<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" xml:lang="en" dtd-version="3.0">
  <front>
    <journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher">NPG</journal-id><journal-title-group>
    <journal-title>Nonlinear Processes in Geophysics</journal-title>
    <abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">NPG</abbrev-journal-title><abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Nonlin. Processes Geophys.</abbrev-journal-title>
  </journal-title-group><issn pub-type="epub">1607-7946</issn><publisher>
    <publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
    <publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
  </publisher></journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/npg-25-335-2018</article-id><title-group><article-title>Idealized models of the joint probability<?xmltex \hack{\break}?> distribution of wind speeds</article-title><alt-title>Joint wind speed distributions</alt-title>
      </title-group><?xmltex \runningtitle{Joint wind speed distributions}?><?xmltex \runningauthor{A. H. Monahan}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes">
          <name><surname>Monahan</surname><given-names>Adam H.</given-names></name>
          <email>monahana@uvic.ca</email>
        </contrib>
        <aff id="aff1"><institution>School of Earth and Ocean Sciences, University of Victoria, P.O. Box 3065 STN CSC, Victoria, BC, Canada, V8W 3V6</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Adam H. Monahan (monahana@uvic.ca)</corresp></author-notes><pub-date><day>2</day><month>May</month><year>2018</year></pub-date>
      
      <volume>25</volume>
      <issue>2</issue>
      <fpage>335</fpage><lpage>353</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>24</day><month>October</month><year>2017</year></date>
           <date date-type="rev-request"><day>2</day><month>November</month><year>2017</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>6</day><month>February</month><year>2018</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>26</day><month>March</month><year>2018</year></date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>Copyright: © 2018 Adam H. Monahan</copyright-statement>
        <copyright-year>2018</copyright-year>
      <license license-type="open-access"><license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 4.0 International License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link></license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018.html">This article is available from https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018.html</self-uri><self-uri xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018.pdf</self-uri>
      <abstract><title>Abstract</title>
    <p id="d1e79">The joint probability distribution of wind speeds at two separate
locations in space or points in time completely characterizes the statistical
dependence of these two quantities, providing more information than linear
measures such as correlation. In this study, we consider two models of the
joint distribution of wind speeds obtained from idealized models of the
dependence structure of the horizontal wind velocity components. The
bivariate Rice distribution follows from assuming that the wind components
have Gaussian and isotropic fluctuations. The bivariate Weibull distribution
arises from power law transformations of wind speeds corresponding to vector
components with Gaussian, isotropic, mean-zero variability. Maximum
likelihood estimates of these distributions are compared using wind speed
data from the mid-troposphere, from different altitudes at the Cabauw tower
in the Netherlands, and from scatterometer observations over the sea surface.
While the bivariate Rice distribution is more flexible and can represent a
broader class of dependence structures, the bivariate Weibull distribution is
mathematically simpler and may be more convenient in many applications. The
complexity of the mathematical expressions obtained for the joint
distributions suggests that the development of explicit functional forms for
multivariate speed distributions from distributions of the components will
not be practical for more complicated dependence structure or more than two
speed variables.</p>
  </abstract>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

      <?xmltex \hack{\allowdisplaybreaks}?>
<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <label>1</label><title>Introduction</title>
      <p id="d1e93">A fundamental issue in the characterization of atmospheric variability is
that of dependence: how the state of one atmospheric variable is related to
that of another at a different position in space, or point in time. The
simplest measure of statistical dependence, the correlation coefficient, is a
natural measure for Gaussian-distributed quantities but does not fully
characterize dependence for non-Gaussian variables. The most general
representation of dependence between two or more quantities is their joint
probability distribution. The joint probability distribution for a
multivariate Gaussian is well known, and expressed in terms of the mean and
covariance matrix <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx42 bib1.bibx40" id="paren.1"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>. No such general expressions
for non-Gaussian multivariate distributions exist. Copula theory
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx35" id="paren.2"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref> allows joint distributions to be constructed from
specified marginal distributions. However, which copula model to use for a
given analysis is not generally known a priori and is usually determined
empirically through a statistical model selection exercise.</p>
      <p id="d1e106">The present study considers the bivariate joint probability distribution of
wind speeds. As these are quantities which are by definition bounded below by
zero, the joint distribution and the marginal distributions are non-Gaussian.
While the correlation structure (equivalently, the power spectrum) of wind
speeds in time <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2 bib1.bibx34 bib1.bibx12 bib1.bibx26" id="paren.3"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref> and in space
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6 bib1.bibx30 bib1.bibx43 bib1.bibx3 bib1.bibx44" id="paren.4"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref> has been considered, relatively
little attention has been paid to developing expressions for the joint
distribution. Previous studies have used copula methods to model horizontal
spatial dependence of wind speeds for wind power applications
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx14 bib1.bibx16 bib1.bibx38" id="paren.5"/> and dependence of daily wind speed maxima
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx35" id="paren.6"/>. While these earlier analyses have focused on probabilistic
modelling of simultaneous wind speed<?pagebreak page336?> values at different spatial locations in
the horizontal, dependence structures in the vertical (e.g. for vertical
interpolation of wind speeds) or in time are also of interest. For example,
an analysis in which the need for an explicit parametric form for the joint
distribution of wind speeds at different altitudes has arisen is the hidden
Markov model (HMM) analysis considered in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx29" id="text.7"/>. In an HMM analysis
of continuous variables, it is necessary to specify the parametric form of
the joint distribution within each hidden state. In <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx29" id="text.8"/>, the joint
distribution of wind speeds at 10 and 200 <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the potential
temperature difference between these altitudes was modelled as a multivariate
Gaussian distribution, despite the fact that for at least the speeds this
distribution cannot be strictly correct. This pragmatic modelling
approximation was made because of the absence of a more appropriate
parametric distribution for the quantities being considered. The alternative
approach of using the wind components at the two levels (for which the
multivariate Gaussian model may be a better approximation) instead of the
speeds directly has the downside of increasing the dimensionality of the
state vector from three to five, dramatically increasing the number of
parameters to be estimated (with the covariance matrices in particular
increasing from 9 to 25 elements) and reducing the statistical robustness of
the results.</p>
      <p id="d1e140">A number of previous studies have constructed univariate speed distributions
starting from models for the joint distribution of the horizontal components
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5 bib1.bibx24 bib1.bibx11" id="paren.9"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>. One useful benefit of this approach
is that it allows the statistics of the speed and the components to be
related to each other. The specific goal of the present study is to extend
this approach to bivariate distributions, constructing models of the joint
probability distribution of wind speeds that are directly connected to the
joint distributions of the horizontal components of the wind. As the
following results will demonstrate, generalizing this approach to the
bivariate speed distribution results in rather complicated mathematical
expressions. Expressions for multivariate distributions of more than two
speeds will be even more complicated, and may not be analytically tractable.
Through the analysis of the bivariate speed distribution, we will probe how
far the development of closed-form, analytic expressions for parametric speed
distributions based on distributions of components can practically be
extended.</p>
      <p id="d1e148">Both Weibull and Rice distributions have been used to model the univariate
wind speed distribution <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx7 bib1.bibx27 bib1.bibx11" id="paren.10"><named-content content-type="pre">cf.</named-content></xref>, and models of
multivariate distributions with Weibull or Ricean marginals have been
developed <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8 bib1.bibx17 bib1.bibx15 bib1.bibx33 bib1.bibx46 bib1.bibx22 bib1.bibx39" id="paren.11"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>. Much
of this work has been done in the context of wireless communications
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx33 bib1.bibx46 bib1.bibx22" id="paren.12"/>: the present study builds upon the results of these
earlier analyses.</p>
      <p id="d1e165">The two probability density functions (pdfs) we will consider, the bivariate
Rice and Weibull distributions, both start with simple assumptions regarding
the distributions of the wind components. The bivariate Rice distribution
follows directly from the assumption of Gaussian components with isotropic
variance, but nonzero mean. In contrast, the bivariate Weibull distribution
is obtained from nonlinear transformations of the magnitudes of Gaussian,
isotropic, mean-zero components. While the univariate Weibull distribution
has been found to generally be a better fit to observed wind speeds than the
univariate Rice distribution <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23 bib1.bibx24" id="paren.13"><named-content content-type="pre">particularly over the oceans,
e.g.</named-content></xref>, the direct connection of the Rice
distribution to the distribution of the components (which the Weibull
distribution does not have) is useful from a modelling and theoretical
perspective <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5 bib1.bibx25 bib1.bibx9 bib1.bibx36 bib1.bibx11" id="paren.14"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>. The
six-parameter bivariate Rice distribution that we will consider is more
flexible than the five-parameter bivariate Weibull distribution, and able to
model a broader range of dependence structures. Furthermore, it is directly
connected to the univariate distributions and dependence structure of the
wind components. However, the bivariate Weibull distribution is
mathematically much simpler than the bivariate Rice distribution and easier
to use in practice. Other flexible bivariate distributions for non-negative
random variables exist, such as the <inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula>-<inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> distribution discussed in
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx45" id="text.15"/>. Because the Weibull and Rice distributions are common models
for the univariate wind speed distributions, this study will focus
specifically on their bivariate generalizations.</p>
      <p id="d1e195">The bivariate Rice and Weibull distributions are developed in Sect. 2,
starting from discussion of the bivariate Rayleigh distribution (which is a
limiting case of both of the other models). In this section, we repeat some
of the formulae obtained by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx33" id="text.16"/>, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx46" id="text.17"/>, and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22" id="text.18"/>
for completeness and because of notational differences between this study and
the earlier ones. In Sect. 3, the ability of these distributions to model
wind speed data from the middle troposphere, and from the near-surface flow
over land and the ocean, is considered. Examples of dependence structures in
both space (horizontally and vertically) and in time are considered. A
discussion and conclusions are presented in Sect. 4.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <label>2</label><title>Empirical models of the bivariate wind speed distribution</title>
      <p id="d1e215">As a starting point for developing models of the bivariate wind speed
distribution, we consider the joint distribution of the horizontal wind
vector components <inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, 2 (where the
subscripts <inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> denote wind vectors at two different locations, two different
points in time, or both). In particular, we assume that
<list list-type="order"><list-item>
      <p id="d1e268">the two orthogonal wind components are marginally Gaussian with isotropic and uncorrelated fluctuations:<disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><label>1</label><mml:math id="M7" display="block"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p></list-item><list-item>
      <p id="d1e368">and the cross-correlation matrix of the two vectors is<disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M8" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E2"><mml:mtd><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where we have expressed the correlations in both Cartesian and polar
coordinates: <inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This assumed
correlation structure implies that the correlation matrix becomes diagonal
when the vector <inline-formula><mml:math id="M11" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is rotated through the angle <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:<disp-formula id="Ch1.E3" content-type="numbered"><label>3</label><mml:math id="M13" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where<disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M14" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E4"><mml:mtd><mml:mtext>4</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item></list></p>
      <p id="d1e879">The joint distribution of the horizontal components resulting from these
assumptions is

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M15" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close="" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close=""><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E5"><mml:mtd><mml:mtext>5</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mfenced close=")" open=""><mml:mfenced close="]" open=""><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22" id="paren.19"/>.</p>
      <p id="d1e1386">Note that only considering the horizontal components of the wind vector
implicitly restricts the resulting distributions to timescales sufficiently
long that the vertical component of the wind contributes negligibly to the
speed.</p>
<?pagebreak page337?><sec id="Ch1.S2.SS1">
  <label>2.1</label><title>Bivariate Rayleigh distribution</title>
      <p id="d1e1396">The joint distributions of the speeds <inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
obtained from the pdf Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>) when both vector
wind components are mean-zero is the bivariate Rayleigh distribution
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="paren.20"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>. Transforming variables to wind speed <inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
direction <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the joint distribution (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>) with <inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, becomes

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M21" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E6"><mml:mtd><mml:mtext>6</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            Integrating over the wind directions to obtain the marginal distribution for
the wind speeds, we obtain

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M22" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E7"><mml:mtd><mml:mtext>7</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where we have used the fact that
            <disp-formula id="Ch1.E8" content-type="numbered"><label>8</label><mml:math id="M23" display="block"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the modified Bessel function of order <inline-formula><mml:math id="M25" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Note that the
correlation angle <inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> drops out after integration over <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M28" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. As a result, for the bivariate Rayleigh distribution,
<inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends only on the three parameters
<inline-formula><mml:math id="M30" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e2148">For <inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> factors as the product of the marginal
distributions of <inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:
            <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><label>9</label><mml:math id="M35" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          and the wind speeds are independent. As <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we can use the
asymptotic result
            <disp-formula id="Ch1.E10" content-type="numbered"><label>10</label><mml:math id="M37" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          to show that
            <disp-formula id="Ch1.E11" content-type="numbered"><label>11</label><mml:math id="M38" display="block"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M39" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the Dirac delta function. In this limit, <inline-formula><mml:math id="M40" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are perfectly correlated and Rayleigh distributed.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F1" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{1}?><label>Figure 1</label><caption><p id="d1e2530">Example bivariate Rayleigh distributions <inline-formula><mml:math id="M42" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">0.85</mml:mn></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> scaled respectively by
<inline-formula><mml:math id="M47" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M48" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The upper and left subpanels show the marginal
distributions of <inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M50" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> respectively. These marginal
distributions are the same for all three panels.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=412.564961pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f01.pdf"/>

        </fig>

      <?pagebreak page338?><p id="d1e2654">Moments of the bivariate Rayleigh distribution are given by

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M51" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E12"><mml:mtd><mml:mtext>12</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="sans-serif">E</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the hypergeometric function
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="paren.21"/>. In particular, we have

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M53" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E13"><mml:mtd><mml:mtext>13</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="normal">mean</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E14"><mml:mtd><mml:mtext>14</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="normal">var</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E15"><mml:mtd><mml:mtext>15</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            Because <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an increasing function of
<inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
must be non-negative for the bivariate Rayleigh distribution.</p>
      <p id="d1e3152">Plots of <inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the three values <inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M61" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">0.85</mml:mn></mml:math></inline-formula>
are presented in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>, along with the marginal
distributions of <inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M63" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (which are the same for all three
panels). The marginal distributions are positively skewed and the contours of
the joint distributions are more tightly concentrated below and to the left
of their peaks than elsewhere. As expected, the distributions become more
tightly concentrated around the 1 : 1 line as the dependence parameter
<inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS2">
  <label>2.2</label><title>Bivariate Rice distribution</title>
      <p id="d1e3246">The assumptions leading to the bivariate Rayleigh distribution are too
restrictive to model observed wind speeds in most circumstances. A more
general distribution results from assuming that the wind components are
Gaussian, isotropic, and uncorrelated, but with nonzero mean (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>).</p>
      <p id="d1e3251">Changing variables to wind speed <inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and direction <inline-formula><mml:math id="M66" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the
joint distribution becomes

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M67" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.9}{8.9}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.9}{8.9}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close="" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.9}{8.9}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mfenced open="" close=")"><mml:mfenced close="]" open=""><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mfenced><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.7}{8.7}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mo mathsize="2.5em">(</mml:mo><mml:mo mathsize="2.5em">[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E16"><mml:mtd><mml:mtext>16</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.7}{8.7}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathsize="2.5em">]</mml:mo><mml:mo mathsize="2.5em">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M68" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E17"><mml:mtd><mml:mtext>17</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E18"><mml:mtd><mml:mtext>18</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E19"><mml:mtd><mml:mtext>19</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E20"><mml:mtd><mml:mtext>20</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            and where we have defined the magnitude and direction of the mean vector
wind:
            <disp-formula id="Ch1.E21" content-type="numbered"><label>21</label><mml:math id="M69" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <?pagebreak page339?><p id="d1e4688">The marginal distribution for the wind speeds is obtained by integrating the
joint distribution over <inline-formula><mml:math id="M70" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. To evaluate this
integral, we make use of the result

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M72" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="[" close=""><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mfenced close="]" open=""><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E22"><mml:mtd><mml:mtext>22</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where
            <disp-formula id="Ch1.E23" content-type="numbered"><label>23</label><mml:math id="M73" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          and it is important that <inline-formula><mml:math id="M74" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be evaluated as the angle between
the vector <inline-formula><mml:math id="M75" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the vector <inline-formula><mml:math id="M76" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (that is, as the four-quadrant
inverse tangent). Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E22"/>) follows from the
Fourier series
            <disp-formula id="Ch1.E24" content-type="numbered"><label>24</label><mml:math id="M77" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          along with repeated use of trigonometric identities and the integral
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/>).</p>
      <p id="d1e5181">Finally, we obtain the expression for the bivariate Rice distribution
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22" id="paren.22"/>

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M78" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=""><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close=""><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mfenced close=")" open=""><mml:mfenced open="" close="]"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E25"><mml:mtd><mml:mtext>25</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            Expressed in terms of the magnitude and direction of the mean
wind vectors,

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M79" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=""><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mfenced open="" close=")"><mml:mfenced close="]" open=""><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close=""><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E26"><mml:mtd><mml:mtext>26</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mfenced close="]" open=""><mml:mrow><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M80" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E27"><mml:mtd><mml:mtext>27</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msup><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            and

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M81" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E28"><mml:mtd><mml:mtext>28</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            When numerically evaluating the bivariate Rice distribution, it is convenient
to transform the infinite series in Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>) and
(<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E26"/>) into an integral which is then
approximated numerically (Appendix A).</p>
      <p id="d1e6601">Note that <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends on the relative orientation of the mean
wind vectors and the correlation angle <inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> only through the combination
<inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Because of this symmetry, the quantities
<inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M86" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> cannot be determined individually from wind
speed data alone. As a result, <inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is determined by six
parameters:
<inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). For particular applications, it may be
appropriate to fix either <inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M90" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, allowing the other
angle to be estimated from data. For example, when considering the temporal
dependence structure of winds assumed to have stationary statistics, it can
be assumed that <inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The bivariate Rice distribution also
has the discrete symmetry that it is invariant under the transformation
<inline-formula><mml:math id="M92" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Note that
these symmetries are in addition to the invariance of the distribution of
components (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>) to the rotation of the
coordinate system <inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M94" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, under which the angles <inline-formula><mml:math id="M95" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M96" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> are individually
invariant.</p>
      <?pagebreak page340?><p id="d1e6932">Integrating over <inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to obtain the marginal distribution for <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> we
obtain the univariate Rice distribution
            <disp-formula id="Ch1.E29" content-type="numbered"><label>29</label><mml:math id="M99" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          with mean and variance

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M100" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E30"><mml:mtd><mml:mtext>30</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="normal">mean</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E31"><mml:mtd><mml:mtext>31</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="normal">var</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            (with equivalent expressions for <inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> obtained by integrating over
<inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), where <inline-formula><mml:math id="M103" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the confluent
hypergeometric function <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="paren.23"/>. Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E29"/>) follows
from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>) using the integral <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="paren.24"/>

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M104" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E32"><mml:mtd><mml:mtext>32</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            Neumann's theorem <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx41" id="paren.25"/>
            <disp-formula id="Ch1.E33" content-type="numbered"><label>33</label><mml:math id="M105" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.7}{9.7}\selectfont$\displaystyle}?><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          and the fact that

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M106" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E34"><mml:mtd><mml:mtext>34</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            Note that each wind speed marginal distribution depends only on
the magnitude of the mean wind vector, while the joint distribution also
depends on the angle between the two mean wind vectors. Furthermore, as <inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> only the first term contributes to the infinite series in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>), and the joint distribution reduces to the
product of the marginals.</p>
      <p id="d1e7798">The joint moments of the bivariate Rice distribution can be evaluated using
the Taylor series expansion:

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M108" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E35"><mml:mtd><mml:mtext>35</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            which allows the double integral defining the moments to factorize as the
products of individual integrals over <inline-formula><mml:math id="M109" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that can be
evaluated using

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M111" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E36"><mml:mtd><mml:mtext>36</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            The resulting expression for the joint moments is

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M112" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="sans-serif">E</mml:mi><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close="" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close=""><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mfenced open="" close=")"><mml:mfenced open="" close="]"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="[" close=""><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E37"><mml:mtd><mml:mtext>37</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close="]" open=""><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22" id="paren.26"/>. When the mean vector winds are equal to zero, only
the <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> terms contribute to this expression and Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E12"/>) is recovered.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F2" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{2}?><label>Figure 2</label><caption><p id="d1e8846">Comparison of the correlation coefficient
<inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for bivariate Rice distributed variables
(Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E38"/>) with the approximate expression
Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>) for the parameter values
<inline-formula><mml:math id="M115" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f02.pdf"/>

        </fig>

      <?pagebreak page341?><p id="d1e8981">Defining the variables <inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the correlation coefficient
between <inline-formula><mml:math id="M118" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M119" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given by

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M120" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E38"><mml:mtd><mml:mtext>38</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{4.9}{4.9}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M121" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced close="" open="["><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϵ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E39"><mml:mtd><mml:mtext>39</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced open="" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            The correlation coefficient <inline-formula><mml:math id="M122" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends only on the
four quantities <inline-formula><mml:math id="M123" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx26" id="text.27"/> considered the correlation structure of wind speeds using
the approximation <inline-formula><mml:math id="M124" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The assumed covariance
structure of the wind components then results in the approximate expression:

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M125" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E40"><mml:mtd><mml:mtext>40</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            Plots of the correlation coefficient (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E38"/>) and
the approximation (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>) as functions of <inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> are
shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F2"/> for
<inline-formula><mml:math id="M127" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
= (3,2,0) and (1,5,0). Agreement between the exact and approximate values of
the correlation coefficient is reasonably good in both cases, with the
largest discrepancies generally occurring for larger absolute values of
<inline-formula><mml:math id="M128" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Note that negative wind speed correlation values are permitted by the
bivariate Rice distribution.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F3" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{3}?><label>Figure 3</label><caption><p id="d1e10434">As in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/> for the bivariate Rice
distribution with
<inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M130" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M131" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=412.564961pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f03.pdf"/>

        </fig>

      <p id="d1e10581">Examples of the joint Rice pdf (and the associated marginals) are presented
in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F3"/> for
<inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.85</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and
<inline-formula><mml:math id="M134" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.85</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. By construction, the marginal distributions are the same in each
panel. The distributions of both <inline-formula><mml:math id="M135" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M136" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are positively skewed,
and take respective maxima at values of about <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and just less than
<inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For the different values of the dependence parameter <inline-formula><mml:math id="M139" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>,
the joint distributions have considerably different shapes. The joint
distribution for <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> describes (weakly)
negatively correlated variables with a nonlinear dependence structure evident in ridges
of enhanced probability extending to the left and right upward from the
probability maximum. For <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, probability
contours are concentrated towards smaller values of <inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (as
is the case for the marginal distributions). Finally, <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are
evidently positively correlated for <inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with a slight curvature in the shape of the distribution indicating
the existence of some nonlinear dependence.</p>
      <p id="d1e10948">Although the bivariate Rice distribution differs from the bivariate Rayleigh
distribution only by allowing for nonzero mean wind vector components, the
resulting expressions for the joint pdf (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>)
and the moments (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E37"/>) are much more complicated
for the bivariate Rice than the bivariate Rayleigh. Furthermore, while the
univariate Rice distribution is a convenient model for the pdf of wind speed,
observed winds show clear deviation from Ricean behaviour
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23 bib1.bibx24" id="paren.28"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>. We will therefore consider another
model of the bivariate wind speed distribution with Weibull marginals, which
turns out to result in simpler mathematical expressions (at the cost of a
more artificial derivation than that of the bivariate Rice distribution).</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS3">
  <label>2.3</label><title>Bivariate Weibull distribution</title>
      <p id="d1e10968">As in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx33" id="text.29"/> and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx46" id="text.30"/>, we obtain the bivariate Weibull
distribution from the bivariate Rayleigh distribution through separate power
law transformations of <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The pdf of a Weibull distributed
variable is
            <disp-formula id="Ch1.E41" content-type="numbered"><label>41</label><mml:math id="M149" display="block"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mi>b</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          with moments
            <disp-formula id="Ch1.E42" content-type="numbered"><label>42</label><mml:math id="M150" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="sans-serif">E</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M151" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M152" display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> are denoted the scale and shape parameters respectively.
The Rayleigh distribution is a special case of the Weibull distribution with
<inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msqrt><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Weibull distributed variables remain
Weibull under a power law transformation, with suitably modified scale and
shape parameters: if <inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> is Weibull with scale parameter <inline-formula><mml:math id="M156" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and shape
parameter <inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M158" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will be Weibull with scale parameter <inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and shape
parameter <inline-formula><mml:math id="M160" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. A joint wind speed distribution with Weibull marginal
distributions can therefore be constructed from a joint Rayleigh distribution
using the appropriate power law and scale transformations.</p>
      <?pagebreak page342?><p id="d1e11190">If we start with <inline-formula><mml:math id="M161" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as bivariate Rayleigh distributed with
<inline-formula><mml:math id="M162" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M163" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we obtain marginal Weibull
distributions with specified scale and shape parameters through the
transformations
            <disp-formula id="Ch1.E43" content-type="numbered"><label>43</label><mml:math id="M164" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          The joint pdfs transform as
            <disp-formula id="Ch1.E44" content-type="numbered"><label>44</label><mml:math id="M165" display="block"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          and so we obtain the bivariate Weibull distribution

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M166" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E45"><mml:mtd><mml:mtext>45</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            An analogous approach to constructing bivariate Weibull distributions through
nonlinear transformations of a bivariate Gaussian was followed in
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx39" id="text.31"/>; the resulting expressions are considerably more complicated
than those considered here.</p>
      <p id="d1e11707">Evidently, <inline-formula><mml:math id="M167" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> factorizes into the product of the marginal
distributions as <inline-formula><mml:math id="M168" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. As <inline-formula><mml:math id="M169" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we can use Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E10"/>) to make the approximation

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M170" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E46"><mml:mtd><mml:mtext>46</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where the last equality follows from the fact that
            <disp-formula id="Ch1.E47" content-type="numbered"><label>47</label><mml:math id="M171" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          As expected, <inline-formula><mml:math id="M172" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M173" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are completely dependent in the limit that
<inline-formula><mml:math id="M174" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (although they are not perfectly correlated if <inline-formula><mml:math id="M175" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the functional relationship
            <disp-formula id="Ch1.E48" content-type="numbered"><label>48</label><mml:math id="M176" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          between the two variables will be nonlinear).</p>
      <?pagebreak page343?><p id="d1e12618">The relatively simple form of the bivariate Weibull distribution permits a
relatively simple expression for the conditional distribution

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M177" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E49"><mml:mtd><mml:mtext>49</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mfenced close="}" open=""><mml:mrow><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            The factor in the second set of braces characterizes how
conditioning on the value of <inline-formula><mml:math id="M178" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> changes the distribution of <inline-formula><mml:math id="M179" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from
its marginal distribution <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx35" id="paren.32"><named-content content-type="pre">and corresponds to a copula density;
e.g.</named-content></xref>. Note that for <inline-formula><mml:math id="M180" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> sufficiently large we can write

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M181" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E50"><mml:mtd><mml:mtext>50</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            For <inline-formula><mml:math id="M182" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> not too close to zero, the conditional distribution for large
<inline-formula><mml:math id="M183" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is concentrated around the nonlinear regression curve
            <disp-formula id="Ch1.E51" content-type="numbered"><label>51</label><mml:math id="M184" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F4" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{4}?><label>Figure 4</label><caption><p id="d1e13305">As in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/> for the bivariate Weibull
distribution with <inline-formula><mml:math id="M185" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M186" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.7</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M187" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">0.95</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the speeds <inline-formula><mml:math id="M188" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> scaled respectively by the
Weibull scale parameters <inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=412.564961pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f04.pdf"/>

        </fig>

      <p id="d1e13437">Computing the moments, we obtain

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M191" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E52"><mml:mtd><mml:mtext>52</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="sans-serif">E</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx33 bib1.bibx46" id="paren.33"/>. The correlation coefficient is then given by

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M192" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E53"><mml:mtd><mml:mtext>53</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            For <inline-formula><mml:math id="M193" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (the relevant range of shape parameters for
wind speeds), <inline-formula><mml:math id="M194" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an increasing
function of <inline-formula><mml:math id="M195" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
Therefore, the bivariate Weibull distribution is unable to represent
situations in which the wind speeds are negatively correlated.</p>
      <p id="d1e13959">Examples of the bivariate Weibull distribution for <inline-formula><mml:math id="M197" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and values of <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.7</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M199" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">0.95</mml:mn></mml:math></inline-formula> are shown in
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F4"/>. Again, the marginal distributions in all
three cases are the same by construction. The distribution of <inline-formula><mml:math id="M200" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is
positively skewed with a maximum near a value of <inline-formula><mml:math id="M201" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, while
that of <inline-formula><mml:math id="M202" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is negatively skewed with a maximum near <inline-formula><mml:math id="M203" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For
<inline-formula><mml:math id="M204" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the joint distribution is simply the product of the marginals. As
<inline-formula><mml:math id="M205" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, <inline-formula><mml:math id="M206" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M207" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> become positively correlated - although
the correlation is weak even for <inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.7</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for this set of parameter
values. At the value of <inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.95</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, while the correlation of the two
variables is only moderate, a strong nonlinear dependence is evident in the
concentration of the distribution around the curve given by Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E48"/>).</p>

<?xmltex \floatpos{p}?><table-wrap id="Ch1.T1" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{1}?><label>Table 1</label><caption><p id="d1e14176">Maximum likelihood parameter estimates for the wind speed data shown
in Figs. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>, <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>,
<xref ref-type="fig" rid="Ch1.F7"/>, and <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="5">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="4" colname="col4" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="5" colname="col5" align="left"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3">Sample</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">Bivariate Rice</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">Bivariate Weibull</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3">Size</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M210" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5"><inline-formula><mml:math id="M211" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4">(m s<inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, m s<inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, m s<inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, m s<inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, –, –)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(m s<inline-formula><mml:math id="M216" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, –, m s<inline-formula><mml:math id="M217" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, –, –)</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">500 hPa</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">(39, 54.75<inline-formula><mml:math id="M218" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1625</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(19.8, 10.5, 17.9, 11.3, 3.14, 0.71)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(25.6, 2.5, 24.5, 2.3, 0.0)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">(12, 15.75<inline-formula><mml:math id="M219" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> N)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1625</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(0.0, 4.8, 6.9, 6.2, 0.88, 0.79)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(6.8, 1.9, 11.0, 2.0, 0.62)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">(3<inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S,  0.75<inline-formula><mml:math id="M221" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> N)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1625</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(3.8, 3.1, 5.5, 3.5, 0.0, 0.75)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(5.8, 2.1, 7.6, 2.3, 0.85)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">(15,  45<inline-formula><mml:math id="M222" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1625</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(1.1, 4.2, 26.9, 11.0, 0.0, 0.15)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(6.0, 1.8, 32.7,  3.1, 0.23)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">500 hPa</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">0.5-day lag</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1625</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(19.4, 10.8, 19.4, 10.5, 0, 0.80)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(25.1, 2.2, 24.9, 2.3, 0.90)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">1.5-day lag</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1624</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(19.4, 10.9, 19.7, 10.4, 0, 0.40)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(25.5, 2.4, 25.4, 2.5, 0.62)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">3-day lag</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1623</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(19,3, 10.9, 19.4, 10.4, 0, 0.23)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(25.6, 2.5, 25.3, 2.6, 0.44)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">Cabauw</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">night</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1189</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(1.9, 1.9, 6.9, 3.7, 0.0, 0.85)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(3.1, 1.7, 8.9, 2.3, 0.92)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">night <inline-formula><mml:math id="M223" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">763</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(1.6, 1.2, 5.0, 4.0, 0.0, 0.83)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(2.3, 2.2, 7.6, 2.1, 0.90)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">night  <inline-formula><mml:math id="M224" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">427</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(3.5, 2.0, 9.4, 3.0, 0.0, 0.90)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(4.6, 2.2, 10.9, 3.6, 0.95)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">day</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">1060</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(3.2, 2.8, 3.6, 4.7, 0.12, 0.98)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(5.0, 2.3, 7.3, 2.1, 0.99)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">QuikSCAT</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">(6.5<inline-formula><mml:math id="M225" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 162<inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">321</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(7.2,1.5,6.7,1.7,1.27,0.48)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(8.0,5.4,7.6,4.8,0.35)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">(6.5<inline-formula><mml:math id="M227" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 152<inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">185</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(7.3, 1.5, 7.0,1.7,1.15,0.95)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(8.0,5.6,7.8,4.9,0.66)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"/>
         <oasis:entry colname="col2">(6.5<inline-formula><mml:math id="M229" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 142<inline-formula><mml:math id="M230" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">208</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">(7.1,1.6,7.2,1.6,0.60,0.80)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">(7.9,5.1,8.0,5.0,0.83)</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <label>3</label><title>Fits of bivariate Rice and Weibull distributions to observed wind speeds</title>
      <p id="d1e14801">Many wind datasets from different locations are available, and it is
impracticable to consider joint distributions of wind speeds from even a small fraction of
these. In this section, we will consider examples of the joint distribution
of wind speeds using data from a representative range of settings. Bivariate
distributions of wind speeds at both different locations in space and
different points in time will be considered. The sampling of the wind speeds
considered will be temporal (that is, individual samples will correspond to a
specific time for spatial joint pdfs and a specific pair of times for
temporal joint pdfs). Best-fit values of the parameters of the bivariate
Weibull and Rice distributions we present were obtained numerically as
maximum likelihood estimates (Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>), with
<inline-formula><mml:math id="M231" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> set to zero. Goodness-of-fit of the distributions was
assessed using a statistical test described in Appendix B. In order to
distinguish how well the parametric joint distributions model the marginal
distributions from how well they represent dependence between variables, the
goodness-of-fit analyses were repeated for each pair of time series with the
values of one of the pair shuffled in time. This shuffling destroys the
dependence structure without affecting the distributions of the marginals.
Use of a bivariate analysis rather than separate univariate goodness-of-fit
tests for the marginals allows direct comparisons of <inline-formula><mml:math id="M232" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values, as exactly
the same test is used for the original and shuffled data.</p>

      <?xmltex \floatpos{p}?><fig id="Ch1.F5" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{5}?><label>Figure 5</label><caption><p id="d1e14833">Joint distributions of 500 hPa DJF 00Z wind speeds at four
different pairs of latitudes along 216<inline-formula><mml:math id="M233" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W. Wind speeds at the two
latitudes quoted in the column headings are respectively denoted <inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M235" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(a–d)</bold> Scatterplots of wind speed data.
<bold>(e–h)</bold> Maximum likelihood bivariate Weibull pdfs (white contours)
and kernel density estimates of the observed joint pdf (colours). The
<inline-formula><mml:math id="M236" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-value of a goodness-of-fit test with the null hypothesis that the
observed wind speed data are drawn from the corresponding best-fit bivariate
Weibull distribution is given. The values in brackets are the <inline-formula><mml:math id="M237" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values
obtained when the dependence structure is eliminated by shuffling the values
of <inline-formula><mml:math id="M238" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in time. <bold>(i–l)</bold> As in the middle row, for the best-fit
bivariate Rice distribution. Values of the best-fit model parameters are
given in Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=369.885827pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f05.pdf"/>

      </fig>

<sec id="Ch1.S3.SS1">
  <label>3.1</label><?xmltex \opttitle{Wind speeds at 500\,hPa}?><title>Wind speeds at 500 hPa</title>
      <p id="d1e14918">We first consider the joint distribution of 00Z December, January, and
February 500 hPa wind speeds from 1979 to 2014. These data were taken from
the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) ERA-Interim
Reanalysis <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx10" id="paren.34"/>, subsampled to every second day to minimize
the effect of serial dependence on the goodness-of-fit test
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx26" id="paren.35"/>. The wind speed data were computed as the magnitude of
zonal and meridional components.</p>
      <p id="d1e14927">The joint distributions of wind speeds at four pairs of latitudes along
216<inline-formula><mml:math id="M239" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W are presented in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>. A
moderately strong negative correlation (<inline-formula><mml:math id="M240" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.55</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is evident between wind
speeds at (39<inline-formula><mml:math id="M241" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 216<inline-formula><mml:math id="M242" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) and (54.75<inline-formula><mml:math id="M243" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S,
216<inline-formula><mml:math id="M244" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>a). Because it is unable to
model a negative correlation between wind speeds, the best-fit bivariate
Weibull pdf differs substantially from the distribution of the observed winds
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>e). The goodness-of-fit test correspondingly
rejects the null hypothesis that the observations are drawn from this
distribution <inline-formula><mml:math id="M245" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In contrast, the bivariate Rice distribution provides a
reasonable model of the joint distribution of wind speeds at these two
locations (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>i) and the goodness-of-fit test
provides no evidence that these data are statistically incompatible with this
distribution <inline-formula><mml:math id="M246" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.31</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For wind speeds at these two locations, the
bivariate Rice distribution is evidently a better model than the bivariate
Weibull distribution.</p>
      <?pagebreak page344?><p id="d1e15031">In contrast, for wind speeds at (12<inline-formula><mml:math id="M247" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> N, 216<inline-formula><mml:math id="M248" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) and
(15.75<inline-formula><mml:math id="M249" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> N, 216<inline-formula><mml:math id="M250" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W), the null hypotheses of being drawn from
either the bivariate Rice or Weibull distributions are rejected at the 95 %
significance level for both distributions. These wind speeds are weakly
correlated (<inline-formula><mml:math id="M251" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.37</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) but show evidence of nonlinear dependence. The joint
pdf of the observed speeds is characterized by two ridges of high probability
extending to the right, upward and downward away from the region of maximum
probability (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>b, f, j). These ridges are not
captured by either of the best-fit bivariate Weibull or Rice distributions,
although a hint of this structure is evident in the Rice distribution. While
the fit of one or both of these parametric distributions to these observed
wind speed data may be sufficiently good for practical applications,
nevertheless we can confidently exclude the possibility that these data are
drawn from either distribution.</p>
      <p id="d1e15086">The wind speeds at (3<inline-formula><mml:math id="M252" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 216<inline-formula><mml:math id="M253" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) and (0.75<inline-formula><mml:math id="M254" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> N,
216<inline-formula><mml:math id="M255" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) are correlated (<inline-formula><mml:math id="M256" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.68</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and their scatter clusters
around a straight line extending away from the origin
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>c). Both the best-fit bivariate Weibull and
Rice distributions appear to the eye to be good fits to the data (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>g, k), and in neither case can the null hypothesis
be rejected that the data are drawn from these distributions. Only small
differences exist between the two best-fit distributions for these data.</p>
      <p id="d1e15142">Finally, the wind speeds at (15<inline-formula><mml:math id="M257" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 216<inline-formula><mml:math id="M258" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) and
(45<inline-formula><mml:math id="M259" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 216<inline-formula><mml:math id="M260" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) are uncorrelated <inline-formula><mml:math id="M261" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.06</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and fit
sufficiently well by both the bivariate Weibull and Rice distributions
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>d, h, l) that in neither case is the null
hypothesis rejected. As in the previous example, the bivariate best-fit Rice
and Weibull distributions are essentially indistinguishable for these data.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F6" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{6}?><label>Figure 6</label><caption><p id="d1e15202">The temporal dependence structure of 500 hPa DJF 00Z wind speeds at
(39<inline-formula><mml:math id="M262" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 216<inline-formula><mml:math id="M263" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) for lags <inline-formula><mml:math id="M264" display="inline"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M265" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 0.25 to 4 days, with
<inline-formula><mml:math id="M266" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M267" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(a–c)</bold> Scatterplots of
wind speeds separated by 0.5 days (first column), 1.5 days (second column),
and 3 days (third column). <bold>(e–g)</bold> Maximum likelihood bivariate
Weibull distribution (white contours) and kernel density estimate of the
joint pdf of the lagged data. The <inline-formula><mml:math id="M268" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-value of a goodness-of-fit test of the
bivariate Weibull fit is quoted in white. The values in brackets are the
<inline-formula><mml:math id="M269" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values obtained when the dependence structure is eliminated by shuffling
the values of <inline-formula><mml:math id="M270" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in time. <bold>(i–k)</bold> As in panels <bold>(e–g)</bold> for the bivariate Rice
distribution. Panels <bold>(d, h, l)</bold> show results at a range of different
time lags. <bold>(d)</bold> <inline-formula><mml:math id="M271" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values of bivariate goodness-of-fit tests for
bivariate Weibull (solid black) and bivariate Rice (solid red). The dashed
lines correspond to the <inline-formula><mml:math id="M272" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values for shuffled <inline-formula><mml:math id="M273" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The thin black curve
is the 0.95 significance level. <bold>(h)</bold> Best-fit estimate of the
parameter <inline-formula><mml:math id="M274" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the bivariate Weibull distribution. <bold>(l)</bold> Best-fit
estimates of <inline-formula><mml:math id="M275" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> (black) and <inline-formula><mml:math id="M276" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (blue) for the Rice distribution.
Values of the best-fit model parameters are given in
Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=355.659449pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f06.pdf"/>

        </fig>

      <p id="d1e15400">Considering the spatial correlation structure of these 500 hPa winds, we
find cases in which one distribution (the Rice) is evidently a better fit to
the data than the other (the Weibull), in which neither distribution provides
a statistically significant fit to the data, and in which both distributions
fit the data equally well. <inline-formula><mml:math id="M277" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values from the analyses with temporally
shuffled data, quoted in parentheses in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F5"/>, show
that for none of the four pairs of wind speeds considered can the null
hypotheses of univariate Weibull or univariate Rice distributions for
the pair of
marginals be rejected. This result indicates that for these data the
rejection of the full bivariate distributions occurs because of a failure to
adequately represent the dependence structure between the two random
variables.</p>
      <p id="d1e15412">The temporal dependence structure of the wind speed at (39<inline-formula><mml:math id="M278" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S,
216<inline-formula><mml:math id="M279" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) is illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>. As
with the previous calculations, the pairs of lagged wind speeds
<inline-formula><mml:math id="M280" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> were subsampled to 2-day resolution to minimize the
effect of serial dependence on the results of the goodness-of-fit tests. As
the lag increases, the value of the dependence parameter <inline-formula><mml:math id="M281" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> decreases as
expected for both the Weibull and Rice distributions
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>h, l). For most lags, the null hypothesis
of the Weibull distribution as a model for the joint distribution is rejected
(<inline-formula><mml:math id="M282" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.05</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>d). The rejection of the null
hypothesis of a bivariate Weibull distribution is most robust for lags
shorter than 3 days. In contrast, the null hypothesis of a bivariate Rice
distribution is rejected less often than it is not – although <inline-formula><mml:math id="M283" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.05</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for
more than one-third of the lags (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>d).
Inspection of the example distributions shown demonstrates that the bivariate
Weibull distributions are broader around their principal axis for small to
intermediate wind speeds in a way that is not consistent with observations
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>e–g). Such structures are not seen in
the best-fit Rice distributions (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>i–k).
Note that for lags of 0.5 and 1.5 days the observed distributions suggest a
flaring out of the joint distribution for large wind speeds that is accounted
for by neither the bivariate Weibull nor Rice distributions. There is good
evidence that these data were not drawn from a bivariate Weibull
distribution, and the evidence that they are drawn from a bivariate Rice
distribution is not strong. <inline-formula><mml:math id="M284" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values of fits obtained after shuffling of
the lagged wind speed time series (in brackets in
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>e–g, i–k and dashed lines in
Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F6"/>d) are generally larger than those of the
unshuffled data: with a few exceptions (e.g. a lag of 1.75 days), the
rejection of the null hypothesis of the full dataset being drawn from either
of the parametric distributions considered is not associated with a failure
to fit the marginals.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F7" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{7}?><label>Figure 7</label><caption><p id="d1e15531">Joint distribution of JAS wind speeds at 10 and 200 m measured at
Cabauw, NL. <bold>(a–d)</bold> Wind speed scatterplots. <bold>(e–h)</bold> Kernel
density estimate of the joint pdf of wind speeds (colour) and maximum
likelihood bivariate Weibull distribution (contours). The <inline-formula><mml:math id="M285" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-value of a
goodness-of-fit test of the bivariate Weibull distribution is quoted in white. The
values in brackets are the <inline-formula><mml:math id="M286" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values obtained when the dependence structure
is eliminated by shuffling the values of <inline-formula><mml:math id="M287" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">200</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in time.
<bold>(i–l)</bold> As in the middle row, but for the best-fit bivariate Rice
distribution (contours). <bold>(a, e, i)</bold> All nighttime data
(20:00–05:00 UTC). <bold>(b, f, j)</bold> Nighttime data conditioned on being
in regime <inline-formula><mml:math id="M288" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (very stable boundary layer). <bold>(c, g, k)</bold> Nighttime
data conditioned on being in regime <inline-formula><mml:math id="M289" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (weakly stable boundary layer).
<bold>(d, h, l)</bold> All daytime data (08:00–16:00 UTC). Values of the
best-fit model parameters are given in
Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=312.980315pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f07.pdf"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2">
  <label>3.2</label><?xmltex \opttitle{Wind speeds over land at 10\,m and 200\,m}?><title>Wind speeds over land at 10 m and 200 m</title>
      <?pagebreak page346?><p id="d1e15622">We next consider wind speeds at altitudes of 10 and 200 <inline-formula><mml:math id="M290" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> measured
from a 213 <inline-formula><mml:math id="M291" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> tower in Cabauw, Netherlands (51.971<inline-formula><mml:math id="M292" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> N,
4.927<inline-formula><mml:math id="M293" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> E), maintained by the Cabauw Experimental Site for
Atmospheric Research <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx37" id="paren.36"><named-content content-type="pre">CESAR;</named-content></xref> with 10 min
resolution from 1 January 2001 through 31 December 2012. We will focus on
data from July, August, and September (JAS), separated into daytime
(08:00–16:00 UTC) and nighttime (20:00–05:00 UTC) periods. These data
were subsampled in time to account for serial dependence. Only every 50th
point was used in the following analysis. A small number of zero wind speed
values were removed from the dataset.</p>
      <p id="d1e15664"><xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28 bib1.bibx29" id="text.37"/> demonstrated the existence of two distinct regimes of
the nocturnal boundary layer in these data, corresponding to the very and
weakly stratified boundary layers <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx19" id="paren.38"><named-content content-type="pre">vSBL and wSBL; e.g.</named-content></xref>.
These regimes, denoted respectively <inline-formula><mml:math id="M294" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M295" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, were separated in
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx29" id="text.39"/> using a two-state HMM. Conditioning the data on the HMM state,
the scatterplot of wind speeds at 10 and 200 m separates into two distinct
populations (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F7"/>a–c). The scatter of wind
speeds at these two altitudes shows no evident regime structure during the
day (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F7"/>d). In all cases, the wind speeds at the
two altitudes are highly correlated.</p>
      <p id="d1e15704">Maximum likelihood estimates of the bivariate Weibull and Rice distributions
for the full nighttime data show evident disagreement between the scatter of
the data and the best-fit distributions
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F7"/>e, i). Goodness-of-fit tests for both
distributions were rejected (with <inline-formula><mml:math id="M296" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in both cases). When conditioned on
being in either regime <inline-formula><mml:math id="M297" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M298" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, both the bivariate Rice and
Weibull distributions result in much better representations of the nighttime
data (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F7"/>f, g, j, k). In all cases the <inline-formula><mml:math id="M299" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values
exceed 0.05, so the fits cannot be rejected at the 95 % significance level.
While neither the bivariate Rice nor Weibull distributions is a good
probability model for the full joint distribution of wind speeds at these two
altitudes, both are reasonable models for the distributions conditioned by
regime occupation. Finally, the fits of neither the bivariate Rice
nor
Weibull distributions to the daytime data are statistically significant at
the 95 % significance level. In particular, the joint Rice distribution is
too broad (relative to observations) for small values of <inline-formula><mml:math id="M300" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M301" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">200</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and neither distribution is broad enough at higher wind speed
values. <inline-formula><mml:math id="M302" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values of fits with <inline-formula><mml:math id="M303" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">200</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> shuffled in time are all larger
than<?pagebreak page347?> those of fits to the original data; only for the Rice fit to the full
nighttime data is the shuffled <inline-formula><mml:math id="M304" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-value below 0.05. As seen in the previous
data considered, there is no systematic evidence that the failure of the
joint Weibull or Rice distributions to model the joint distributions of the
Cabauw data results from a failure to model the marginals.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F8" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{8}?><label>Figure 8</label><caption><p id="d1e15803">Joint distribution of DJF QuikSCAT wind speeds at (6.5<inline-formula><mml:math id="M305" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S,
135<inline-formula><mml:math id="M306" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W), denoted <inline-formula><mml:math id="M307" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and westward along a zonal transect to
165<inline-formula><mml:math id="M308" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W (denoted <inline-formula><mml:math id="M309" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). <bold>(a–c)</bold> Scatterplots of wind speed
at (6.5<inline-formula><mml:math id="M310" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 135<inline-formula><mml:math id="M311" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) and at the points (6.5<inline-formula><mml:math id="M312" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S,
162<inline-formula><mml:math id="M313" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W), (6.5<inline-formula><mml:math id="M314" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 152<inline-formula><mml:math id="M315" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W), and (6.5<inline-formula><mml:math id="M316" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S,
142<inline-formula><mml:math id="M317" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W). <bold>(e–g)</bold> Kernel density estimate of the joint pdf
(colour) as well as the maximum likelihood bivariate Weibull distribution
(white contours). The <inline-formula><mml:math id="M318" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-value of a goodness-of-fit test of the bivariate
Weibull distribution is quoted in white. The values in brackets are the
<inline-formula><mml:math id="M319" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values obtained when the dependence structure is eliminated by shuffling
the values of <inline-formula><mml:math id="M320" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in time. <bold>(i–k)</bold> As in panels <bold>(e–g)</bold>  but for the
bivariate Rice distribution. <bold>(d)</bold> <inline-formula><mml:math id="M321" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values of the bivariate
goodness-of-fit tests for the wind speeds along the transect, for the
bivariate Weibull distribution (solid black) and for the bivariate Rice
distribution (solid red). The dashed lines correspond to the <inline-formula><mml:math id="M322" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values for
shuffled <inline-formula><mml:math id="M323" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(h)</bold> Estimate of the parameter <inline-formula><mml:math id="M324" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> from the
best-fit bivariate Weibull distribution along the transect.
<bold>(l)</bold> Estimate of the parameters <inline-formula><mml:math id="M325" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> (black) and <inline-formula><mml:math id="M326" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (blue)
from the best-fit bivariate Rice distribution along the transect. Values of
the best-fit model parameters are given in
Table <xref ref-type="table" rid="Ch1.T1"/>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=369.885827pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f08.pdf"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS3">
  <label>3.3</label><title>Sea surface wind speeds</title>
      <p id="d1e16043">Twice-daily December, January, and February level 3.0 gridded SeaWinds
scatterometer equivalent neutral 10 <inline-formula><mml:math id="M327" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> wind speeds between
60<inline-formula><mml:math id="M328" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S and 60<inline-formula><mml:math id="M329" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> N at a resolution of
0.25<inline-formula><mml:math id="M330" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M331" display="inline"><mml:mo>×</mml:mo></mml:math></inline-formula> 0.25<inline-formula><mml:math id="M332" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> from the National Aeronautics and
Space Administration (NASA) Quick Scatterometer <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx32" id="paren.40"><named-content content-type="pre">QuickSCAT;</named-content></xref>
are available from December 1999 through February 2008. Data flagged as
having possibly been corrupted by rain were excluded from the following
analysis. Although the data are nominally twice-daily, it is often the case
that data for either the ascending or descending pass of the satellite are
missing. The maximum likelihood parameter estimates of bivariate wind speed
distributions and goodness-of-fit tests were carried out using every third
non-missing data point in order to minimize the effect of serial dependence.
For the goodness-of-fit tests <inline-formula><mml:math id="M333" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> quantiles were used because of the
relatively small sample sizes. Because of the near-polar orbit of the
satellite results, observations of wind speed at different locations are not
simultaneous. The joint distributions we consider therefore combine
dependence in both space and time.</p>
      <p id="d1e16115">Joint distributions of wind speed at (6.5<inline-formula><mml:math id="M334" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S, 135<inline-formula><mml:math id="M335" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W) with
speeds at points along a zonal transect to 165<inline-formula><mml:math id="M336" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W (in increments of
1<inline-formula><mml:math id="M337" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>) were estimated. As the distance between the two positions
increases, there is a decreasing trend in the best-fit bivariate Weibull
dependence parameter <inline-formula><mml:math id="M338" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>h) with some small
fluctuations likely due to sampling variability. The same is not true for the
best-fit bivariate Rice dependence parameter <inline-formula><mml:math id="M339" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which fluctuates wildly
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>l). Large fluctuations also seen in the
best-fit value of <inline-formula><mml:math id="M340" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are clearly correlated with those of <inline-formula><mml:math id="M341" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>:
where one parameter is anomalously large (relative to the spatial trend), the
other is anomalously small. Of the 30 pairs of points considered, the null
hypothesis of a bivariate Rice distribution is rejected (at the 95 %
significance level) at only one (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>d). In
contrast, <inline-formula><mml:math id="M342" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.05</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the bivariate Weibull distribution at several
longitudes, particularly close to the base point at (6.5<inline-formula><mml:math id="M343" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> S,
135<inline-formula><mml:math id="M344" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W). Inspection of the best-fit bivariate Weibull pdfs
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>e–g) shows that they are broader for smaller
wind<?pagebreak page348?> speeds than for larger values, a feature not evident in the best-fit
bivariate Rice distributions (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>i–k) or the
scatter of data (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>a–c). From these results, we
find only equivocal evidence that the pairs of wind speed data along this
zonal transect are drawn from a bivariate Weibull distribution and no strong
evidence to reject the null hypothesis that they are drawn from a bivariate
Rice distribution. Again, the <inline-formula><mml:math id="M345" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-values of fits to temporally shuffled wind
speeds are generally similar to or larger than those of fits to the full
distribution. The bivariate Rice distribution with the wind speed at
142<inline-formula><mml:math id="M346" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> W (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>k) illustrates a rare
example in which the parametric fit to the original data passed the
goodness-of-fit test at the 5 % significance level while the fit to the
shuffled data did not; it is evident from Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F8"/>d that
this situation is not common. The surface wind vector components in the
tropics are known to be non-Gaussian <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx24" id="paren.41"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>, so we have a
priori reasons to believe the joint distribution should not be Ricean. The
fact that the data do not generally allow for a rejection of the null
hypothesis that the winds are bivariate Rice (for either the original or
shuffled datasets) is likely a consequence of the relatively small sample
size.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F9" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{9}?><label>Figure 9</label><caption><p id="d1e16257"><bold>(a–c)</bold> Estimates of <inline-formula><mml:math id="M347" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M348" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from
50 realizations of bivariate Ricean variables with
<inline-formula><mml:math id="M349" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for each of the sample sizes <inline-formula><mml:math id="M350" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">250</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1250</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
and 9000. The open circles correspond to estimates with
<inline-formula><mml:math id="M351" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.99</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, while the stars are estimates with
<inline-formula><mml:math id="M352" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.99</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(d–f)</bold> Contours of bivariate
Rice pdfs corresponding to 10 of the 50 best-fit parameter estimates
(randomly chosen). The contour values are the same for all pdfs within each
subplot. <bold>(g–i)</bold> Scatterplot of the sample correlation coefficient
between the two Ricean variables and the correlation coefficient given by the
approximate expression Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>). The 1 : 1 line is
given in solid black. The open circles and stars are as in the upper row.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=369.885827pt}?><graphic xlink:href="https://npg.copernicus.org/articles/25/335/2018/npg-25-335-2018-f09.pdf"/>

        </fig>

      <?pagebreak page349?><p id="d1e16469">The large variations in best-fit estimates of <inline-formula><mml:math id="M353" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M354" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the
bivariate Rice distribution result from the fact that for some parameter
values the distribution is only weakly sensitive to simultaneous changes in
these parameters: increases in <inline-formula><mml:math id="M355" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be offset by decreases in
<inline-formula><mml:math id="M356" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with only small changes to the joint distribution. To demonstrate
this weak sensitivity, 50 realizations of bivariate Ricean variables with
<inline-formula><mml:math id="M357" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> were generated for each of the sample sizes of
<inline-formula><mml:math id="M358" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">250</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M359" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">1500</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M360" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">9000</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Maximum likelihood estimates of these
parameters obtained from these realizations demonstrate that for the smaller
samples <inline-formula><mml:math id="M361" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M362" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> show strong and correlated sampling
variability, with large increases in <inline-formula><mml:math id="M363" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> combined with large decreases in
<inline-formula><mml:math id="M364" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>a). As expected, these
sampling fluctuations become smaller as the sample size increases(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>b, c). Despite
the large variation of <inline-formula><mml:math id="M365" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M366" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for small to intermediate sample
sizes, there is relatively little variation in the structure of the
corresponding bivariate Rice distributions
(Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>d–f).</p>
      <p id="d1e16685">An indication of why increases in <inline-formula><mml:math id="M367" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> should counterbalance decreases in
<inline-formula><mml:math id="M368" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with only small effects on the joint distribution is given by the
approximate expression for the correlation coefficient, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>). The value of this approximation is unaffected by
changes in <inline-formula><mml:math id="M369" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M370" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> that leave the numerator invariant. The
compensation between sampling variations in <inline-formula><mml:math id="M371" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M372" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is evident
the fact that <inline-formula><mml:math id="M373" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> given by Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>) is an excellent approximation to the sample
correlation coefficient even for estimates of <inline-formula><mml:math id="M374" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M375" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> which are
far away from the population values (Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F9"/>g–i). Note that there is no evident
relationship between sampling fluctuations in <inline-formula><mml:math id="M376" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">corr</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
those of <inline-formula><mml:math id="M377" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M378" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula>: the range of sample correlation values for
<inline-formula><mml:math id="M379" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> near the population values of (0.5,1) (open circles) is the
same as that for values of <inline-formula><mml:math id="M380" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> far from these values (stars).
In these parameter ranges, the dependence between <inline-formula><mml:math id="M381" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M382" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
constrains <inline-formula><mml:math id="M383" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M384" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> not individually, but together – over large
ranges of values for sufficiently small sample sizes.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S4" sec-type="conclusions">
  <label>4</label><title>Conclusions</title>
      <p id="d1e16906">This study has considered two idealized probability models for the joint
distribution of wind speeds, both derived from models for the joint
distribution of the horizontal wind components. The first, the bivariate Rice
distribution, follows from assuming that the wind vector components are
bivariate Gaussian with an idealized covariance structure. The second, the
bivariate Weibull distribution, arises from nonlinear transformations of
variables with a bivariate Rice distribution in the limit that the mean
vector winds vanish (the bivariate Rayleigh distribution). While the
bivariate Rice distribution has the advantage of being more flexible and
naturally related to a simplified model for the joint distribution of the
wind components, the bivariate Weibull distribution is mathematically much
simpler and easier to work with. Through consideration of a range of joint
distributions of observed<?pagebreak page350?> wind speeds (over land and over the ocean; at the
surface and aloft; in space and in time) the bivariate Rice distribution was
shown to generally model the observations better than the bivariate Weibull
distribution. However, in many circumstances the differences between the two
distributions are small and the convenience of the bivariate Weibull
distribution relative to the bivariate Rice distribution is a factor which
may motivate its use.</p>
      <p id="d1e16909">The fact that the bivariate Rice distribution is easier to work with, but
less flexible, than the bivariate Weibull distribution is evident from
inspection of their analytic forms and the relative number of parameters to
fit (five vs. six). If the bivariate Weibull distribution was generically
appropriate for modelling the bivariate wind speed distribution, there would
be no need to consider more complicated models such as the bivariate Rice.
This study provides an empirical assessment of the relative practical utility
of the two models, trading off the ability to model more general dependence
structures (e.g. negatively correlated speeds) against model simplicity.
Neither the univariate nor the bivariate Weibull or Rice distributions are
expected to represent the true distributions of wind speeds
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx7" id="paren.42"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>. The results of this analysis characterize the
practical utility of these models, rather than making a claim to their
“truth”. It is noteworthy that for the data considered in this study, the
failure of either the bivariate Rice or Weibull distributions to adequately
fit the joint distribution of wind speeds (at a significance level of
5 %) is not generally associated with a corresponding failure of the
parametric distribution to model the marginals. An interesting direction of
future study would be consideration of other parametric models for the joint
distribution of non-negative quantities, such as the <inline-formula><mml:math id="M385" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula>-<inline-formula><mml:math id="M386" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>
distribution <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx45" id="paren.43"/>, copula-based models <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx35" id="paren.44"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>, or
distributions obtained through nonlinear transformations of multivariate
Gaussians <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="paren.45"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>.</p>
      <p id="d1e16945">Many of the assumptions that have been made regarding the distribution of the
wind components are known not to hold in various settings. For example, the
vector wind components are generally not Gaussian, either aloft or at the
surface <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx24 bib1.bibx18 bib1.bibx31" id="paren.46"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>, and fluctuations will not
generally be isotropic <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx20" id="paren.47"><named-content content-type="pre">especially over land; cf.</named-content></xref>.
Furthermore, when used to model temporal dependence the assumed correlation
structure cannot account for the anisotropy in autocorrelation of orthogonal
components in either space <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4" id="paren.48"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref> or time
<xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx26" id="paren.49"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>. Relaxing the assumptions regarding isotropy of
correlation structure results in expressions for the joint speed
distributions involving integrals over angle which are not analytically tractable.</p>
      <p id="d1e16968"><?xmltex \hack{\newpage}?>While it is possible to relax the assumption of Gaussian components for
univariate speed distribution <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx24 bib1.bibx11" id="paren.50"><named-content content-type="pre">e.g.</named-content></xref>, extending
this analysis to the bivariate case would involve specifying a non-Gaussian
dependence structure for the components. At present, there is no physically
based model for such dependence. Without any such physical justification, the
only option is an empirical investigation of the ability of different copula
models to represent observed joint wind speed distributions. It is unlikely
that a copula-based model for dependence of components will admit
analytically tractable expressions for joint speed distributions. A
copula-based analysis of either the components or the speeds directly is also
likely necessary for modelling extreme wind speeds (either large percentiles,
peaks over threshold, or block maxima), as the tails of the bivariate Rice
and Weibull distributions may not be adequate for this task. Finally,
extending the approach used in this study to obtain explicit closed-form
results for the bivariate wind speed distribution to a higher-dimensional
multivariate setting – of wind speeds alone, or of a mixture of wind speeds
and other meteorological quantities – will be analytically intractable for
any except the simplest (and likely unrealistic) covariance structures. It
may not be practical to extend the program of obtaining closed-form
expressions for joint speed distributions from models of the component
distributions much further beyond the bivariate Rice and Weibull speed
distributions considered in this study.</p>
      <p id="d1e16978">Ultimately, it would be best for models of the joint distribution of wind
speeds to arise from physically based (if still idealized) models, as has
been done for the univariate case in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23" id="text.51"/> and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx28" id="text.52"/>.
The development of such models represents an interesting direction of future
study.</p>
</sec>

      
      </body>
    <back><notes notes-type="dataavailability"><title>Data availability</title>

      <p id="d1e16991">The ERA-Interim 500 hPa zonal and meridional wind
components were obtained from the European Centre for Medium-Range Weather
Forecasts at
<uri>http://www.ecmwf.int/en/research/climate-reanalysis/era-interim</uri> (last
access: 17 November 2015). The Cabauw tower data were downloaded from the
Cabauw Experimental Site for Atmospheric Research (CESAR) at
<uri>http://www.cesar-database.nl/</uri> (last access: 13 June 2014). The
Level 3.0 QuickSCAT data were downloaded from the NASA Jet Propulsion
Laboratory Physical Oceanography Distributed Active Archive Center
(<uri>http://podaac.jpl.nasa.gov/dataset/QSCAT_LEVEL_3_V2</uri>, last access:
18 February 2010).</p>
  </notes><?xmltex \hack{\clearpage}?><app-group>

<?pagebreak page351?><app id="App1.Ch1.S1">
  <label>Appendix A</label><title>Numerical computation of bivariate Rice pdf</title>
      <p id="d1e17014">Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>) is difficult to evaluate numerically
when the arguments of the Bessel functions become large. We have found that a
computationally more stable result is obtained when this equation is
expressed in the form
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E54" content-type="numbered"><label>A1</label><mml:math id="M387" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>exp⁡</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M388" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">‾</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ψ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E55"><mml:mtd><mml:mtext>A2</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mi>cosh⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          with

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M389" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E56"><mml:mtd><mml:mtext>A3</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E57"><mml:mtd><mml:mtext>A4</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E58"><mml:mtd><mml:mtext>A5</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          and the integral is evaluated numerically. Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E54"/>) is obtained from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E26"/>) using the fact that
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E59" content-type="numbered"><label>A6</label><mml:math id="M390" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        (which follows from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E33"/>) and use of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>). When <inline-formula><mml:math id="M391" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> becomes large,
numerical evaluations of the Bessel function in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E54"/>) become unreliable. For the
present computations using Matlab, values of Inf occur in such cases. This
problem was not solved by using the approximation Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E10"/>) when the argument of the Bessel function is
large, as this approximation is not sufficiently accurate.</p><?xmltex \hack{\newpage}?>
</app>

<app id="App1.Ch1.S2">
  <label>Appendix B</label><title>Bivariate goodness-of-fit test</title>
      <p id="d1e17709">Goodness-of-fit of the bivariate distributions considered was assessed as
follows. For the speed dataset <inline-formula><mml:math id="M392" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M393" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M394" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, evenly
spaced quantiles <inline-formula><mml:math id="M395" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M396" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the marginals are
estimated. The quantiles <inline-formula><mml:math id="M397" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M398" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are estimated
respectively as 0.9 times the smallest observed value and 1.1 times the
largest observed value. The number of pairs of observations falling
simultaneously into all pairs of quantiles are computed:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M399" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S2.E60"><mml:mtd><mml:mtext>B1</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mtext mathvariant="bold">1</mml:mtext><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>∩</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math id="M400" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">1</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the indicator function. The pdf with
maximum likelihood parameters <inline-formula><mml:math id="M401" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is then integrated to obtain the
expected number of observations in these intervals
          <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E61" content-type="numbered"><label>B2</label><mml:math id="M402" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        and the test statistic <inline-formula><mml:math id="M403" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> is computed:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E62" content-type="numbered"><label>B3</label><mml:math id="M404" display="block"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        Any elements <inline-formula><mml:math id="M405" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> which take the value of Inf (because of numerical
difficulties in evaluating the Bessel function for large arguments; cf.
Appendix A) are excluded from the calculation of the test statistic <inline-formula><mml:math id="M406" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e18229">After computation of <inline-formula><mml:math id="M407" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> from the observations, an ensemble of <inline-formula><mml:math id="M408" display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> random
realizations of length <inline-formula><mml:math id="M409" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> from <inline-formula><mml:math id="M410" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is generated and the
corresponding <inline-formula><mml:math id="M411" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M412" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values of the test statistic
are generated in the manner described above. The <inline-formula><mml:math id="M413" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>-value of the null
hypothesis that the observations are drawn from the specified distribution is
finally computed as the fraction of <inline-formula><mml:math id="M414" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values falling above <inline-formula><mml:math id="M415" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula>.
Throughout this analysis, we use <inline-formula><mml:math id="M416" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">20</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M417" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">250</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (unless otherwise
noted). This goodness-of-fit test assumes independence of the random draws
<inline-formula><mml:math id="M418" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M419" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. To minimize the effect of
serial dependence in data, in this study we subsample the datasets considered
with a sampling interval sufficiently large to balance reducing serial
dependence with maintaining sample size.</p>
      <p id="d1e18433">A second goodness-of-fit test proposed by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21" id="text.53"/> was also
considered, but the statistical power was found to be lower than the test
described above for the distributions considered in this study.</p><?xmltex \hack{\clearpage}?>
</app>
  </app-group><notes notes-type="competinginterests"><title>Competing interests</title>

      <p id="d1e18444">The author declares that he has no conflict of interest.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgements</title><p id="d1e18450">This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Research
Council of Canada. The author gratefully acknowledges the provision of the
500 hPa data by the ECMWF, the tower data by the Cabauw Experimental Site for
Atmospheric Research (CESAR), and the sea surface wind data by the NASA Jet
Propulsion Laboratory Physical Oceanography Distributed Active Archive
Center. The author acknowledges helpful comments on the manuscript from
Carsten Abraham, Arlan Dirkson, Nikolaos Sagias, and two anonymous reviewers.<?xmltex \hack{\newline}?><?xmltex \hack{\newline}?>
Edited by: Stefano Pierini<?xmltex \hack{\newline}?>
Reviewed by: Nikolaos Sagias and two anonymous referees</p></ack><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bibx1"><label>Battjes(1969)</label><mixed-citation>Battjes, J.: Facts and figures pertaining to the bivariate Rayleigh
distribution, Tech. rep., TU Delft, available at:
<uri>http://repository.tudelft.nl/view/ir/uuid:034075a7-d837-42d4-9f61-48c4bf9502e6/</uri>
(last access: 7 September 2015), 1969.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx2"><label>Brown et al.(1984)Brown, Katz, and Murphy</label><mixed-citation>
Brown, B. G., Katz, R. W., and Murphy, A. H.: Time series models to simulate
and forecast wind speed and wind power, J. Clim. Appl. Meteorol., 23,
1184–1195, 1984.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx3"><label>Brown and Swail(1988)</label><mixed-citation>
Brown, R. and Swail, V.: Spatial correlation of marine wind-speed observations,
Atmos. Ocean, 26, 524–540, 1988.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx4"><label>Buell(1960)</label><mixed-citation>
Buell, C. E.: The structure of two-point wind correlations in the atmosphere,
J. Geophys. Res., 45, 3353–3366, 1960.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx5"><label>Cakmur et al.(2004)Cakmur, Miller, and Torres</label><mixed-citation>Cakmur, R., Miller, R., and Torres, O.: Incorporating the effect of small-scale
circulations upon dust emission in an atmospheric general circulation model,
J. Geophys. Res., 109, D07201, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1029/2003JD004067" ext-link-type="DOI">10.1029/2003JD004067</ext-link>, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx6"><label>Carlin and Haslett(1982)</label><mixed-citation>
Carlin, J. and Haslett, J.: The probability distribution of wind power from a
dispersed array of wind turbine generators, J. Appl. Meteorol., 21, 303–313,
1982.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx7"><?xmltex \def\ref@label{{Carta et~al.(2009)Carta, Ram\'{i}rez, and Vel\'{a}zquez}}?><label>Carta et al.(2009)Carta, Ramírez, and Velázquez</label><mixed-citation>
Carta, J., Ramírez, P., and Velázquez, S.: A review of wind speed
probability distributions used in wind energy analysis. Case studies in the
Canary Islands, Renew. Sust. Energ. Rev., 13, 933–955, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx8"><label>Crowder(1989)</label><mixed-citation>
Crowder, M.: A multivariate distribution with Weibull connections, J. Roy.
Stat. Soc., 51, 93–107, 1989.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx9"><label>Culver and Monahan(2013)</label><mixed-citation>
Culver, A. M. and Monahan, A. H.: The statistical preditability of surface
winds over Western and Central Canada., J. Climate, 26, 8305–8322, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx10"><?xmltex \def\ref@label{{Dee et~al.(2011)Dee, Uppala, Simmons, Berrisford, Poli, Kobayashi,
Andrae, Balmaseda, Galsamo, Bauer, Bechtold, Beljaars, van~de Bert, Bidlot,
Bormann, Delsol, Dragani, Fuentes, Geer, Haimberger, Healy, Hersbach,
{H\'{o}lm}, Isaksen, {K\r{a}llberg}, K{\"{o}}hler, Matricardi, McNally,
Monge-Sanz, Morcrette, Park, Peubey, de~Rosnay, Tavolato, Th{\'{e}}paut, and
Vitart}}?><label>Dee et al.(2011)Dee, Uppala, Simmons, Berrisford, Poli, Kobayashi,
Andrae, Balmaseda, Galsamo, Bauer, Bechtold, Beljaars, van de Bert, Bidlot,
Bormann, Delsol, Dragani, Fuentes, Geer, Haimberger, Healy, Hersbach,
Hólm, Isaksen, Kållberg, Köhler, Matricardi, McNally,
Monge-Sanz, Morcrette, Park, Peubey, de Rosnay, Tavolato, Thépaut, and
Vitart</label><mixed-citation>
Dee, D., Uppala, S., Simmons, A., Berrisford, P., Poli, P., Kobayashi, S.,
Andrae, U., Balmaseda, M., Galsamo, G., Bauer, P., Bechtold, P., Beljaars,
A., van de Bert, L., Bidlot, J., Bormann, N., Delsol, C., Dragani, R.,
Fuentes, M., Geer, A., Haimberger, L., Healy, S., Hersbach, H., Hólm,
E., Isaksen, L., Kållberg, P., Köhler, M., Matricardi, M.,
McNally, A., Monge-Sanz, B., Morcrette, J.-J., Park, B.-K., Peubey, C.,
de Rosnay, P., Tavolato, C., Thépaut, J.-N., and Vitart, F.: The
ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data
assimilation system, Q. J. Roy. Meteor. Soc., 137, 553–597, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx11"><label>Drobinski et al.(2015)Drobinski, Coulais, and Jourdier</label><mixed-citation>
Drobinski, P., Coulais, C., and Jourdier, B.: Surface wind-speed statistics
modelling: Alternatives to the Weibull distribution and performance
evaluation, Bound.-Lay. Meteorol., 157, 97–123, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx12"><label>Gille(2005)</label><mixed-citation>
Gille, S. T.: Statistical characterisation of zonal and meridional ocean wind
stress, J. Atmos. Ocean. Tech., 22, 1353–1372, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx13"><label>Gradshteyn and Ryzhik(2000)</label><mixed-citation>
Gradshteyn, I. and Ryzhik, I.: Table of Integrals, Series, and Products, 6th edn.,
Academic Press, San Diego, USA, 2000.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx14"><label>Grothe and Schnieders(2011)</label><mixed-citation>
Grothe, O. and Schnieders, J.: Spatial dependence in wind and optimal wind
power allocation: A copula-based analysis, Energ. Policy, 39, 4742–4754,
2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx15"><label>Kotz et al.(2000)Kotz, Balakrishnan, and Johnson</label><mixed-citation>
Kotz, S., Balakrishnan, N., and Johnson, N. L.: Continuous Multivariate
Distributions, vol. 1, Wiley, New York, USA, 2000.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx16"><label>Louie(2012)</label><mixed-citation>Louie, H.: Evaluating Archimedean copula models of wind speed for wind
power modeling, in: IEEE PES Power Africa, 9–13 July 2012, Johannesburg,
South Africa, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1109/PowerAfrica.2012.6498610" ext-link-type="DOI">10.1109/PowerAfrica.2012.6498610</ext-link>, 2012.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx17"><label>Lu and Bhattacharyya(1990)</label><mixed-citation>
Lu, J.-C. and Bhattacharyya, G. K.: Some new constructions of bivariate
Weibull models, Ann. Inst. Statist. Math., 42, 543–559, 1990.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx18"><label>Luxford and Woollings(2012)</label><mixed-citation>
Luxford, F. and Woollings, T.: A simple kinematic source of skewness in
atmospheric flow fields, J. Atmos. Sci., 69, 578–590, 2012.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx19"><label>Mahrt(2014)</label><mixed-citation>
Mahrt, L.: Stably stratified atmospheric boundary layers, Annu. Rev. Fluid
Mech., 46, 23–45, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx20"><label>Mao and Monahan(2017)</label><mixed-citation>
Mao, Y. and Monahan, A.: Predictive anisotropy of surface winds by linear
statistical prediction, J. Climate, 30, 6183–6201, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx21"><label>McAssey(2013)</label><mixed-citation>
McAssey, M. P.: An empirical goodness-of-fit test for multivariate
distributions, J. Appl. Stat., 40, 1120–1131, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx22"><label>Mendes and Yacoub(2007)</label><mixed-citation>
Mendes, J. R. and Yacoub, M. D.: A general bivariate Ricean model and its
statistcs, IEEE T. Veh. Technol., 56, 404–415, 2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx23"><label>Monahan(2006)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: The probability distribution of sea surface wind speeds.
Part I: Theory and SeaWinds observations, J. Climate, 19, 497–520, 2006.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx24"><label>Monahan(2007)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: Empirical models of the probability distribution of sea surface
wind speeds, J. Climate, 20, 5798–5814, 2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx25"><label>Monahan(2012a)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: Can we see the wind? Statistical downscaling of historical sea
surface winds in the Northeast Subarctic Pacific, J. Climate, 25,
1511–1528, 2012a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx26"><label>Monahan(2012b)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: The temporal autocorrelation structure of sea surface winds, J.
Climate, 25, 6684–6700, 2012b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx27"><label>Monahan(2014)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: Wind Speed Probability Distribution, in: Encyclopedia of
Natural Resources, edited by: Wang, Y., 1084–1088, CRC Press, Boca Raton,
USA, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx28"><label>Monahan et al.(2011)Monahan, He, McFarlane, and Dai</label><mixed-citation>
Monahan, A. H., He, Y., McFarlane, N., and Dai, A.: The probability
distribution of land surface wind speeds, J. Climate, 24, 3892–3909, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx29"><label>Monahan et al.(2015)Monahan, Rees, He, and McFarlane</label><mixed-citation>
Monahan, A. H., Rees, T., He, Y., and McFarlane, N.: Multiple regimes of wind,
stratification, and turbulence in the stable boundary layer, J. Atmos. Sci.,
72, 3178–3198, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx30"><label>Nastrom and Gage(1985)</label><mixed-citation>
Nastrom, G. and Gage, K.: A climatology of atmospheric wavenumber spectra of
wind and temperature observed by commercial aircraft, J. Atmos. Sci., 42,
950–960, 1985.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx31"><label>Perron and Sura(2013)</label><mixed-citation>
Perron, M. and Sura, P.: Climatology of non-Gaussian atmospheric statistics,
J. Climate, 26, 1063–1083, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx32"><label>Perry(2001)</label><mixed-citation>
Perry, K.: SeaWinds on QuikSCAT Level 3 daily, gridded ocean wind vectors (JPL
SeaWinds Project), Tech. Rep. Version 1.1, JPL Document D-20335, California
Institute of Technology, Pasadena, CA, USA, 2001.</mixed-citation></ref>
      <?pagebreak page353?><ref id="bib1.bibx33"><label>Sagias and Karagiannidis(2005)</label><mixed-citation>
Sagias, N. C. and Karagiannidis, G. K.: Gaussian class multivariate Weibull
distributions: Theory and applications in fading channels, IEEE T. Inform.
Theory, 51, 3608–3619, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx34"><label>Schlax et al.(2001)Schlax, Chelton, and Freilich</label><mixed-citation>
Schlax, M. G., Chelton, D. B., and Freilich, M. H.: Sampling errors in wind
fields constructed from single and tandem scatterometer datasets, J. Atmos.
Ocean. Tech., 18, 1014–1036, 2001.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx35"><?xmltex \def\ref@label{{Schl\"{o}zel and Friederichs(2008)}}?><label>Schlözel and Friederichs(2008)</label><mixed-citation>Schölzel, C. and Friederichs, P.: Multivariate non-normally distributed
random variables in climate research – introduction to the copula approach,
Nonlin. Processes Geophys., 15, 761–772,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/npg-15-761-2008" ext-link-type="DOI">10.5194/npg-15-761-2008</ext-link>, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx36"><label>Sun and Monahan(2013)</label><mixed-citation>
Sun, C. and Monahan, A. H.: Statistical downscaling prediction of sea surface
winds over the global ocean, J. Climate, 26, 7938–7956, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx37"><label>van Ulden and Wieringa(1996)</label><mixed-citation>
van Ulden, A. and Wieringa, J.: Atmospheric boundary layer research at
Cabauw, Bound.-Lay. Meteorol., 78, 39–69, 1996.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx38"><label>Veeramachaneni et al.(2015)Veeramachaneni, Cuesta-Infante, and
O'Reilly</label><mixed-citation>Veeramachaneni, K., Cuesta-Infante, A., and O'Reilly, U.-M.: Copula
graphical models for wind resource estimation, in: Proceedings of the 24th
International Conference on Artificial Intelligence, 25–31 July 2015, Buenos
Aires, Argentina, 2646–2654, 2015.
 </mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bibx39"><?xmltex \def\ref@label{{Villanueva et~al.(2013)Villanueva, Feij\'{o}o, and Pazos}}?><label>Villanueva et al.(2013)Villanueva, Feijóo, and Pazos</label><mixed-citation>
Villanueva, D., Feijóo, A., and Pazos, J.: Multivariate Weibull
distribution for wind speed and wind power behaviour assessment, Resources,
2, 370–384, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx40"><label>von Storch and Zwiers(1999)</label><mixed-citation>
von Storch, H. and Zwiers, F. W.: Statistical Analysis in Climate Research,
Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1999.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx41"><label>Watson(1922)</label><mixed-citation>
Watson, G.: A Treatise on the Theory of Bessel Functions, Cambridge University
Press, Cambridge, UK, 1922.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx42"><label>Wilks(2005)</label><mixed-citation>
Wilks, D. S.: Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, Academic
Press, Burlington, MA, USA, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx43"><label>Wylie et al.(1985)Wylie, Hinton, Howland, and Lord</label><mixed-citation>
Wylie, D. P., Hinton, B. B., Howland, M. R., and Lord, R. J.: Autocorrelation
of wind observations, Mon. Weather Rev., 113, 849–857, 1985.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx44"><label>Xu et al.(2011)Xu, Fu, and Tulloch</label><mixed-citation>
Xu, Y., Fu, L.-L., and Tulloch, R.: The global characteristics of the
wavenumber spectrum of ocean surface wind, J. Phys. Oceanogr., 41,
1576–1582, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx45"><label>Yacoub(2007)</label><mixed-citation>Yacoub, M. D.: The <inline-formula><mml:math id="M420" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula>-<inline-formula><mml:math id="M421" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> distribution: A physical fading model for
the Stacy distribution, IEEE T. Veh. Technol., 56, 27–34, 2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx46"><label>Yacoub et al.(2005)Yacoub, da Costa, Dias, and
Fraidenraich</label><mixed-citation>
Yacoub, M. D., da Costa, D. B., Dias, U. S., and Fraidenraich, G.: Joint
statistics for two correlated Weibull variates, IEEE Antenn.
Wirel. Pr., 4, 129–132, 2005.</mixed-citation></ref>

  </ref-list></back>
    <!--<article-title-html>Idealized models of the joint probability distribution of wind speeds</article-title-html>
<abstract-html><p>The joint probability distribution of wind speeds at two separate
locations in space or points in time completely characterizes the statistical
dependence of these two quantities, providing more information than linear
measures such as correlation. In this study, we consider two models of the
joint distribution of wind speeds obtained from idealized models of the
dependence structure of the horizontal wind velocity components. The
bivariate Rice distribution follows from assuming that the wind components
have Gaussian and isotropic fluctuations. The bivariate Weibull distribution
arises from power law transformations of wind speeds corresponding to vector
components with Gaussian, isotropic, mean-zero variability. Maximum
likelihood estimates of these distributions are compared using wind speed
data from the mid-troposphere, from different altitudes at the Cabauw tower
in the Netherlands, and from scatterometer observations over the sea surface.
While the bivariate Rice distribution is more flexible and can represent a
broader class of dependence structures, the bivariate Weibull distribution is
mathematically simpler and may be more convenient in many applications. The
complexity of the mathematical expressions obtained for the joint
distributions suggests that the development of explicit functional forms for
multivariate speed distributions from distributions of the components will
not be practical for more complicated dependence structure or more than two
speed variables.</p></abstract-html>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>Battjes(1969)</label><mixed-citation>
Battjes, J.: Facts and figures pertaining to the bivariate Rayleigh
distribution, Tech. rep., TU Delft, available at:
<a href="http://repository.tudelft.nl/view/ir/uuid:034075a7-d837-42d4-9f61-48c4bf9502e6/" target="_blank">http://repository.tudelft.nl/view/ir/uuid:034075a7-d837-42d4-9f61-48c4bf9502e6/</a>
(last access: 7 September 2015), 1969.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>Brown et al.(1984)Brown, Katz, and Murphy</label><mixed-citation>
Brown, B. G., Katz, R. W., and Murphy, A. H.: Time series models to simulate
and forecast wind speed and wind power, J. Clim. Appl. Meteorol., 23,
1184–1195, 1984.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>Brown and Swail(1988)</label><mixed-citation>
Brown, R. and Swail, V.: Spatial correlation of marine wind-speed observations,
Atmos. Ocean, 26, 524–540, 1988.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>Buell(1960)</label><mixed-citation>
Buell, C. E.: The structure of two-point wind correlations in the atmosphere,
J. Geophys. Res., 45, 3353–3366, 1960.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>Cakmur et al.(2004)Cakmur, Miller, and Torres</label><mixed-citation>
Cakmur, R., Miller, R., and Torres, O.: Incorporating the effect of small-scale
circulations upon dust emission in an atmospheric general circulation model,
J. Geophys. Res., 109, D07201, <a href="https://doi.org/10.1029/2003JD004067" target="_blank">https://doi.org/10.1029/2003JD004067</a>, 2004.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>Carlin and Haslett(1982)</label><mixed-citation>
Carlin, J. and Haslett, J.: The probability distribution of wind power from a
dispersed array of wind turbine generators, J. Appl. Meteorol., 21, 303–313,
1982.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>Carta et al.(2009)Carta, Ramírez, and Velázquez</label><mixed-citation>
Carta, J., Ramírez, P., and Velázquez, S.: A review of wind speed
probability distributions used in wind energy analysis. Case studies in the
Canary Islands, Renew. Sust. Energ. Rev., 13, 933–955, 2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>Crowder(1989)</label><mixed-citation>
Crowder, M.: A multivariate distribution with Weibull connections, J. Roy.
Stat. Soc., 51, 93–107, 1989.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>Culver and Monahan(2013)</label><mixed-citation>
Culver, A. M. and Monahan, A. H.: The statistical preditability of surface
winds over Western and Central Canada., J. Climate, 26, 8305–8322, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>Dee et al.(2011)Dee, Uppala, Simmons, Berrisford, Poli, Kobayashi,
Andrae, Balmaseda, Galsamo, Bauer, Bechtold, Beljaars, van de Bert, Bidlot,
Bormann, Delsol, Dragani, Fuentes, Geer, Haimberger, Healy, Hersbach,
Hólm, Isaksen, Kållberg, Köhler, Matricardi, McNally,
Monge-Sanz, Morcrette, Park, Peubey, de Rosnay, Tavolato, Thépaut, and
Vitart</label><mixed-citation>
Dee, D., Uppala, S., Simmons, A., Berrisford, P., Poli, P., Kobayashi, S.,
Andrae, U., Balmaseda, M., Galsamo, G., Bauer, P., Bechtold, P., Beljaars,
A., van de Bert, L., Bidlot, J., Bormann, N., Delsol, C., Dragani, R.,
Fuentes, M., Geer, A., Haimberger, L., Healy, S., Hersbach, H., Hólm,
E., Isaksen, L., Kållberg, P., Köhler, M., Matricardi, M.,
McNally, A., Monge-Sanz, B., Morcrette, J.-J., Park, B.-K., Peubey, C.,
de Rosnay, P., Tavolato, C., Thépaut, J.-N., and Vitart, F.: The
ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data
assimilation system, Q. J. Roy. Meteor. Soc., 137, 553–597, 2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>Drobinski et al.(2015)Drobinski, Coulais, and Jourdier</label><mixed-citation>
Drobinski, P., Coulais, C., and Jourdier, B.: Surface wind-speed statistics
modelling: Alternatives to the Weibull distribution and performance
evaluation, Bound.-Lay. Meteorol., 157, 97–123, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>Gille(2005)</label><mixed-citation>
Gille, S. T.: Statistical characterisation of zonal and meridional ocean wind
stress, J. Atmos. Ocean. Tech., 22, 1353–1372, 2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>Gradshteyn and Ryzhik(2000)</label><mixed-citation>
Gradshteyn, I. and Ryzhik, I.: Table of Integrals, Series, and Products, 6th edn.,
Academic Press, San Diego, USA, 2000.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>Grothe and Schnieders(2011)</label><mixed-citation>
Grothe, O. and Schnieders, J.: Spatial dependence in wind and optimal wind
power allocation: A copula-based analysis, Energ. Policy, 39, 4742–4754,
2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>Kotz et al.(2000)Kotz, Balakrishnan, and Johnson</label><mixed-citation>
Kotz, S., Balakrishnan, N., and Johnson, N. L.: Continuous Multivariate
Distributions, vol. 1, Wiley, New York, USA, 2000.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>Louie(2012)</label><mixed-citation>
Louie, H.: Evaluating Archimedean copula models of wind speed for wind
power modeling, in: IEEE PES Power Africa, 9–13 July 2012, Johannesburg,
South Africa, <a href="https://doi.org/10.1109/PowerAfrica.2012.6498610" target="_blank">https://doi.org/10.1109/PowerAfrica.2012.6498610</a>, 2012.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>Lu and Bhattacharyya(1990)</label><mixed-citation>
Lu, J.-C. and Bhattacharyya, G. K.: Some new constructions of bivariate
Weibull models, Ann. Inst. Statist. Math., 42, 543–559, 1990.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>Luxford and Woollings(2012)</label><mixed-citation>
Luxford, F. and Woollings, T.: A simple kinematic source of skewness in
atmospheric flow fields, J. Atmos. Sci., 69, 578–590, 2012.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>Mahrt(2014)</label><mixed-citation>
Mahrt, L.: Stably stratified atmospheric boundary layers, Annu. Rev. Fluid
Mech., 46, 23–45, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib20"><label>Mao and Monahan(2017)</label><mixed-citation>
Mao, Y. and Monahan, A.: Predictive anisotropy of surface winds by linear
statistical prediction, J. Climate, 30, 6183–6201, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib21"><label>McAssey(2013)</label><mixed-citation>
McAssey, M. P.: An empirical goodness-of-fit test for multivariate
distributions, J. Appl. Stat., 40, 1120–1131, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib22"><label>Mendes and Yacoub(2007)</label><mixed-citation>
Mendes, J. R. and Yacoub, M. D.: A general bivariate Ricean model and its
statistcs, IEEE T. Veh. Technol., 56, 404–415, 2007.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib23"><label>Monahan(2006)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: The probability distribution of sea surface wind speeds.
Part I: Theory and SeaWinds observations, J. Climate, 19, 497–520, 2006.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib24"><label>Monahan(2007)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: Empirical models of the probability distribution of sea surface
wind speeds, J. Climate, 20, 5798–5814, 2007.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib25"><label>Monahan(2012a)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: Can we see the wind? Statistical downscaling of historical sea
surface winds in the Northeast Subarctic Pacific, J. Climate, 25,
1511–1528, 2012a.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib26"><label>Monahan(2012b)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: The temporal autocorrelation structure of sea surface winds, J.
Climate, 25, 6684–6700, 2012b.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib27"><label>Monahan(2014)</label><mixed-citation>
Monahan, A. H.: Wind Speed Probability Distribution, in: Encyclopedia of
Natural Resources, edited by: Wang, Y., 1084–1088, CRC Press, Boca Raton,
USA, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib28"><label>Monahan et al.(2011)Monahan, He, McFarlane, and Dai</label><mixed-citation>
Monahan, A. H., He, Y., McFarlane, N., and Dai, A.: The probability
distribution of land surface wind speeds, J. Climate, 24, 3892–3909, 2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib29"><label>Monahan et al.(2015)Monahan, Rees, He, and McFarlane</label><mixed-citation>
Monahan, A. H., Rees, T., He, Y., and McFarlane, N.: Multiple regimes of wind,
stratification, and turbulence in the stable boundary layer, J. Atmos. Sci.,
72, 3178–3198, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib30"><label>Nastrom and Gage(1985)</label><mixed-citation>
Nastrom, G. and Gage, K.: A climatology of atmospheric wavenumber spectra of
wind and temperature observed by commercial aircraft, J. Atmos. Sci., 42,
950–960, 1985.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib31"><label>Perron and Sura(2013)</label><mixed-citation>
Perron, M. and Sura, P.: Climatology of non-Gaussian atmospheric statistics,
J. Climate, 26, 1063–1083, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib32"><label>Perry(2001)</label><mixed-citation>
Perry, K.: SeaWinds on QuikSCAT Level 3 daily, gridded ocean wind vectors (JPL
SeaWinds Project), Tech. Rep. Version 1.1, JPL Document D-20335, California
Institute of Technology, Pasadena, CA, USA, 2001.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib33"><label>Sagias and Karagiannidis(2005)</label><mixed-citation>
Sagias, N. C. and Karagiannidis, G. K.: Gaussian class multivariate Weibull
distributions: Theory and applications in fading channels, IEEE T. Inform.
Theory, 51, 3608–3619, 2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib34"><label>Schlax et al.(2001)Schlax, Chelton, and Freilich</label><mixed-citation>
Schlax, M. G., Chelton, D. B., and Freilich, M. H.: Sampling errors in wind
fields constructed from single and tandem scatterometer datasets, J. Atmos.
Ocean. Tech., 18, 1014–1036, 2001.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib35"><label>Schlözel and Friederichs(2008)</label><mixed-citation>
Schölzel, C. and Friederichs, P.: Multivariate non-normally distributed
random variables in climate research – introduction to the copula approach,
Nonlin. Processes Geophys., 15, 761–772,
<a href="https://doi.org/10.5194/npg-15-761-2008" target="_blank">https://doi.org/10.5194/npg-15-761-2008</a>, 2008.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib36"><label>Sun and Monahan(2013)</label><mixed-citation>
Sun, C. and Monahan, A. H.: Statistical downscaling prediction of sea surface
winds over the global ocean, J. Climate, 26, 7938–7956, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib37"><label>van Ulden and Wieringa(1996)</label><mixed-citation>
van Ulden, A. and Wieringa, J.: Atmospheric boundary layer research at
Cabauw, Bound.-Lay. Meteorol., 78, 39–69, 1996.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib38"><label>Veeramachaneni et al.(2015)Veeramachaneni, Cuesta-Infante, and
O'Reilly</label><mixed-citation>
Veeramachaneni, K., Cuesta-Infante, A., and O'Reilly, U.-M.: Copula
graphical models for wind resource estimation, in: Proceedings of the 24th
International Conference on Artificial Intelligence, 25–31 July 2015, Buenos
Aires, Argentina, 2646–2654, 2015.

</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib39"><label>Villanueva et al.(2013)Villanueva, Feijóo, and Pazos</label><mixed-citation>
Villanueva, D., Feijóo, A., and Pazos, J.: Multivariate Weibull
distribution for wind speed and wind power behaviour assessment, Resources,
2, 370–384, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib40"><label>von Storch and Zwiers(1999)</label><mixed-citation>
von Storch, H. and Zwiers, F. W.: Statistical Analysis in Climate Research,
Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1999.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib41"><label>Watson(1922)</label><mixed-citation>
Watson, G.: A Treatise on the Theory of Bessel Functions, Cambridge University
Press, Cambridge, UK, 1922.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib42"><label>Wilks(2005)</label><mixed-citation>
Wilks, D. S.: Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, Academic
Press, Burlington, MA, USA, 2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib43"><label>Wylie et al.(1985)Wylie, Hinton, Howland, and Lord</label><mixed-citation>
Wylie, D. P., Hinton, B. B., Howland, M. R., and Lord, R. J.: Autocorrelation
of wind observations, Mon. Weather Rev., 113, 849–857, 1985.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib44"><label>Xu et al.(2011)Xu, Fu, and Tulloch</label><mixed-citation>
Xu, Y., Fu, L.-L., and Tulloch, R.: The global characteristics of the
wavenumber spectrum of ocean surface wind, J. Phys. Oceanogr., 41,
1576–1582, 2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib45"><label>Yacoub(2007)</label><mixed-citation>
Yacoub, M. D.: The <i>α</i>-<i>μ</i> distribution: A physical fading model for
the Stacy distribution, IEEE T. Veh. Technol., 56, 27–34, 2007.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib46"><label>Yacoub et al.(2005)Yacoub, da Costa, Dias, and
Fraidenraich</label><mixed-citation>
Yacoub, M. D., da Costa, D. B., Dias, U. S., and Fraidenraich, G.: Joint
statistics for two correlated Weibull variates, IEEE Antenn.
Wirel. Pr., 4, 129–132, 2005.
</mixed-citation></ref-html>--></article>
