forthcoming COMPASS experiment at CERN to obtain first direct information on the polarized gluon density Δg. We also briefly discuss the main theoretical uncertainties inherent in this calculation. In particular we demonstrate that the factorization scale dependence is considerably reduced in next-to-leading order.

Component-resolved bleaching spectra of quartz optically stimulated luminescence: preliminary results and implications for dating

Bleaching spectra of the ‘fast’ and ‘medium’ optically stimulated luminescence (OSL) components of quartz are reported. A dependence of photoionization cross-section, σ, on wavelength was observed for the fast and medium components and a significant difference in their responses to stimulation wavelength was found. The ratio of the fast and medium photoionization cross-sections, σfast/σmedium, varied from 30.6 when stimulated with View the MathML source light to 1.4 at View the MathML source. At View the MathML source the fast and medium photoionization cross-sections were found to be sufficiently different that infrared bleaching at raised temperatures allowed the selective removal of the fast component with negligible depletion of the medium. A method for optically separating the OSL components of quartz is suggested, based on the wavelength dependence of photoionization cross-sections.

Further investigations of the quartz optically stimulated luminescence components using linear modulation

The optically stimulated luminescence (OSL) from quartz is known to be the sum of several components with different rates of charge loss, originating from different trap types. The OSL components are clearly distinguished using the linear modulation (LM OSL) technique. A variety of pre-treatment and measurement conditions have been used on sedimentary samples in conjunction with linearly modulated optical stimulation to study in detail the behaviour of the OSL components of quartz. Single aliquots of different quartz samples have been found to contain typically five or six common LM OSL components when stimulated at View the MathML source. The components have been parameterised in terms of thermal stability (i.e. E and s), photoionisation cross-section energy dependence and dose response. The results of studies concerning applications of component-resolved LM OSL measurements on quartz are also presented. These include the detection of partial bleaching in young samples, use of ‘stepped wavelength’ stimulation to observe OSL from single components and attempts to extend the age range of quartz OSL dating.

Breakup effects in fusion and total reaction cross sections of weakly bound systems

We use a new technique to investigate the systematic behavior of near barrier complete fusion, total fusion and total reaction cross sections of weakly bound systems. A dimensionless fusion excitation function is used as a benchmark to which renormalized fusion data are compared and dynamic breakup effects can be disentangled from static effects. The same reduction procedure is used to study the effect of the direct reaction mechanisms on the total reaction cross section.

Universal trend for heavy-ion total reaction cross-sections at energies above the Coulomb barrier

Heavy-ion total reaction cross-section measurements for more than 1100 reaction cases covering 61 target nuclei in the range (6)Li-(238)U and 158 projectile nuclei from (2)H to (84)Kr (mostly exotic ones) have been analyzed in a systematic way by using an empirical, three-parameter formula that is applicable to the cases of projectile kinetic energies above the Coulomb barrier. The analysis has shown that the average total nuclear binding energy per nucleon of the interacting nuclei and their radii are the chief quantities that describe the cross-section patterns. A great amount of cross-section data (87%) has been quite satisfactorily reproduced by the proposed formula; therefore, the total reaction cross-section predictions for new, not yet experimentally investigated reaction cases can be obtained within 25% (or much less) uncertainty.

Total reaction cross-sections for light weakly bound systems

We have measured the elastic scattering cross-section for (8)Li + (9)Be and (8)Li + (51)V systems at 19.6 MeV and 18.5 MeV, respectively. We have also extracted total reaction cross sections from the elastic scattering analysis for several light weakly bound systems using the optical model with Woods-Saxon and double-folding-type potentials. Different reduction methods for the total reaction cross-sections have been applied to analyze and compare simultaneously all the systems.