ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Δ. Π. Μ. Σ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Δ.Π.Μ.Σ. ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Κλιματική Αλλαγή, Δυναμική Hurst-Kolmogorov και Αβεβαιότητα Σταμάτης Μπατέλης Έφη Μόσχου

Διάρθρωση Παρουσίασης: Κλίμα και Κλιματική Αλλαγή Κλιματικά Μοντέλα και Αβεβαιότητα Δυναμική Hurst-Kolmogorov Το φαινόμενο Hurst-Kolmogorov και το κλίμα Η σημασία του φαινομένου στη Διαχείριση Υδατικών Πόρων

Κλίμα & Κλιματική Αλλαγή Η σύνθεση των στοιχείων καιρού για ένα μακρύ χρονικό διάστημα Όρος της ελληνιστικής εποχής, σχετίζεται με την κλίση των ακτίνων του ήλιου Κλιματική Αλλαγή Όρος των τελευταίων δεκαετιών Στερείται επιστημονικής τεκμηρίωσης

Κλίμα & Κλιματική Αλλαγή Φυσική βάση Αύξηση Θερμοκρασίας Αύξηση Συγκέντρωσης CO2 στην ατμόσφαιρα, Φαινόμενο θερμοκηπίου Λιώσιμο των Πάγων Αύξηση της Μέσης Στάθμης της Θάλασσας

Κλίμα & Κλιματική Αλλαγή Τι πραγματικά συμβαίνει … Το φαινόμενο του θερμοκηπίου ζωτικής σημασίας για τον πλανήτη Δεν έχει εξηγηθεί πλήρως η σχέση της θερμοκρασίας με το CO2 Πολύ μικρό το ποσοστό της ανθρωπογενούς παραγωγής CO2 (2.5~3.0 %) Το CO2 δεν είναι το κύριο αέριο του θερμοκηπίου

Κλίμα & Κλιματική Αλλαγή Απόκλιση της μετρημένης θερμοκρασίας από τη μέση (Πηγή:UAH) Χρονική εξέλιξη έκτασης των πάγων (Πηγή:UAH)

Κλίμα & Κλιματική Αλλαγή Άνοδος στάθμης θάλασσας σε μεγάλη χρονική κλίμακα (Πηγή:Global Warming Art) Άνοδος μέσης στάθμης σε κλίμακα 20ετίας (Πηγή:UAH)

Κλίμα & Κλιματική Αλλαγή Μεταβολή θερμοκρασίας από το 1979 (Πηγή:Koutsoyiannis et al. 2009) Μεταβολή θερμοκρασίας τα τελευταία 50000 χρόνια, από παλαιοκλιματικά δεδομένα (Πηγή:Koutsoyiannis et al.2009)

Κλιματικά μοντέλα & Αβεβαιότητα Τα κλιματικά μοντέλα προβλέπουν διαρκή αύξηση της θερμοκρασίας Τίθενται υπό διαρκή αμφισβήτηση Προσπάθεια ντετερμινιστικής ερμηνείας του κλιματικού συστήματος Τα αποτελέσματα των μοντέλων υπερεκτιμούν την πραγματικότητα

Κλιματικά μοντέλα & Αβεβαιότητα Οι εκτιμήσεις των μοντέλων ασύμβατες με την πραγματικότητα (Πηγή:Koutsoyiannis et al. 2008) Υπερεκτιμούν το μέγεθος (Πηγή:Anagnostopoulos et al. 2011)

Δυναμική Hurst-Kolmogorov Σε τυχαία γεγονότα συμβαίνουν υψηλές και χαμηλές τιμές. Σε μια φυσική διαδικασία: η τάση να συμβαίνουν τέτοια γεγονότα είναι μεγαλύτερη τείνουν να συμβαίνουν αυτά τα γεγονότα σε ομάδες Harold Hurst (1880-1978) Andrey Kolmogorov (1903-1987) ΕΜΜΟΝΗ

Δυναμική Hurst-Kolmogorov Σύγκριση ελάχιστης στάθμης ποταμού Νείλου με τυχαία συνθετική χρονοσειρά (ρουλέτα) με ίδιο μέγεθος και ίδια τυπική απόκλιση (Πηγή:Koutsoyiannis 2010a)

Δυναμική Hurst-Kolmogorov Συντελεστής Hurst : συσχετίζει την αυτοσυσχέτιση της χρονοσειράς με το ρυθμό που αυτή μειώνεται όταν αυξάνεται η χρονική υστέρηση (lag) των ζευγών. Ενώ σε μια χρονοσειρά θα περιμέναμε πως η αυτοσυσχέτιση με lag=1 θα ήταν μεγάλη και όσο αυξάνονταν το lag αυτή θα μειωνόταν απότομα, παρατηρείται πως λόγω της εμμονής δεν συμβαίνει κάτι τέτοιο αλλά η αυτοσυσχέτιση συνεχίζει να παίρνει σημαντικές μη μηδενικές τιμές. Τιμές που παίρνει ο συντελεστής Hurst Η=0.5 : τυχαία μεταβολή (λευκός θόρυβος). Σε αυτή την περίπτωση δεν υπάρχει συσχέτιση μεταξύ του στοιχείου στο χρόνο t και t+1 0<Η<0.5 : υπάρχει συμπεριφορά αντίθετη της εμμονής, δηλαδή μια αύξηση της τιμής ακολουθείται από μια μείωση της τιμής 0.5<Η<1 : η χρονοσειρά αυτή έχει εμμονή. Δηλαδή μια μεγάλη τιμή έχει μεγάλη πιθανότητα να ακολουθείται από μια μεγάλη τιμή και το αντίστοιχο για μικρότερες τιμές, ακόμα και για μεγάλη χρονική υστέρηση

Δυναμική HK και κλίμα Στάσιμη στοχαστική ανέλιξη η συνάρτηση κατανομής της δεν επηρεάζεται από το χρόνο στάσιμη με την ευρεία έννοια αν η μέση τιμή της παραμένει αμετάβλητη ενώ η αυτοσυνδιασπορά της εξαρτάται μόνο από τη διαφορά του χρόνου Μη Στάσιμη στοχαστική ανέλιξη χαρακτηριστικά ντετερμινιστικής εξάρτησης από το χρόνο

Δυναμική HK και κλίμα Η στασιμότητα ή μη εξαρτάται από τη χρονική κλίμακα Αλλάζοντας τη χρονική κλίμακα, αμφισβητείται η στασιμότητα ή μη μιας χρονοσειράς (Πηγή:Koutsoyiannis 2010a)

Δυναμική HK και κλίμα Στάσιμη περιγραφή : ΔΕ συνεπάγεται σταθερότητα Ορθή για τη μελέτη των μεταβολών στις διάφορες χρονικές κλίμακες Συμπεριφορά ΗΚ Στοχαστική βάση για τη μελέτη των κλιματικών διακυμάνσεων στις διάφορες χρονικές κλίμακες

Δυναμική HK και κλίμα Διάγραμμα αυτοσυσχέτισης ▪ Δυναμικό φάσμα Διάγραμμα αυτοσυσχέτισης ▪ Δυναμικό φάσμα Κλιμακόγραμμα (Πηγή:Koutsoyiannis 2010a)

Παράδειγμα ποσοτικού υπολογισμού δυναμικής ΗΚ Χρήση δείγματος θερμοκρασιών χιονιού στη Γροιλανδία (3994 τιμές), το οποίο έχει προκύψει από παλιοκλιματικά δεδομένα.(Πηγή:ΝΟΑΑ). Ο δείκτης Hurst βρέθηκε ίσος με 0.88 για κλίμακα ίση με 120. Απεικόνιση χρονοσειράς παλαιοκλιματικών δεδομένων Κλιμακόγραμμα χρονοσειρας

Παράδειγμα ποσοτικού υπολογισμού δυναμικής ΗΚ Χρήση δείγματος θερμοκρασιών χιονιού στη Γροιλανδία (3994 τιμές), το οποίο έχει προκύψει από παλιοκλιματικά δεδομένα.(Πηγή:ΝΟΑΑ). Ο δείκτης Hurst βρέθηκε ίσος με 0.88 για κλίμακα ίση με 120. Διάγραμμα αυτοσυσχέτισης

Δυναμική HK και Διαχείριση Υδατικών Πόρων Τα ακρότατα συμβαίνουν κατά ομάδες Αν δε λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό της διαχείρισης των υδατικών πόρων υποεκτιμάται η συχνότητα των ακραίων τιμών Υποεκτίμηση αβεβαιότητας και διακινδύνευσης

Ευχαριστούμε τον υποψήφιο διδάκτορα Γιάννη Μαρκόνη για τη βοήθεια και την υπομονή του...

Σας ευχαριστούμε….