Χρονικές και χωρικές όψεις του φαινομένου Hurst στη βροχόπτωση
Το φαινόμενο Hurst είναι μια συμπεριφορά που παρατηρείται σε γεωφυσικές διεργασίες στις οποίες τα υγρά ή ξηρά έτη συγκεντρώνονται σε μεγάλες χρονικές περιόδους. Μια κοινή πρακτική για την αξιολόγηση της παρουσίας του φαινομένου Hurst είναι η μοντελοποίηση της γεωφυσικής χρονοσειράς με τη διαδικασία Hurst-Kolmogorov (HKp, που ονομάζεται επίσης κλασματικός θόρυβος Gauss, fGn) και η εκτίμηση της παραμέτρου Hurst H όπου υψηλές τιμές H υποδηλώνουν έντονη παρουσία του φαινομένου Hurst.
Η εκτίμηση του H έχει μεγάλη σημασία στις μηχανολογικές πρακτικές επειδή η αβεβαιότητα αυξάνεται σημαντικά όταν H είναι ψηλά. Επιπλέον, λόγω της αύξησης της αβεβαιότητας, οι παρατηρούμενες τάσεις στα δεδομένα, ακόμη και αν φαίνονται σημαντικές με χρήση κλασικών στατιστικών δοκιμών, μπορεί να είναι ασήμαντες σύμφωνα με την υπόθεση LRD.
Η φύση του φαινομένου Hurst παραμένει ένα άλυτο πρόβλημα, αν και έχουν δοθεί πολλές εξηγήσεις. Σχετικές ερωτήσεις υποδηλώνουν την παρουσία μιας καθολικής παραμέτρου Hurst, τη σχέση της με γεωφυσικές μεταβλητές και πολλά άλλα. Ορισμένες εξηγήσεις βασίζονται στην ανάλυση μεγάλων γεωφυσικών συνόλων δεδομένων.
Η εξέταση ενός μεγάλου συνόλου δεδομένων οργάνων μέσης ετήσιας βροχόπτωσης που εκτείνεται από το 1916-2015 από 1.535 σταθμούς που καλύπτουν κυρίως την Ευρώπη, την Ωκεανία και τη Βόρεια Αμερική (Εικόνα 1) αποκάλυψε ότι η διάμεσος των εκτιμώμενων παραμέτρων Hurst είναι ίση με 0,56, υποδεικνύοντας αδύναμη παρουσία του φαινομένου Hurst.
Τα αποτελέσματα έδειξαν επίσης ότι η παράμετρος Hurst εξαρτάται κυρίως από τη θέση και ένα χωρικό μοντέλο που βασίζεται σε τυχαία δάση μπορεί να βελτιώσει την προβλεψιμότητά της σε μη παρατηρούμενες τοποθεσίες. Η εφαρμογή του χωρικού μοντέλου οδήγησε σε χάρτες της παραμέτρου Hurst, οι οποίοι υποδεικνύουν σημαντική χωρική ομαδοποίηση (για παράδειγμα, ο συνεχόμενος χάρτης των ΗΠΑ παρουσιάζεται στο Σχήμα 2).
Η εκτιμώμενη διάμεση τιμή των τάσεων βροχόπτωσης που παρατηρήθηκαν από το ίδιο σύνολο δεδομένων ήταν ίση με 0,36 mm/έτος, δηλαδή, τα τελευταία 100 χρόνια, παρατηρήθηκε αύξηση της ετήσιας βροχόπτωσης κατά 36 mm (βλ. Εικόνα 3). Για σύγκριση με τις μέσες τιμές βροχόπτωσης, η μέση ετήσια βροχόπτωση είναι ίση με 718 mm.
Η σημασία των τάσεων σε επίπεδο σημαντικότητας α =0,05 εξετάστηκε λαμβάνοντας υπόψη την παρουσία του φαινομένου Hurts. Οι ασήμαντες τάσεις ήταν περίπου το 50% των σταθμών, για τους κύριους τύπους κλίματος Α (ισημερινό), Β (άνυδρο), C (θερμό εύκρατο) και D (χιόνι) σύμφωνα με την ταξινόμηση Köppen-Geiger. Ωστόσο, το ποσοστό των σταθμών με θετικές σημαντικές τάσεις είναι υψηλότερο από το ποσοστό αρνητικών σημαντικών τάσεων για τους κύριους τύπους κλίματος D και E (πολικό), ενώ τα ποσοστά είναι ίσα για τους κύριους τύπους κλίματος A, B και C (βλ. Εικόνα 4). .
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο On the long-range dependence ιδιότητες της ετήσιας βροχόπτωσης χρησιμοποιώντας ένα παγκόσμιο δίκτυο οργάνων μετρήσεων, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Advances in Water Resources . Επικεφαλής της εργασίας ήταν ο Χρήστος Τυράλης από το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο.
