Βέλτιστη αποσύνθεση μητρώων συνδιασπορών για πολυμεταβλητά στοχαστικά μοντέλα στην υδρολογία

D. Koutsoyiannis, Optimal decomposition of covariance matrices for multivariate stochastic models in hydrology, Water Resources Research, 35 (4), 1219–1229, doi:10.1029/1998WR900093, 1999.

[Βέλτιστη αποσύνθεση μητρώων συνδιασπορών για πολυμεταβλητά στοχαστικά μοντέλα στην υδρολογία]

[doc_id=22]

[Αγγλικά]

Προτείνεται μια νέα μέθοδος για την αποσύνθεση μητρώων συνδιασπορών, τα οποία εμφανίζονται στη φάση εκτίμησης παραμέτρων σε όλα τα πολυμεταβλητά στοχαστικά μοντέλα στην υδρολογία. Η μέθοδος έχει εφαρμογή όχι μόνο σε θετικά ορισμένα μητρώα συνδιασπορών (όπως συμβαίνει με τις τυπικές μεθόδους της βιβλιογραφίας) αλλά και σε μη ορισμένα μητρώα, τα οποία εμφανίζονται συχνά στη στοχαστική υδρολογία. Είναι επίσης κατάλληλη για τη διατήρηση της ασυμμετρίας των μεταβλητών, αφού παίρνει υπόψη τους συντελεστές ασυμμετρίας των βοηθητικών μεταβλητών του στοχαστικού μοντέλου, δεδομένου ότι οι τελευταίοι συντελεστές εξαρτώνται από το μητρώο που έχει αποσυντεθεί. Η μέθοδος διατυπώνεται σε ένα γενικό πλαίσιο βελτιστοποίησης με την αντικειμενική συνάρτηση να συντίθεται από τρεις συνιστώσες που αποσκοπούν: (1) στην πλήρη διατήρηση των διασπορών των μεταβλητών, (2) στη βέλτιστη προσέγγιση των συνδιασπορών μεταξύ των μεταβλητών, σε περίπτωση που η πλήρης διατήρηση δεν είναι εφικτή εξαιτίας ασυνεπούς (μη θετικά ορισμένης) δομής του μητρώου συνδιασποράς, και (3) στη διατήρηση των συντελεστών ασυμμετρίας των μεταβλητών του μοντέλου μέσω της ελαχιστοποίησης των συντελεστών ασυμμετρίας των βοηθητικών μεταβλητών. Εξάγονται αναλυτικές εκφράσεις των παραγώγων της αντικειμενικής συνάρτησης, οι οποίες επιτρέπουν την κατάρτιση ενός αποτελεσματικού μη γραμμικού αλγορίθμου βελτιστοποίησης, βασισμένου στις μεθόδους της πιο απότομης κατάβασης και των συζυγών κλίσεων. Η μέθοδος διευκρινίζεται και διερευνάται μέσω μιας πραγματικής εφαρμογής, η οποία δείχνει ότι η επίδοση της μεθόδου είναι ικανοποιητική.

Το πλήρες κείμενο διατίθεται μόνο στο δίκτυο του ΕΜΠ λόγω νομικών περιορισμών

PDF Συμπληρωματικό υλικό:

Βλέπε επίσης: http://dx.doi.org/10.1029/1998WR900093

Σημείωση:

Η μεθοδολογία αξιοποιήθηκε στην ανάπτυξη των λογισμικών πακέτων "SHyS" και "ΚΑΣΤΑΛΙΑ"

Εργασίες μας στις οποίες αναφέρεται αυτή η εργασία:

1. D. Koutsoyiannis, A nonlinear disaggregation method with a reduced parameter set for simulation of hydrologic series, Water Resources Research, 28 (12), 3175–3191, doi:10.1029/92WR01299, 1992.
2. D. Koutsoyiannis, and A. Manetas, Simple disaggregation by accurate adjusting procedures, Water Resources Research, 32 (7), 2105–2117, doi:10.1029/96WR00488, 1996.
3. I. Nalbantis, and D. Koutsoyiannis, A parametric rule for planning and management of multiple reservoir systems, Water Resources Research, 33 (9), 2165–2177, doi:10.1029/97WR01034, 1997.

Εργασίες μας που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία:

1. D. Koutsoyiannis, A generalized mathematical framework for stochastic simulation and forecast of hydrologic time series, Water Resources Research, 36 (6), 1519–1533, doi:10.1029/2000WR900044, 2000.
2. D. Koutsoyiannis, A. Efstratiadis, and G. Karavokiros, A decision support tool for the management of multi-reservoir systems, Journal of the American Water Resources Association, 38 (4), 945–958, doi:10.1111/j.1752-1688.2002.tb05536.x, 2002.
3. D. Koutsoyiannis, C. Onof, and H. S. Wheater, Multivariate rainfall disaggregation at a fine timescale, Water Resources Research, 39 (7), 1173, doi:10.1029/2002WR001600, 2003.
4. D. Koutsoyiannis, G. Karavokiros, A. Efstratiadis, N. Mamassis, A. Koukouvinos, and A. Christofides, A decision support system for the management of the water resource system of Athens, Physics and Chemistry of the Earth, 28 (14-15), 599–609, doi:10.1016/S1474-7065(03)00106-2, 2003.
5. Δ. Κουτσογιάννης, και Α. Ευστρατιάδης, Εμπειρία από την ανάπτυξη συστημάτων υποστήριξης αποφάσεων για τη διαχείριση μεγάλης κλίμακας υδροσυστημάτων της Ελλάδας, Πρακτικά της Ημερίδας " Μελέτες και Έρευνες Υδατικών Πόρων στον Κυπριακό Χώρο", επιμέλεια Ε. Σιδηρόπουλος και Ι. Ιακωβίδης, Λευκωσία, 159–180, Τμήμα Αναπτύξεως Υδάτων Κύπρου, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη, 2003.
6. A. Efstratiadis, D. Koutsoyiannis, and D. Xenos, Minimizing water cost in the water resource management of Athens, Urban Water Journal, 1 (1), 3–15, doi:10.1080/15730620410001732099, 2004.
7. A. Langousis, and D. Koutsoyiannis, A stochastic methodology for generation of seasonal time series reproducing overyear scaling behaviour, Journal of Hydrology, 322, 138–154, 2006.
8. D. Koutsoyiannis, H. Yao, and A. Georgakakos, Medium-range flow prediction for the Nile: a comparison of stochastic and deterministic methods, Hydrological Sciences Journal, 53 (1), 142–164, doi:10.1623/hysj.53.1.142, 2008.
9. Χ. Ιωάννου, Γ. Τσεκούρας, Α. Ευστρατιάδης, και Δ. Κουτσογιάννης, Στοχαστική ανάλυση και προσομοίωση υδρομετεωρολογικών διεργασιών για τη βελτιστοποίηση ενός υβριδικού συστήματος ανανεώσιμης ενέργειας, Πρακτικά 2ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Φραγμάτων και Ταμιευτήρων, Αθήνα, Αίγλη Ζαππείου, doi:10.13140/RG.2.1.3787.0327, Ελληνική Επιτροπή Μεγάλων Φραγμάτων, 2013.
10. A. Efstratiadis, Y. Dialynas, S. Kozanis, and D. Koutsoyiannis, A multivariate stochastic model for the generation of synthetic time series at multiple time scales reproducing long-term persistence, Environmental Modelling and Software, 62, 139–152, doi:10.1016/j.envsoft.2014.08.017, 2014.
11. A. Efstratiadis, I. Nalbantis, and D. Koutsoyiannis, Hydrological modelling of temporally-varying catchments: Facets of change and the value of information, Hydrological Sciences Journal, 60 (7-8), 1438–1461, doi:10.1080/02626667.2014.982123, 2015.
12. D. Koutsoyiannis, Generic and parsimonious stochastic modelling for hydrology and beyond, Hydrological Sciences Journal, 61 (2), 225–244, doi:10.1080/02626667.2015.1016950, 2016.
13. I. Tsoukalas, A. Efstratiadis, and C. Makropoulos, Stochastic periodic autoregressive to anything (SPARTA): Modelling and simulation of cyclostationary processes with arbitrary marginal distributions, Water Resources Research, 54 (1), 161–185, WRCR23047, doi:10.1002/2017WR021394, 2018.
14. I. Tsoukalas, S.M. Papalexiou, A. Efstratiadis, and C. Makropoulos, A cautionary note on the reproduction of dependencies through linear stochastic models with non-Gaussian white noise, Water, 10 (6), 771, doi:10.3390/w10060771, 2018.
15. I. Tsoukalas, C. Makropoulos, and D. Koutsoyiannis, Simulation of stochastic processes exhibiting any-range dependence and arbitrary marginal distributions, Water Resources Research, 54 (11), 9484–9513, doi:10.1029/2017WR022462, 2018.
16. I. Tsoukalas, A. Efstratiadis, and C. Makropoulos, Building a puzzle to solve a riddle: A multi-scale disaggregation approach for multivariate stochastic processes with any marginal distribution and correlation structure, Journal of Hydrology, 575, 354–380, doi:10.1016/j.jhydrol.2019.05.017, 2019.

Άλλες εργασίες που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία: Δείτε τις στο Google Scholar ή στο ResearchGate

Άλλες εργασίες που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία (αυτός ο κατάλογος μπορεί να μην είναι ενημερωμένος):

1. Horan, R.D., R. Claassen, and L. Howe, The welfare sensitivity of agri-environmental instruments, Journal of Agricultural and Resource Economics, 26 (2), 368-386, 2001.
2. #Xenos, D., C. Karopoulos and E. Parlis, Modern confrontation of the management of Athens' water supply system, Proc. 7th Conference on Environmental Science and Technology, Syros, Greece, 952-958, 2001.
3. Stehlik, J., and A. Bardossy, Multivariate stochastic downscaling model for generating daily precipitation series based on atmospheric circulation, Journal of Hydrology, 256(1-2), 120-141, 2002.
4. Durand, P., C. Gascuel-Odoux and M.O. Cordier, Parameterisation of hydrological models: a review and lessons learned from studies of an agricultural catchment (Naizin, France), Agronomie, 22 (2), 217-228, 2002.
5. #Martina, M. L. V., E. Todini, T. Diomede and A. Montanari, Hydrological effects of the spatial variability of heavy rain storms in a mountain area: an Italian case study. Mediterranean Storms, Proceedings of the 4th EGS Plinius Conference, Mallorca, Spain, October 2002.
6. Bojilova, E.K., Disaggregation modelling of spring discharges, International Journal of Speleology, 33(1/4), 65-72, 2004.
7. Srinivas, V.V., and K. Srinivasan, Hybrid moving block bootstrap for stochastic simulation of multi-site multi-season streamflows, Journal of Hydrology, 302(1-4), 307-330, 2005.
8. Prairie, J., B. Rajagopalan, U. Lall and T. Fulp, A stochastic nonparametric technique for space-time disaggregation of streamflows, Water Resources Research, 43(3), W03432, 2007.
9. Srivastav, R. K., K. Srinivasan and K. P. Sudheer, Simulation-optimization framework for multi-season hybrid stochastic models, Journal of Hydrology, 404 (3-4), 209-225, 2011.
10. #Kulasiri, D., Computational Modelling of Multi-Scale Non-Fickian Dispersion in Porous Media - An Approach Based on Stochastic Calculus, InTech, ISBN 978-953-307-726-0, 231 pp., 2011.
11. #Kulasiri, D., Non-fickian Solute Transport in Porous Media, A Mechanistic and Stochastic Theory, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013.
12. #Alparslan, C., and M. Byukyildiz, Comparison of monthly streamflow forecasting techniques, EWRA 9th World Congress - Water Resources Management In A Changing World, Istanbul, Turkey, 2015.

Κατηγορίες: Βιβλιογραφία μαθήματος: Στοχαστικές μέθοδοι, Στοχαστική