Σχετικά με την αναζήτηση χαοτικών ελκυστών στις υδρολογικές διεργασίες

D. Koutsoyiannis, On the quest for chaotic attractors in hydrological processes, Hydrological Sciences Journal, 51 (6), 1065–1091, doi:10.1623/hysj.51.6.1065, 2006.

[Σχετικά με την αναζήτηση χαοτικών ελκυστών στις υδρολογικές διεργασίες]

[doc_id=714]

[Αγγλικά]

Τις δύο τελευταίες δεκαετίες, διάφοροι ερευνητές ισχυρίστηκαν ότι έχουν ανακαλύψει ντετερμινισμό χαμηλής διαστατικότητας σε υδρολογικές διεργασίες, όπως στη βροχή και την απορροή, χρησιμοποιώντας μεθόδους χαοτικής ανάλυσης. Τέτοια αποτελέσματα έχουν υποστεί κριτική από άλλους ερευνητές. Σε μια προσπάθεια να φωτιστεί η σχετική συζήτηση και αντιπαράθεση, αποδεικνύεται ότι σε μερικές περιπτώσεις και μόνο η προσεκτική χρήση εννοιών από τη θεωρία των δυναμικών συστημάτων παρέχει ισχυρές ενδείξεις, χωρίς να απαιτηθεί κανένας υπολογισμός, ότι οι υδρολογικές διεργασίες δεν μπορεί να είναι προσδιοριστικές-χαοτικές χαμηλής διαστατικότητας. Επίσης, αποδεικνύεται ότι ορισμένες ιδιαιτερότητες των υδρολογικών διεργασιών σε λεπτή χρονική κλίμακα, όπως οι ασύμμετρες κατανομές σχήματος J, η διαλείπουσα φύση τους και οι ισχυρές αυτοσυσχετίσεις, αποτελούν συνεργητικούς παράγοντες που μπορούν να οδηγήσουν σε παραπλανητικά αποτελέσματα για την ύπαρξη προσδιοριστικού χάους χαμηλής διαστατικότητας. Επιπλέον, μελετάται η ανακατασκευή ενός υποθετικού ελκυστή από μια χρονοσειρά, η οποία τοποθετείται ως πρόβλημα στατιστικής εκτίμησης. Η μελέτη του προβλήματος αυτού επιτρέπει, μεταξύ άλλων, την ποσοτικοποίηση του απαιτούμενου μεγέθους δείγματος. Αυτό είναι τόσο τεράστιο που απαγορεύει κάθε δυνατότητα ακριβούς εκτίμησης ακόμη και με τα μεγαλύτερα διαθέσιμα ιστορικά δείγματα. Όλα αυτά τα επιχειρήματα επιδεικνύονται με τη χρήση κατάλληλων συνθετικών παραδειγμάτων. Τέλος, υπό το φως των θεωρητικών αναλύσεων, εξερευνώνται τυπικές παρατηρημένες υδρολογικές χρονοσειρές σχετικής υγρασίας, βροχής και απορροής, και καμιά απ' αυτές δεν παρέχει ένδειξη για παρουσία χάους.

PDF Πλήρες κείμενο (1831 KB)

PDF Συμπληρωματικό υλικό:

Βλέπε επίσης: http://dx.doi.org/10.1623/hysj.51.6.1065

Εργασίες μας στις οποίες αναφέρεται αυτή η εργασία:

1. D. Koutsoyiannis, H. Yao, and A. Georgakakos, Multiyear behaviour and monthly simulation and forecasting of the Nile River flow, European Geosciences Union General Assembly 2006, Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, Vienna, 05046, doi:10.13140/RG.2.2.33645.38888, European Geosciences Union, 2006.

Εργασίες μας που αναφέρονται σ' αυτή την εργασία:

1. 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.
2. D. Koutsoyiannis, A random walk on water, Hydrology and Earth System Sciences, 14, 585–601, doi:10.5194/hess-14-585-2010, 2010.
3. S.M. Papalexiou, D. Koutsoyiannis, and A. Montanari, Can a simple stochastic model generate rich patterns of rainfall events?, Journal of Hydrology, 411 (3-4), 279–289, 2011.
4. G. Tsekouras, and D. Koutsoyiannis, Stochastic analysis and simulation of hydrometeorological processes associated with wind and solar energy, Renewable Energy, 63, 624–633, doi:10.1016/j.renene.2013.10.018, 2014.
5. D. Koutsoyiannis, P. Dimitriadis, F. Lombardo, and S. Stevens, From fractals to stochastics: Seeking theoretical consistency in analysis of geophysical data, Advances in Nonlinear Geosciences, edited by A.A. Tsonis, 237–278, doi:10.1007/978-3-319-58895-7_14, Springer, 2018.

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. Clark, S.E., S. Burian, R. Pitt and R. Field, Urban wet-weather flows, Water Environment Research, 79(10), 1166-1227, 2007.
2. Sivakumar, B., Nonlinear dynamics and chaos in hydrologic systems: latest developments and a look forward, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 23 (7), 1027-1036, 2009.
3. Molini, A., G. G. Katul, and A. Porporato, Revisiting rainfall clustering and intermittency across different climatic regimes, Water Resour. Res., 45, W11403, doi:10.1029/2008WR007352, 2009.
4. #De Domenico, M., and M. Ali Ghorbani, Chaos and scaling in daily river flow, arxiv, 2010.
5. #Sivakumar, B., Chaos theory for hydrologic modeling and forecasting: Progress and challenges, Handbook of Research on Hydroinformatics: Technologies, Theories and Applications, 199-227, 2010.
6. Galloway, D. L., The complex future of hydrogeology, Hydrogeology Journal, 18(4), 807-810, 2010.
7. Hassan, S. A. and M. R. K. Ansari, Nonlinear analysis of seasonality and stochasticity of the Indus River, Hydrol. Sci. J., 55(2), 250–265, 2010.
8. Serinaldi, F., Multifractality, imperfect scaling and hydrological properties of rainfall time series simulated by continuous universal multifractal and discrete random cascade models, Nonlin. Processes Geophys., 17, 697-714, doi: 10.5194/npg-17-697-2010, 2010.
9. #Sivakumar, B., Chaos theory for modeling environmental systems: philosophy and pragmatism, in System Identification, Environmental Modelling, and Control System Design (ed. by L. Wang and H. Garnier), Springer, London, 533-555, doi: 10.1007/978-0-85729-974-1_26, 2012.
10. Khatibi, R., B. Sivakumar, M. A. Ghorbani, O. Kisi, K. Koçak and D. F. Zadeh, Investigating chaos in river stage and discharge time series, Journal of Hydrology, 414–415, 108–117, 2012.
11. Costa, A.C., A. Bronstert and D. Kneis, Probabilistic flood forecasting for a mountainous headwater catchment using a nonparametric stochastic dynamic approach, Hydrological Sciences Journal, 57 (1), 10–25, 2012.
12. Sivakumar, B., and V. P. Singh, Hydrologic system complexity and nonlinear dynamic concepts for a catchment classification framework, Hydrol. Earth Syst. Sci., 16, 4119-4131, doi: 10.5194/hess-16-4119-2012, 2012.
13. Ehret, U., H. V. Gupta, M. Sivapalan, S. V. Weijs, S. J. Schymanski, G. Blöschl, A. N. Gelfan, C. Harman, A. Kleidon, T. A. Bogaard, D. Wang, T. Wagener, U. Scherer, E. Zehe, M. F. P. Bierkens, G. Di Baldassarre, J. Parajka, L. P. H. van Beek, A. van Griensven, M. C. Westhoff and H. C. Winsemius, Advancing catchment hydrology to deal with predictions under change, Hydrol. Earth Syst. Sci., 18, 649-671, 2014.
14. Sivakumar, B., F. M. Woldemeskel and C. E. Puente, Nonlinear analysis of rainfall variability in Australia, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 28 (1), 17-27, 2014.
15. Albostan, A., and B. Önöz, Implementation of chaotic analysis on river discharge time series, Energy and Power Engineering, 7, 81-92, 2015.

Κατηγορίες: Ντετερμινισμός και στοχαστικότητα, Άρθρα που αρχικώς απορρίφθηκαν, Στοχαστική