ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΚΥΡΙΩΝ ΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΤΟΥΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΛΛΑΔΙΚΟ ΧΩΡΟ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΑΙ GIS

Transcript

1 ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΚΥΡΙΩΝ ΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΤΟΥΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΕΛΛΑΔΙΚΟ ΧΩΡΟ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΑΙ GIS Θεοδώρα Κόσσυβα Α.Μ.: Αθήνα, 2017

2 1 Περιεχόμενα 1. ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ Αντικείμενο και κλάδοι της Κλιματολογίας Παράγοντες και στοιχεία του κλίματος Το κλίμα της Ελλάδας Θερμοκρασία Βροχόπτωση ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (GIS) Χωρική Ανάλυση Βασικές αρχές χωρικής ανάλυσης Εφαρμογές της χωρικής ανάλυσης Χωρική παρεμβολή Μέθοδοι παρεμβολής Παρεμβολή τοπικής γειτνίασης Γεωστατικές μέθοδοι χωρικής συσχέτισης Μέθοδοι γενικευμένων προσεγγίσεων ΔΕΔΟΜΕΝΑ - ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Δεδομένα - ECA&D κλιματική βάση Μετεωρολογικοί Σταθμοί Μεθοδολογία Προετοιμασία δεδομένων Προσδιορισμός Τάσεων Μέθοδος Ελαχίστων Τετραγώνων ΧΩΡΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Χωρική κατανομή των κλιματικών παραμέτρων Χωρική κατανομή των Τάσεων ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 50

3 2 1. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκε η μελέτη των κλιματικών χαρακτηριστικών της Ελλάδας μέσα από τη στατιστική ανάλυση κλιματικών παραμέτρων που λήφθηκαν από τη βάση του European Climate Assessment and Dataset - ECA&D, η λειτουργία της οποίας υποστηρίζεται από το Ολλανδικό Βασιλικό Ινστιτούτο Μετεωρολογίας (ΚΝΜΙ). Συγκεκριμένα, αναλύθηκαν οι εποχιακές και οι ετήσιες τιμές των παραμέτρων της μέγιστης, ελάχιστης θερμοκρασίας και της βροχόπτωσης, καθώς και οι αντίστοιχες τάσεις τους για τη διερεύνηση πιθανών κλιματικών μεταβολών στο πρόσφατο παρελθόν. Με τη βοήθεια GIS αποτυπώθηκε η χωρική κατανομή των αποτελεσμάτων με στόχο τη βέλτιστη απεικόνιση και ανάλυση των κλιματικών χαρακτηριστικών. Βρέθηκε ότι, εν γένει, η χωρική κατανομή των μέγιστων και ελάχιστων θερμοκρασιών, τόσο σε εποχιακή όσο και σε ετήσια βάση, αυξάνεται από το Βορρά προς το Νότο, ενώ πρέπει να σημειωθεί οι μέγιστες θερινές θερμοκρασίες παρουσιάζουν μείωση στις νότιες θαλάσσιες περιοχές εξ αιτίας της επίδρασης των ετησιών που διαμορφώνει σημαντικά το κλίμα της περιοχής κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Από τη χωρική κατανομή της βροχόπτωσης, προκύπτει ότι στα δυτικά της χώρας παρατηρούνται οι υψηλότερες βροχοπτώσεις, ενώ στα ανατολικά επικρατούν ξηρότερες κλιματικές συνθήκες λόγω της διαίρεσης του ελλαδικού χώρου από την οροσειρά της ελληνικής χερσονήσου. Τέλος, μελετήθηκε η χωρική κατανομή των τάσεων των κλιματικών παραμέτρων και βρέθηκε ότι κατά την εξεταζόμενη περίοδο επικρατούν στατιστικά σημαντικές θετικές τάσεις στις μέγιστες και ελάχιστες και αρνητικές τάσεις, αν και όχι στατιστικά σημαντικές, στη βροχόπτωση, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο ελλαδικός χώρος τείνει προς θερμότερες και ξηρότερες κλιματικές συνθήκες, κυρίως κατά τη θερινή περίοδο.

4 3 2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της χωρικής κατανομής των κλιματικών μεταβλητών (μέγιστης και ελάχιστης θερμοκρασίας, βροχόπτωσης και των τάσεων τους) στον ελλαδικό χώρο. Η μελέτη που διεξήχθη, περιλαμβάνει την ανάλυση και την επεξεργασία των κλιματικών δεδομένων που πάρθηκαν αρχικά από 30 μετεωρολογικούς σταθμούς, με σκοπό τη δημιουργία κλιματικών χαρτών σε περιβάλλον ArcGIS. Συγκεκριμένα, δημιουργήθηκε μία βάση δεδομένων των τιμών των κλιματικών μεταβλητών για τους 30 σταθμούς του ελλαδικού χώρου για 30 συνεχόμενα έτη από το 1971 έως το Τα κλιματικά δεδομένα είναι διαθέσιμα μέσω της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας καθώς και του Ολλανδικού Μετεωρολογικού Ινστιτούτου (ΚΝΜΙ) και αφορούν στοιχεία για τη θερμοκρασία (μέγιστη, ελάχιστή), καθώς και το ύψος της βροχόπτωσης. Θα πρέπει να αναφέρουμε ότι οι 30 αυτοί σταθμοί που χρησιμοποιήθηκαν ανήκουν όλοι στην Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία και είναι τοποθετημένοι σε δημόσια κτήρια, όπως είναι οι εκτάσεις αεροδρομίου με αποτέλεσμα να μην είναι καθαρά αντιπροσωπευτικοί εξ ολοκλήρου του ελλαδικού χώρου, καθώς δεν υπάρχουν μετεωρολογικοί σταθμοί σε δύσβατες περιοχές. Στη συνέχεια, η χωρική ανάλυση των αποτελεσμάτων έγινε με την εισαγωγή τους σε περιβάλλον GIS, όπου και κατασκευάστηκαν οι κλιματικοί χάρτες που παρατίθενται στο Κεφάλαιο 6. Για τη δημιουργία των χαρτών εφαρμόστηκε η μέθοδος της χωρικής παρεμβολής και ειδικότερα, η μέθοδος Kriging, καθώς και η μέθοδος Radial Basic Fuction, για τις τιμές των μελετούμενων παραμέτρων. Επίσης, δημιουργήθηκαν χάρτες για τη χωρική κατανομή των τάσεων για τη μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία και τη βροχόπτωση.

5 4 3. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ Γενικά, η μελέτη του πλανήτη μας γίνεται μέσα από πέντε μεγάλες συνιστώσες: τη λιθόσφαιρα που περιλαμβάνει τη στερεά μορφή της γης, την υδρόσφαιρα που περιλαμβάνει την υγρή μορφή, την ατμόσφαιρα που ασχολείται με την αέρια μορφή της και τη βιόσφαιρα που ασχολείται με το σύνολο των ζωντανών οργανισμών και την κρυόσφαιρα που περιλαμβάνει το σύνολο των παγοκαλυμμάτων του πλανήτη. Παρόλο που γίνεται αναφορά και στις άλλες κατηγορίες, η μελέτη του καιρού και του κλίματος συγκεντρώνεται κυρίως στη συμπεριφορά των αερίων. Η επιστήμη που μελετά την ατμόσφαιρα και τα φαινόμενα τα οποία δρουν εκεί είναι η μετεωρολογία. Ο όρος αυτός συμπεριλαμβάνει τη φυσική, τη χημεία, τη δυναμική της ατμόσφαιρας, καθώς και τις άμεσες επιδράσεις των δυναμικών αιτίων πάνω στην επιφάνεια της γης και γενικότερα στη ζωή. Ο σκοπός της μετεωρολογίας είναι η απόλυτη κατανόηση, η ακριβής πρόβλεψη και ο έλεγχος των ατμοσφαιρικών φαινομένων. Όπως αναφέρεται από τους Μαχαίρα και Μπαλαφούτη (1997), με τον όρο «καιρός» εννοούμε το όνομα το οποίο δίνεται σε συνδυασμό ατμοσφαιρικών φαινομένων, τα οποία εμφανίζονται οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή σε έναν τόπο. Η κατανομή του καιρού στην επιφάνεια της γης σε κάποια χρονική στιγμή μπορεί να δώσει ποικιλία καιρικών καταστάσεων, όπως ηλιόλουστος σ ένα τμήμα της γης, βροχερός σ ένα γειτονικό τμήμα, θυελλώδης σ ένα άλλο κλπ. Πρακτικά, με τον όρο αυτό καλούμε την από μέρα σε μέρα κατάσταση της ατμόσφαιρας και γίνεται αναφορά σε μεταβολές βραχείας διάρκειας στις συνθήκες της θερμότητας, της υγρασίας και της κίνησης του αέρα. Επομένως, ο καιρός προκαλείται από την εξισορρόπηση των διαφορών που εμφανίζονται από την άνιση κατανομή της ηλιακής ενέργειας πάνω στην επιφάνεια του πλανήτη. Ωστόσο, με τον όρο «κλίμα» εννοούμε τις διεργασίες της ανταλλαγής ενέργειας και μάζας μεταξύ της γης και της ατμόσφαιρας μέσα σε μία μεγάλη χρονική περίοδο. Το κλίμα είναι το σύνολο των ατμοσφαιρικών συνθηκών που εμπεριέχουν τη θερμότητα, την υγρασία και την κίνηση του αέρα μέσα σε μεγάλες χρονικές περιόδους. Γίνεται, επίσης, η μελέτη των ακραίων καταστάσεων, οι τάσεις της μεταβολής των κλιματικών παραμέτρων και οι πιθανότητες εξαιρετικών γεγονότων. Τονίζεται ότι το κλίμα είναι ανεξάρτητο από οποιαδήποτε στιγμιαία κατάσταση (Μαχαίρας και Μπαλαφούτης 1997).

6 5 3.1 Αντικείμενο και κλάδοι της Κλιματολογίας Η Κλιματολογία ως επιστήμη συνδυάζει την επιστήμη της Μετεωρολογίας και της Γεωγραφίας. Ασχολείται με τη μελέτη του κλίματος, πιο συγκεκριμένα με το να ανακαλύψει, να περιγράψει και να εξηγήσει τη φύση του κλίματος, καθώς και να προσδιορίσει τις διαφορές του από τόπο σε τόπο. Ακόμα, προσπαθεί να βρει πώς συνδέεται το κλίμα με τα άλλα στοιχεία του φυσικού περιβάλλοντος και με τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Σύμφωνα με τον Φλόκα (1994), η επιστήμη αυτή διακρίνεται στη Θεωρητική και στην Εφαρμοσμένη. Α) Θεωρητική Κλιματολογία: διαιρείται στην Κλιματογραφία, στην Περιγραφική και στη Δυναμική. Κλιματογραφία: έχει σκοπό την παρουσίαση των κλιματικών δεδομένων. Επιτυγχάνεται είτε χαρτογραφικά είτε με τη μορφή πινάκων ή διαγραμμάτων ή με τη μορφή στατιστικών παραμέτρων. Περιγραφική: Ασχολείται με την περιγραφή των κλιμάτων της γης. Δυναμική: Εξετάζει τους νόμους και τα αίτια δημιουργίας των κλιμάτων. Β) Εφαρμοσμένη Κλιματολογία: Ασχολείται με την επιστημονική ανάλυση των κλιματικών δεδομένων. Τα αποτελέσματα της επιστημονικής ανάλυσης χρησιμοποιούνται για την επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με ανάγκες προγραμματισμού και λειτουργικότητας σε τομείς όπως: η Βιομηχανία, η Τεχνολογία, η Δασοπονία, η Γεωλογία η Βιολογία. Έτσι λοιπόν, η Εφαρμοσμένη Κλιματολογία διαιρείται στους εξής κλάδους: Βιοκλιματολογία: Ασχολείται με την επίδραση που διαδραματίζουν οι κλιματικές συνθήκες, πάνω στα έμβια όντα και στα βιολογικά φαινόμενα. Ιατρική και Θεραπευτική Κλιματολογία: Εξετάζει το κλίμα σε σχέση με την υγεία του ανθρώπου. Γεωργική Κλιματολογία: Εξετάζει το κλίμα σε σχέση με τη γεωργική παραγωγή και δραστηριότητα. Ραδιοκλιματολογία: Μελετά τα κλίματα των διαφόρων ατμοσφαιρικών στρωμάτων με τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Εδαφοκλιματολογία: Ασχολείται με την μακροχρόνια μηχανική, χημική και βιολογική επίδραση στη μορφή, στο χρώμα και στη σύνθεση των υλικών μίας εδαφικής επιφάνειας που είναι εκτεθειμένη στην ατμόσφαιρα, στα υδρομετέωρα και στους ατμοσφαιρικούς ρύπους. Επίσης, μελετά τη μετακίνηση και διάβρωση των υλικών που είναι αποτέλεσμα της επίδρασης της θάλασσας, των κινούμενων υδάτων και πάγων, της βροχής και των ανέμων.

7 6 Παλαιοκλιματολογία: Εξετάζει συνθήκες που επικράτησαν στην διάρκεια μεγάλων γεωλογικών περιόδων του παρελθόντος Παράγοντες και στοιχεία του κλίματος Ο καιρός σε ένα ορισμένο σημείο, κατά την διάρκεια μίας σύντομης χρονικής περιόδου, μπορεί να εκφραστεί από τον συνδυασμό διαφόρων φυσικών μεγεθών. Υπάρχουν μεγέθη τα οποία αποκαλούμε ως στοιχεία του καιρού ή μετεωρολογικά στοιχεία καθώς και τα κλιματικά στοιχεία. Ως μετεωρολογικά στοιχεία καλούμε τη θερμοκρασία, την υγρασία του αέρα, την παρουσία ή απουσία του βροχών, τον άνεμο, την ατμοσφαιρική πίεση, την ηλιοφάνεια. Αυτά τα μεγέθη αποδίδουν στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον τις ιδιότητες και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Ως κλιματικά στοιχεία καλούμε τις μέσες τιμές των μετεωρολογικών στοιχείων για μία μεγάλη χρονική περίοδο και είναι στοιχεία όπως η μέση βροχόπτωση σε ένα σταθμό για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα. Τονίζεται ότι κάποια κλιματικά στοιχεία προσδιορίζονται έμμεσα από εξισώσεις (Μαχαίρας και Μπαλαφούτης 1997). Τα στοιχεία του καιρού και του κλίματος υφίστανται τοπικές και χρονικές μεταβολές λόγω της επίδρασης παραγόντων όπως είναι οι εξής: Η ηλιακή ακτινοβολία και το γεωγραφικό πλάτος Η φύση της γήινης επιφάνειας και η φυτοκάλυψη Η γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας και οι ατμοσφαιρικές διαταράξεις Τα θαλάσσια ρεύματα Ο κύκλος του ύδατος στην ατμόσφαιρα Το ανάγλυφο και το υψόμετρο Ο άνεμος και οι αέριες μάζες 3.2 Το κλίμα της Ελλάδας Η γεωγραφική θέση της Ελλάδος αποτελεί ένα κομμάτι της Ευρώπης, βρίσκεται στη βόρεια εύκρατη ζώνη της γης και συγκεκριμένα στην ανατολική λεκάνη της Μεσογείου, δηλαδή θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι το ακρωτήριο της Βαλκανικής χερσονήσου. Είναι χώρα βαλκανική και εισχωρεί βαθιά στα νερά της Μεσογείου δημιουργώντας τοπικά πελάγη όπως το Ιόνιο το Αιγαίο και το Λιβυκό. Η γεωγραφική αυτή θέση έδωσε στη χώρα μας τη δυνατότητα να είναι ο σύνδεσμος της Ευρώπης με τις χώρες της Ασίας και της Αφρικής χαρακτηρίζοντας την ως σταυροδρόμι ή σημείο επαφής των τριών αυτών ηπείρων.

8 7 Λεπτομερέστερα, κοιτώντας το χάρτη παρατηρούμε ότι το βορειότερο σημείο του σημερινού ελλαδικού χώρου είναι το χωριό Ορμένιο και το νοτιότερο σημείο αποτελεί το νησί Γαύδος. Το ανατολικότερο και δυτικότερο σημείο της ελληνικής περιοχής αποτελούν αντίστοιχα τα νησάκια Στρογγυλή και Οθωνοί. Το μεσογειακό κλίμα, η ποικιλομορφία των γεωλογικών υποστρωμάτων, οι δαντελωτές ακτογραμμές με τα χιλιάδες νησιά, οι καθαρές θάλασσες και η υψομετρική διαβάθμιση, το πλούσιο ανάγλυφο με ιδιόμορφο οριζόντιο και κατακόρυφο διαμελισμό δημιούργησαν τις συνθήκες ανάπτυξης μιας ποικιλίας οικοσυστημάτων και βιοτόπων μοναδικών στον κόσμο. Αν και σε έκταση δεν είναι τεράστια (καλύπτει το τετραγωνικά χιλιόμετρα) έχει η φύση καταφέρει να δημιουργήσει μία αναλογία ένα προς τρία μεταξύ ξηράς και θάλασσάς. Αυτό το χαρακτηριστικό αποτελεί σημαντικό δεδομένο για την τελική διαμόρφωση του κλίματος της Ελλάδος. Γενικότερα, η τοπογραφική διαμόρφωση της χώρας έχει μεγάλες διαφορές υψομέτρου, υπάρχουν μεγάλες οροσειρές κατά μήκος της κεντρικής χώρας και άλλοι ορεινοί όγκοι με εναλλαγή ξηράς και θάλασσας. Έτσι, τόσο το ορεινό, όσο και το πεδινό τμήμα δέχονται διαβαθμίσεις και τοποθετούνται σε κατηγορίες ανάλογα με την κατανομή των ισοϋψών. Έχουμε, λοιπόν, τις παρακάτω ισοϋψείς: τις πεδινές με υψόμετρο (0-200 m ), τις ημι-πεδινές με υψόμετρο ( m), τις ημι-ορεινές με υψόμετρο ( m),τις ορεινές με υψόμετρο ( m ) και τέλος, τις υπό-αλπικές με υψόμετρο ( m ) και τις αλπικές περιοχές με (υψόμετρο > 2000m). Βλέπουμε, λοιπόν, ότι οι συνδυασμοί του αναγλύφου με τη θέση της κάθε περιοχής αποτελούν σημαντικό παράγοντα για τη διαμόρφωση του κλίματος, καθώς τα ποικίλα χαρακτηριστικά επιτρέπουν να δανείζεται στοιχεία από τις γείτονες χώρες. Στα βόρεια τμήματα της χώρας έχουμε παρόμοιο κλίμα με αυτό της ΝΑ Ευρώπης ενώ στα νότια τμήματα της, επειδή εκτείνονται βαθιά μέσα στη Μεσόγειο επικρατεί το Μεσογειακό κλίμα. Όταν λέμε Μεσογειακό κλίμα εννοούμε ήπιους και υγρούς χειμώνες και σχετικά θερμά και ξηρά καλοκαίρια. Γενικά, μακρές περίοδοι ηλιοφάνειας κατά τη μεγαλύτερη διάρκεια του έτους. Το κύριο κλίμα που επικρατεί είναι το μεσογειακό παρουσιάζοντας, όμως, ποικιλία και διαφορετικά χαρακτηριστικά ανά περιοχή λόγω της τοπογραφικής διαμόρφωσης της χώρας. Λόγω των πεδιάδων στην Αττική και ανατολική Ελλάδα παρατηρείται ξηρό κλίμα, ενώ οι οροσειρές και τα βουνά της Δυτικής και Βόρειας Ελλάδας μετατρέπουν το κλίμα σε πιο υγρό. Γενικότερα, παρατηρούνται κλιματικές διαφορές ανάμεσα σε κοντινές περιοχές, το οποίο εμφανίζεται σε λίγες μόνο χώρες σε όλο τον κόσμο.

9 8 Τα κλιματολογικά φαινόμενα είναι αυτά που χωρίζουν το έτος σε δύο κυρίως εποχές με συγκεκριμένα επίπεδα υγρασίας και θερμοκρασίας ονομάζοντάς τες ως χειμερινή και καλοκαιρινή περίοδο. Από τα μέσα του Οκτωβρίου μέχρι το τέλος Μαρτίου έχουμε την ψυχρή και βροχερή περίοδο με τον Ιανουάριο και Φεβρουάριο να αποτελούν τους ψυχρότερους μήνες. Η μέση ελάχιστη θερμοκρασία αυτή την περίοδο κυμαίνεται από 5-10 C. Βέβαια, αυτές οι θερμοκρασίες είναι προσεγγιστικές, καθώς ανάλογα την περιοχή και τη χρονιά παρατηρούνται μικρές αυξομειώσεις. Γενικότερα, στις παραθαλάσσιες περιοχές η θερμοκρασία κυμαίνεται από 0-5 ο C, ενώ στις ηπειρωτικές περιοχές η μέση θερμοκρασία αλλάζει και παρατηρούνται χαμηλότερες θερμοκρασίες με κάποιες περιοχές, κυρίως βορεινές, κάτω από το μηδέν. Ακόμα, έχει παρατηρηθεί ότι οι βροχές στη χώρα μας δεν διαρκούν πολύ για τη χειμερινή περίοδο, καθώς και το φαινόμενο της συννεφιάς δεν διαρκεί για πολλές ημέρες, όπως είναι σε άλλες περιοχές της Γης. Οι χειμερινές κακοκαιρίες διακόπτονται συχνά κατά τον Ιανουάριο και το πρώτο δεκαπενθήμερο του Φεβρουαρίου, καθώς έχουμε και ηλιόλουστες μέρες ή αλλιώς όπως τις αποκαλούμε «Αλκυονίδες ημέρες». Συγκεκριμένα, έχουμε πιο ήπιο χειμώνα στα νησιά του Αιγαίου και του Ιονίου από ότι στη Βόρεια και Ανατολική Ελλάδα. Από τον Απρίλιο μέχρι τον Οκτώβριο η διαμόρφωση του κλίματος μεταβάλλεται και χαρακτηρίζεται ως θερμή, αφού οι θερμοκρασίες είναι μεγαλύτερες με συνέπεια εμφάνιση ξηρασίας και ανομβρίας. Ωστόσο βασικό χαρακτηριστικό αποτελεί η σταθερότητα στο επίπεδο των θερμοκρασιών. Ο ουρανός είναι σχεδόν σε καθημερινή βάση αίθριος, ο ήλιος λαμπερός και δεν βρέχει εκτός από σπάνια διαλείμματα με ραγδαίες και μικρής διάρκειας βροχές ή καταιγίδες. Μέσα σε αυτούς τους μήνες, η καλοκαιρινή περίοδος εμφανίζει τα θερμότερα επίπεδά της κυρίως στο τελευταίο δεκαήμερο του Ιουλίου και το πρώτο του Αυγούστου με μέσες μέγιστες τιμές τη θερμοκρασίας να κυμαίνονται από ο C. Οι υψηλές αυτές θερμοκρασίες έρχονται σε ένα βαθμό σε ισορροπία με τη δροσερή θαλάσσια αύρα στις παράκτιες περιοχές της χώρας, αλλά και τους βόρειους ανέμους που πνέουν κυρίως στο Αιγαίο και που καλούνται ετήσιες ή μελτέμια. Από μία γενικότερη εικόνα του κλίματος τα τελευταία χρόνια, παρατηρούμε ότι η διάρκεια των εποχών έχει αλλάξει καθώς οι ημερομηνίες έναρξης κάθε εποχής έχουν μεταβληθεί σε σχέση με την αρχική τους. Συγκεκριμένα η διάρκεια της άνοιξης είναι μικρή καθώς ο χειμώνας έχει μεγαλύτερη διάρκεια, ενώ το καλοκαίρι αρχίζει νωρίτερα. Το φθινόπωρο είναι μακρύ και θερμό και τις περισσότερες φορές έχει μεγαλύτερη διάρκεια στη Νότια Ελλάδα, έως και τα μέσα του Δεκεμβρίου (Φλόκας 1994;

10 9 3.3 Θερμοκρασία 1 Η θερμοκρασία του αέρα εκφράζει τη θερμική κατάσταση αυτού και αντιπροσωπεύει τη μέση κινητική ενέργεια των μορίων του αέρα (δηλαδή οι υψηλότερες κινήσεις δείχνουν ταχύτερη κίνηση των μορίων). Η ημερήσια πορεία της θερμοκρασίας παρουσιάζει συνήθως απλή κύμανση, με μέγιστο 1-2 ώρες μετά την μεσουράνηση του Ηλίου και ελάχιστο λίγα λεπτά μετά την ανατολή. Η διαφορά μεταξύ μεγίστου και ελαχίστου της ημερήσιας κύμανσης ονομάζεται ημερήσιο θερμοκρασιακό εύρος. Αυτό ελαττώνεται από τον Ισημερινό προς τους πόλους και είναι μεγαλύτερο πάνω από της ηπείρους παρά πάνω από θάλασσες. Στο Βόρειο Ημισφαίριο, η ετήσια πορεία της θερμοκρασίας παρουσιάζει, εκτός των μουσωνικών περιοχών, συνήθως απλή κύμανση με ένα μέγιστο τον Ιούλιο πάνω από τις ηπειρωτικές περιοχές και τον Αύγουστο πάνω από τις θαλάσσιες περιοχές, ενώ παρουσιάζει ένα ελάχιστο κατά τον Ιανουάριο πάνω από ηπειρωτικές περιοχές και τον Φεβρουάριο πάνω από θαλάσσιες περιοχές. Η διαφορά μεταξύ μεγίστου και ελαχίστου στην ετήσια πορεία ονομάζεται ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος. Η θερμοκρασία μετριέται με τη βοήθεια ειδικών μετεωρολογικών θερμομέτρων και η διάκριση γίνεται μεταξύ δύο τύπων: Θερμόμετρα θερμικής διαστολής (θερμόμετρα, μεταλλικά θερμόμετρα): Έχουμε το υδραργυρικό θερμόμετρο απλής ένδειξης (μεγιστοβάθμιο υδραργυρικό θερμόμετρο, ελαχιστοβάθμιο οινοπνευματικό θερμόμετρο) και το διμεταλλικό θερμόμετρο. Τα είδη αυτά διαφέρουν μεταξύ τους όσο αφορά τον τρόπο σχεδίασης τους και τον τρόπο χρήσης τους. Θερμόμετρα ηλεκτρικής αντίστασης: Η μέτρηση της θερμοκρασίας γίνεται με τη βοήθεια μεταλλικών θερμοαντιστάσεων, όπου έχουμε τη μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασής ενός υλικού σε συνάρτησης με τις αντίστοιχες μεταβολές της θερμοκρασίας. Η κατασκευή των θερμομέτρων αυτών γίνεται από πλατίνα, νίκελ ή χαλκό. Επίσης, έχουμε τους θερμοημιαγωγούς που είναι πολύ περισσότερο ευαίσθητοι στις μεταβολές της θερμοκρασίας από ότι τα μέταλλα. Έτσι οι θερμοημιαγωγοί χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή θερμομέτρων ηλεκτρικής αντίστασης στα οποία τα αισθητήρια της θερμοκρασίας είναι ημιαγωγοί από κεραμικά υλικά. 1 Πληροφορίες από τις σημειώσεις του εργαστηριακού μαθήματος «Κλιματολογία και Κλιματικές Μεταβολές Εργαστηρικές Ασκήσεις», Νάστος Π., Κ. Ελευθεράτος και Μ. Χατζάκη, 2017,

11 10 Ένα χαρακτηριστικό το οποίο έχει η θερμοκρασία είναι ότι η μέτρηση της γίνεται πάντα υπό σκιά και εντός του μετεωρολογικού κλωβού. Σήμερα η μέτρηση της μέσης ημερήσιας θερμοκρασίας υπολογίζεται από τη σχέση T = (T 8 + T 14 + T 20 + T 20 )/4. Ακόμα, ο υπολογισμός της μέσης ημερήσιας θερμοκρασίας γίνεται με τη σχέση Τ = (Τ max + Τ min )/2 Τέλος, οι μονάδες μέτρησης της θερμοκρασίας βασίζονται σε τρεις κατηγορίες κλιμάκων: Η κλίμακα Celsius (1742): Το σημείο βρασμού του ύδατος είναι στους 100 ο C, ενώ το σημείο πήξης του νερού είναι στους 0 ο C. Η κλίμακα Fahrenheit (1714): Το σημείο βρασμού του ύδατος στους 212 ο F, ενώ το σημείο πήξης του νερού είναι στους 32 ο F. Η κλίμακα Kelvin (1850): Το σημείο βρασμού του ύδατος είναι στους 373,15 Κ ενώ το σημείο πήξης του νερού είναι στους 273,15 Κ. Η σχέση που συνδέει και τις τρείς κλίμακες μεταξύ τους είναι οι παρακάτω: C o 5 = Fo 32 9 C o = K Βροχόπτωση Με τον όρο βροχή καλούμε την πιο κοινή μορφή του υετού και ουσιαστικά αποτελείται από υδροσταγόνες που βρίσκονται σε υγρή κατάσταση. Η βροχή αποτελεί μία από τις σπουδαιότερες μετεωρολογικές παραμέτρους. Οι παράμετροι από τις οποίες εξαρτάται η βροχή καλούνται βροχομετρικές και είναι οι εξής: Ύψος βροχής: Στη βροχή το σημαντικότερο στοιχείο είναι η ποσότητα του νερού που πέφτει στην επιφάνεια της γης σε ημερήσια, εποχική και ετήσια βάση. Εκφράζεται ως το ύψος που θα έφτανε η στάθμη του νερού της βροχής στο αντίστοιχο χρονικό διάστημα, αν έπεφτε πάνω σε μία οριζόντια επιφάνεια θεωρώντας ότι δεν υπάρχει απορροή, απορρόφηση και εξάτμιση. Το ύψος βροχής προσδιορίζεται με τα βροχόμετρα και τους βροχογράφους. Είναι αποδεκτό ότι ένα χιλιοστό βροχής σε επιφάνεια ενός τετραγωνικού μέτρου ισοδυναμεί µε ένα λίτρο νερού. Σήμερα στις μελέτες του αστικού κλίματος η βροχόπτωση εκφράζεται απευθείας σε λίτρα ανά τετραγωνικά μέτρα.

12 11 Ένταση βροχής: Εκφράζεται με την ποσότητα της βροχής ανά μονάδα χρόνου, συνήθως σε ένα 24ωρό. Η ένταση της βροχής σχετίζεται άμεσα με την αποτελεσματικότητα της, διότι επηρεάζει τη συγκέντρωση του πλεονάζοντος ποσού βροχής στην επιφάνεια του εδάφους. Διάρκεια βροχής: Εκφράζεται ως το χρονικό διάστημα που βρέχει σε μία περιοχή. Η βροχόπτωση είναι ένα ασυνεχές μέγεθος και δεν είναι δυνατόν να βρέχει την ίδια στιγμή σε όλο τον πλανήτη. Αριθμός ημερών βροχής: Είναι ο αριθμός των ημερών που σημειώνεται βροχή σε ένα τόπο και σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Στην στατιστική θεωρούνται σημαντικές οι βροχές πάνω από 0,1mm. Ωστόσο, μπορούμε να διακρίνουμε την πορεία της βροχής ως προς την ημερήσια πορεία της σε τρείς τύπους: Θαλάσσιος τύπος: Τον συναντάμε σε περιοχές με θαλάσσια επίδραση και παρουσιάζει ένα μέγιστο κατά την διάρκεια των νυχτερινών ή πρωινών πρώτων ωρών. Το μέγιστο αυτό αποδίδεται στο ότι η θερμοκρασία του αέρα αμέσως πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας δεν κατέχεται πολύ κατά την νύχτα εξαιτίας της επαφής του με τη θερμότερη υποκείμενη υδάτινη επιφάνεια, ενώ τα αμέσως υπερκείμενα στρώματα ψύχονται περισσότερο λόγω ακτινοβολίας. Η νυχτερινή αυτή αστάθεια ενισχύει τις μετωπικές βροχές πάνω από τη θάλασσα ή και τις δημιουργεί αν είναι ισχυρή. Ηπειρωτικός τύπος: Το μέγιστο της περιοχής σημειώνεται κατά τις απογευματινές ώρες κατά ή λίγο μετά το μέγιστο της θερμοκρασίας. Η υπερθέρμανση του αέρα εξαιτίας της θέρμανσης του υποκείμενου εδάφους οδηγεί σε ανοδικές κινήσεις και ψύξη του αέρα. Τέτοιου είδους τύπος παρατηρείται κυρίως σε ηπειρωτικές περιοχές κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Πολύπλοκος τύπος: Αυτός ο τύπος είναι συνδυασμός των παραπάνω και παρουσιάζει αποκλίσεις. Μερικοί τύποι μπορεί να εμφανίζουν και τις δύο περιπτώσεις μεγίστων (νυχτερινό, απογευματινό), ενώ άλλοι είναι δυνατόν να εμφανίζουν θαλάσσιο τύπο το χειμώνα και ηπειρωτικό τύπο το καλοκαίρι. Στη συνέχεια, θέλοντας να μιλήσουμε για το βροχομετρικό σύστημα, το οποίο είναι η ετήσια πορεία της βροχής σε μία περιοχή και αποτελεί το θεμελιώδεις κλιματικό στοιχείο, ιδιαίτερα εκεί που τα ετήσια ύψη βροχής είναι αρκετά μικρά ή αρκετά μεγάλα. Οι πιο σημαντικοί τύποι των βροχομετρικών συστημάτων στην επιφάνεια του πλανήτη είναι: Θαλάσσιο: Το συναντάμε πάνω από τους ωκεανούς όπου το μέγιστο των βροχών σημειώνεται κατά το φθινόπωρο και το χειμώνα. Σ αυτές τις εποχές

13 12 οι θαλάσσιες αέριες μάζες είναι θερμότερες και πλουσιότερες σε υδρατμούς από το περιβάλλον. Ηπειρωτικό: Το συναντάμε στο εσωτερικό των ηπείρων. Χαρακτηρίζετε από πολλές θερινές βροχές και για την χειμερινή περίοδο από ξηρασία. Μεσογειακό ή υποτροπικό: Το συναντάμε σε περιοχές με μεσογειακό κλίμα. Το μέγιστο και ελάχιστο των βροχών σημειώνεται κατά το χειμώνα και το καλοκαίρι, αντίστοιχα. Επικρατεί γενικά στα προς τους πόλους όρια των ζωνών υψηλών πιέσεων (ξηρασίας) των υποτροπικών περιοχών. Μουσσωνικό: Σε περιοχές μουσσωνικό τύπο κλίματος, με κύριο χαρακτηριστικό του τις άφθονες θερινές βροχές και τη χειμερινή ξηρασία. Ακόμα το συναντάμε και στα δυτικά των ηπείρων των τροπικών γεωγραφικών πλατών. Ισημερινό: Σε περιοχές που βρίσκονται ανάμεσα στον Ισημερινό και τους παράλληλους 10 ο Β και 10 ο Ν. Σημειώνονται δύο μέγιστα κατά τις ισημερίες (περίπου 21 Μαρτίου και 23 Σεπτεμβρίου). Τροπικό: Χαρακτηρίζεται από ένα μέγιστο βροχής κατά το θέρος του κάθε ημισφαιρίου όταν ο ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του τόπου ή λίγο αργότερα, καθώς και από ένα ελάχιστο που σημειώνεται κατά το χειμώνα. Τέλος, προκειμένου να μετρήσουμε τη βροχή χρησιμοποιούνται όργανα που ονομάζονται βροχόμετρα, ενώ τα αυτογραφικά ονομάζονται βροχογράφοι. Τα δεδομένα που προέρχονται από επίγειες παρατηρήσεις είναι ανεπαρκή για χρήση σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακρίβεια ή στην πρόγνωση έντονων βροχοπτώσεων που μπορούν να προκαλέσουν πλημμύρες και καταστροφές. Για αυτό το σκοπό εφαρμόζεται η τηλεπισκόπηση, δηλαδή η παρατήρηση φαινομένων και λήψη πληροφορίας από απόσταση με τη χρήση τηλεσκοπικών συστημάτων, όπως είναι τα μετεωρολογικά ραντάρ και οι μετεωρολογικοί δορυφόροι.

14 13 4. ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (GIS) 2 Το Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (Γ.Σ.Π.) είναι μία οργανωμένη συλλογή μηχανικών υπολογιστικών συστημάτων (hardware), λογισμικών συστημάτων (software), χωρικών δεδομένων ανθρωπίνου δυναμικού, με σκοπό τη συλλογή, καταχώρηση, ενημέρωση, διαχείριση, ανάλυση και απόδοση, κάθε μορφής πληροφορίας που αφορά στο γεωγραφικό περιβάλλον (Κουτσόπουλος 2005). Πιο συγκεκριμένα, σύμφωνα με τον Burrough (1983), τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών αντιπροσωπεύουν «ένα ισχυρό σύνολο εργαλείων για την συλλογή, αποθήκευση, ανάληψη ανά πάσα στιγμή, μετασχηματισμό και απεικόνιση χωρικών στοιχείων του πραγματικού κόσμου». Επομένως, ένα Γ.Σ.Π.: Έχει τη δυνατότητα να αποθηκεύσει, να διαχειριστεί και να ενσωματώσει μεγάλο όγκο χωρικών στοιχείων. Αποτελεί το πιο κατάλληλο εργαλείο χωρικής ανάλυσης, εστιαζόμενο ειδικά στην χωρική διάσταση των στοιχείων. Αποτελεί ένα πολύ αποτελεσματικό μηχανισμό για την επίλυση χωρικών προβλημάτων μέσα από την οργάνωση, διαχείριση και μετασχηματισμό μεγάλου όγκου στοιχείων, έτσι ώστε η πληροφορία να είναι προσιτή σε όλους τους χρήστες. Ένα Γ.Σ.Π. αποτελείται από τρία βασικά συστατικά τα οποία βρίσκονται σε συνεχή ισορροπία και αλληλεξάρτηση. Τα τρία αυτά μέρη είναι: Τα μηχανήματα (hardware) που αποτελούνται από την κεντρική μονάδα (CPU), τα περιφερειακά και το τερματικό (V.D.U), Οι αλγόριθμοι (software) που κατηγοριοποιούνται σε έξι βασικές ομάδες (Λογισμικό Εισαγωγικής και Επαλήθευσης στοιχείων, Λογισμικό Αποθήκευσης και Διαχείρισης στοιχείων, Λογισμικό Μετασχηματισμού στοιχείων, Λογισμικό Παρουσίασης, Λογισμικό Αναζητήσεων και Λογισμικό Ανάλυσης Χώρου. Τα διαθέσιμα (resourseware), καλούνται να μετατρέψουν τα στοιχεία σε πληροφορία και χρησιμοποιούνται προκειμένου να ληφθούν χρήσιμες πληροφορίες για το σύνολο των λογισμικών ενός Γ.Σ.Π. Τέλος, τα στάδια και οι διαδικασίες σ ένα Γ.Σ.Π. παρουσιάζονται στο παρακάτω σχήμα όπου φαίνονται οι σχέσεις των σταδίων και των διαδικασιών 2 Στοιχεία για την περιγραφή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών καθώς τον μεθόδων χωρικής παρεμβολής έχουν ληφθεί από τις σημειώσεις «Αντικείμενο της χωρικής ανάλυσης» πού έχουν αναρτηθεί στον ιστότοπο: %2F02_chapter_1.pdf

15 14 μέσα στο Γ.Σ.Π. Οι τρείς βασικές διαδικασίες για την ολοκλήρωση και την εφαρμογή των Γ.Σ.Π. είναι: Ο καθορισμός του προβλήματος. Η διαδικασία από στοιχεία σε πληροφορία. Τα συμπεράσματα που παρουσιάζει το κάθε ένα. Σχήμα 1: Απεικόνιση των σταδίων και των διαδικασιών σε ένα Γ.Σ.Π. (Κουτσόπουλος 2005) 4.1 Χωρική Ανάλυση Η χωρική ανάλυση (spatial analysis) είναι συνδεδεμένη με τα Γ.Σ.Π. και τη Γεωπληροφορική. Αποτελεί ένα τομέα βασικής και εφαρμοσμένης έρευνας όπου κατά τη διάρκεια της ανάλυσης των δεδομένων λαμβάνεται υπόψη και η χωρική πληροφορία των δεδομένων. Ωστόσο, υπάρχει σύγχυση των βασικών εννοιών μεταξύ τους. Σε διεθνές επίπεδο, η χωρική ανάλυση έχει ως αντικείμενο την ποσοτική γεωγραφία και την ανάλυση δεδομένων με ποσοτικές μεθόδους με αποτέλεσμα να εφαρμόζεται κυρίως σε επιστήμες που ασχολούνται με την ανάλυση στατιστικών δεδομένων και τη χρήση της γεωγραφικής αναφοράς. Η χωρική ανάλυση προκειμένου να αποδώσει τις θεωρητικές πληροφορίες, χρησιμοποιεί τα λογισμικά και γλώσσας προγραμματισμού. Τα μαθηματικά, οι αλγόριθμοι και οι στατιστικές μέθοδοι είναι αυτά που βοηθούν το χρήστη ώστε να λάβει την πληροφορία. Η χωρική ανάλυση τα τελευταία χρόνια έχει παρουσιάσει άνθηση στον τομέα της πληροφορικής και της στατιστικής, εξαιτίας των θεωρητικών και των τεχνικών προκλήσεων που έχουν δημιουργηθεί, καθώς και του μεγάλου όγκου των δεδομένων. Όλα αυτά γίνονται προκειμένου να λάβουμε τις απαραίτητες πληροφορίες και συμπεράσματα. Τέλος, η εξόρυξη δεδομένων (data mining) και η

16 15 ανάλυση μεγάλων δεδομένων (big data analysis) βοηθούν προκειμένου η χωρική ανάλυση να ανανεωθεί με νέες μεθόδους και πεδία εφαρμογών. 4.2 Βασικές αρχές χωρικής ανάλυσης Η χωρική ανάλυση αποτελεί μέρος της ποσοτικής γεωγραφίας και χρησιμοποιεί την επιστημονική μέθοδο προκειμένου να μελετήσει όσο το δυνατόν καλύτερα το χωρικό φαινόμενο. Η ποσοτική γεωγραφία περιλαμβάνει τις παρακάτω δραστηριότητες: Την ανάλυση των αριθμητικών χωρικών δεδομένων. Την ανάπτυξη της χωρικής θεωρίας. Τον ορισμό και τον έλεγχο μαθηματικών μοντέλων χωρικών διεργασιών. Στις μεθόδους ποσοτικής γεωγραφίας αυτό που μας ενδιαφέρει είναι η μεγιστοποίηση της γνώσης για μία χωρική διεργασία με όσο το δυνατό μικρότερο σφάλμα. Ωστόσο, τι είναι η χωρική ανάλυση; Σύμφωνα με τον Unwin (1981) ένας γενικός ορισμός για τη χωρική ανάλυση είναι η μελέτη της κατανομής των σημείων, γραμμών, περιοχών και επιφανειών ενός χάρτη. Δηλαδή είναι η επιστήμη που ασχολείται με τα χωρικά στοιχεία ενός Γ.Σ.Π. Σύμφωνα, όμως, με τους Balley και Gatrell (1995), η χωρική ανάλυση ορίζεται ως η ποσοτική ανάλυση-μελέτη των χωρικών φαινομένων που βρίσκονται στο γεωγραφικό χώρο. Λόγω του μεγάλου εύρους του όρου «χωρική ανάλυση» οι χρήστες της χωρικής ανάλυσης επιλέγουν να εξειδικευτούν στην ανάλυση χωρικών δεδομένων. Η ανάλυση χωρικών δεδομένων ασχολείται με τις καταστάσεις των διαθέσιμων δεδομένων παρατήρησης για κάποιο φαινόμενο που συμβαίνει στο γεωγραφικό χώρο και εξετάζει μοντέλα, μεθόδους και τεχνικές προκειμένου να περιγράψει ή να ερμηνεύσει τη συμπεριφορά του φαινομένου που εξετάζουμε και πιθανόν να δώσει τη σχέση του με άλλα χωρικά φαινόμενα. 4.3 Εφαρμογές της χωρικής ανάλυσης Για τον Ελλαδικό χώρο, η χωρική ανάλυση είναι ευρέως διαδεδομένη σε διεθνές επίπεδο και υπάρχει ποικιλία στο κομμάτι της βιβλιογραφίας. Γνωρίζουμε ότι στον ελλαδικό χώρο η χωρική ανάλυση εφαρμόζεται τόσο στην ανθρωπογεωγραφία, όσο και στη φυσική γεωγραφία. Ακόμα, μία μεγάλη κατηγορία της χωρικής ανάλυσης αφορά στις κοινωνικές επιστήμες κυρίως σε κοινωνικοοικονομικά ζητήματα (εισόδημα, ανεργία, περιφερειακή ανάπτυξη). Άλλες σημαντικές κατηγορίες όπου

17 16 ασχολούνται με τη χωρική ανάλυση είναι η οικονομία, η υγεία, η φυσική γεωγραφία, η κλιματολογία. Ένα παράδειγμα της χωρικής ανάλυσης στην κλιματολογία αποτελεί η εφαρμογή χωρικής παρεμβολής για την αποτύπωση της μεταβλητότητας του κλίματος στην Ελλάδα με τη μορφή ψηφιακών χαρτών. Τέλος, η ανάπτυξη της χωρικής ανάλυσης στο τομέα της ποσοτικής γεωγραφίας οφείλεται στην εξέλιξη και ανάπτυξη του τομέα της πληροφορικής και του διαδικτύου. 4.4 Χωρική παρεμβολή Η χωρική παρεμβολή αποτελεί μια διαδικασία εκτίμησης της τιμής ενός χαρακτηριστικού σε σημεία που δεν ανήκουν στο δείγμα, με βάση τις μετρήσεις στα σημεία του δείγματος. Τα σημεία του δείγματος μπορούν να προσδιοριστούν ως σημεία στο χώρο και στο χρόνο σε διάφορες τοποθεσίες. Επομένως, η παρεμβολή δεν είναι αναγκαίο να προσδιοριστεί σε μία ή δύο διαστάσεις, αν και η πιο κοινή εφαρμογή είναι η προσομοίωση πεδίου δύο διαστάσεων. Υπάρχουν συνεχώς αυξανόμενα δεδομένα και προσεγγίσεις που χρησιμοποιούν πολυδιάστατες μεθόδους παρεμβολής. Είναι αποδεκτό ότι οι τρείς διαστάσεις αποτελούν το πιο κοινό χαρακτηριστικό όλων των γεωσφαιρών και οι ιδιότητες τους απεικονίζονται από μονοδιάστατα, ανυσματικά ή τασικά φυσικά πεδία μετρώνται σε διαστάσεις (x,y,z) και συχνά επαναλαμβάνονται στο χρόνο. Επιπλέον, νέες προσεγγίσεις έχουν δείξει ότι η ενσωμάτωση μίας πρόσθετης μεταβλητής επηρεάζει την προσομοίωση και βελτιώνει τα αποτελέσματα της παρεμβολής, έτσι ώστε οι πολυμετρικές μέθοδοι αντικαθίστανται από σύγχρονες έρευνες. Στόχος της χωρικής παρεμβολής είναι να προσδιορίσει το πρόβλημα και να προσπαθήσει να βρει μία μαθηματική συνάρτηση, η οποία θα επιβεβαιώνεται για τα σημεία στα οποία έχουμε δεδομένα και υπάρχει ακρίβεια στις τιμές των σημείων όπου τα αρχικά δεδομένα ήταν ελλιπή. Προκειμένου να γίνει αυτό χρησιμοποιείται μία σειρά από μεθόδους που προσπαθούν να βρουν με ακρίβεια την παρεμβολή στα υπάρχοντα δεδομένα και την ακρίβεια της εκτίμησης των τιμών αυτών στα σημεία όπου δεν έχουμε δεδομένα, έτσι οδηγούμαστε στη χρήση μεθόδων που ασχολούνται με τη μαθηματική λογική. Στα σημεία όπου έχουμε μετρήσεις η ακρίβεια και η αξιοπιστία είναι μεγαλύτερη από ότι στα σημεία όπου έχουμε έλλειψη στοιχείων και αυτό διότι πολλά στοιχεία περιέχουν συγκεκριμένα επίπεδα θορύβου (αβεβαιότητα, σφάλματα) που πρέπει να εξομαλυνθούν (απαλοιφή ή ελαχιστοποίηση) για καλύτερα αποτελέσματα.

18 17 Συνεπώς, η ακρίβεια μιας μεθόδου παρεμβολής η οποία είναι κατάλληλη για προσομοίωση του τοπογραφικού ανάγλυφου θα πρέπει να διέπεται από μία σειρά από ιδιότητες: ικανοποιητική ακρίβεια και αξιοπιστία των υπό εξέταση φαινόμενων, σύνθεση πολλαπλών διαστάσεων, εφαρμοσιμότητα σε δεδομένα από διαφορετικές πηγές (π.χ. καμπύλες, τηλεανίχνευση, γεωδαιτικές μεθόδους κλπ.), εφαρμοσιμότητα σε ογκώδεις βάσεις δεδομένων, υπολογιστική ικανότητα, σχετική ευκολία στη χρήση. Σύμφωνα με τις παραπάνω ιδιότητες είναι δύσκολο να βρεθεί μία ικανοποιητική πολυχρηστική μέθοδος, η οποία να πληροί όλες τις παραπάνω απαιτήσεις για ένα εύρος γεωαναφερμένων πληροφοριών. Έτσι, λοιπόν, η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου για μία συγκεκριμένη εφαρμογή είναι ιδιαίτερα σημαντική, καθώς διαφορετικές μέθοδοι θα δώσουν διαφορετικές χωρικές απεικονίσεις και ασάφεια στην κατανόηση και στην προσομοίωση του φαινομένου που εξετάζουμε. Η χρήση ακατάλληλων μεθόδων ή λανθασμένων παραμέτρων μπορεί να δώσει ένα λανθασμένο μοντέλο χωρικής κατανομής και τελικά να οδηγήσει τον ερευνητή σε λανθασμένες αποφάσεις λόγω της ανακρίβειας των πληροφοριών. Έτσι, λοιπόν, για να είναι επιτυχημένη η εφαρμογή της κατάλληλης μεθόδου παρεμβολής θα πρέπει να είναι επαρκής η γνώση και η σύγκριση των διαθέσιμων μεθόδων, προκειμένου με τη διαδικασία δοκιμής λάθους που περιλαμβάνει προχωρημένη απεικόνιση και ψηφιακή ανάλυση τοπογραφικού ανάγλυφου να εντοπισθούν τα λάθη στην παρεμβολή και στις γεωμετρικές στρεβλώσεις.

19 Μέθοδοι παρεμβολής Οι μέθοδοι παρεμβολής (Interpolation methods) που βρίσκονται στα διαθέσιμα λογισμικά ποικίλουν. Τα εξειδικευμένα λογισμικά συνήθως παρέχουν πληθώρα μεθόδων και επιλογών παραμέτρων για τη βελτιστοποίηση του εξαγόμενου αποτελέσματος της παρεμβολής. Πιο ολοκληρωμένα ισχυρά λογισμικά περιλαμβάνονται και στα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS), στα οποία η παρεμβολή αποτελεί μέρος ενός ευρύτερου πεδίου επιλογών και εργαλείων χωρικής ανάλυσης. Οι σημαντικότερες από αυτές τις μεθόδους ανήκουν σε τρείς κατηγορίες μεθόδων παρεμβολής: 1. μέθοδος των τοπικών εκτιμήσεων (local neighbourhood), 2. οι γεωστατικές μέθοδοι kriging 3. οι μέθοδοι γενικευμένων προσεγγίσεων Παρεμβολή τοπικής γειτνίασης Οι μέθοδοι τοπικής εκτίμησης (local estimation) βασίζονται στην υπόθεση, ότι κάθε διακριτό σημείο επηρεάζει τις τιμές των γειτονικών του σημείων, μέχρι μία ορισμένη απόσταση μεταξύ τους. Η απουσία των δειγματοληπτικών δεδομένων για τις τιμές των σημείων υπολογίζεται από συναρτήσεις με διαφορετικές παραμέτρους. Η σύνδεση μεταξύ αυτών των συναρτήσεων προσδιορίζεται μόνο προσεγγιστικά. Η συνάρτηση παρεμβολής υπολογίζεται με ποικίλους και διάφορους τρόπους μεταξύ των διαθέσιμων μεθόδων εκτίμησης. Οι συνηθέστεροι μέθοδοι παρεμβολής τοπικής γειτνίασης (local neighborhood interpolation) είναι: 1. Η σταθμισμένη παρεμβολή αντίστροφης απόστασης (inverse distance weighted interpolation IDW) 2. Η παρεμβολή φυσικής γειτνίασης (natural neighborhood interpolation) 3. Η παρεμβολή ακανόνιστου τριγωνικού δικτύου (triangulated irregular network interpolation TIN). Οι παραπάνω μέθοδοι είναι αρκετά γρήγορες, αλλά το μειονέκτημα τους είναι ότι χρησιμοποιούνται για δεδομένα με ετερογενή χωρική πυκνότητα, έχοντας συχνά μειωμένη ακρίβεια και ανεπιθύμητα τεχνητά δεδομένα παρεμβολής. Για παράδειγμα, η μέθοδος IDW δημιουργεί φαινόμενα τοπικών ακραίων τιμών (bull s - eye), ενώ η μέθοδος TIN είναι αρκετά ευαίσθητη στον τριγωνισμό (triangulation) Γεωστατικές μέθοδοι χωρικής συσχέτισης Οι αρχές που συνδέουν τη γεωστατιστική με τη χωρική παρεμβολή αναπτύχθηκαν αρχικά από τον Matheron (1971, 1981) ως «θεωρία των περιφερειοποιημένων μεταβλητών (regionalized variables)» και από τον Krige τη

20 19 δεκαετία του 1950 ως μία βέλτιστη μέθοδος παρεμβολής για την εκτίμηση των αποθεμάτων ενός λατομείου από τον οποίο πήρε και το όνομα της. Τα κύρια πλεονεκτήματα της μεθόδου Kriging είναι: η στατιστική ποιότητα των προβλέψεών της (π.χ. έλλειψη εξαρτήσεων) και η ικανότητά της να προβλέπει τη χωρική κατανομή της αβεβαιότητας. Είναι αποδεκτό ότι η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές της βιομηχανίας πετρελαίου, στη γεωχημεία, στην εδαφολογία, σε περιβαλλοντικές εφαρμογές και γενικότερα σε πεδία των οποίων οι στατιστικές ιδιότητες έχουν μεγάλη σημασία. Τα κύρια μειονεκτήματα της μεθόδου Kriging είναι: Λιγότερο επιτυχής σε περιπτώσεις όπου η τοπική γεωμετρία και η ομαλότητα της επιφανείας αποτελούν κομβικά σημεία, με αποτέλεσμα άλλες μέθοδοι να θεωρούνται ανταγωνιστικότερες ή ακόμα και αποτελεσματικότερες. Ένα άλλο πρόβλημα με αυτή τη μέθοδο είναι οι υψηλές υπολογιστικές απαιτήσεις για μεγάλες βάσεις δεδομένων, που συχνά οδηγεί σε δύσκολα εκτιμώμενα βαριογράμματα, και απαιτεί αρκετή εμπειρία από το χρήστη για να πραγματοποιήσει κρίσιμες και σημαντικές υποθέσεις για τη στατιστική φύση της διακύμανσης. Έτσι τα αποτελέσματα αυτής της τεχνικής δεν είναι ποτέ απόλυτα Μέθοδοι γενικευμένων προσεγγίσεων Οι γενικευμένοι μέθοδοι εκτίμησης, χρησιμοποιούν όλα τα στοιχεία από ολόκληρη την περιοχή μελέτης επιτυγχάνοντας εκτιμήσεις για την περιοχή που μας ενδιαφέρει σε αντίθεση με τις τοπικές μεθόδους που δεν συμβαίνει το ίδιο. Οι γενικευμένοι εκτιμητές χρησιμοποιούνται συνήθως εμμέσως για χωρικές παρεμβολές, κι αυτό γιατί αποτελούν κυρίως εργαλεία εξέτασης και πιθανόν απομάκρυνσης των γενικευμένων για ολόκληρη την περιοχή χωρικών διαφοροποιήσεων που δημιουργούνται από διάφορες περιφερειακές τάσεις ή από διαφορετικές κατηγορίες φαινομένων, τα οποία χαρακτηρίζουν περιοχές με διαφορετικές μέσες τιμές. Η συμπεριφορά τους ελέγχεται από τις παρακάτω παραμέτρους: την τάση, την εξομάλυνση, την ελάχιστη και μέγιστη απόσταση μεταξύ των σημείων, την ανισοτροπία.

21 20 Οι παραπάνω παράμετροι μπορούν να επιλεχθούν εμπειρικά, βασιζόμενοι στη γνώση της προσομοίωσης του φαινομένου και της συνάρτησης, ή αυτόματα, με τη βοήθεια της ελαχιστοποίησης του σφάλματος ή της πρόβλεψης που μπορεί να πραγματοποιηθεί από τη διεργασία διασταυρούμενης πιστοποίησης (Cross- Validation).

22 21 5. ΔΕΔΟΜΕΝΑ - ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 5.1 Δεδομένα - ECA&D κλιματική βάση Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία αποτελούνται από παρατηρήσεις μετεωρολογικών σταθμών και αποκτήθηκαν μέσω της κλιματικής βάσης European Climate Assessment and Dataset - ECA&D ( η λειτουργία της οποίας υποστηρίζεται από το Ολλανδικό Βασιλικό Ινστιτούτο Μετεωρολογίας (ΚΝΜΙ). Στόχος του προγράμματος ECA&D είναι να συνδυάσει τα ημερήσια δεδομένα των μετεωρολογικών σταθμών, τον ποιοτικό έλεγχο, την ανάλυση των ακραίων τιμών, τη διάχυση της πληροφορίας που έχει προκύψει, καθώς και τα αποτελέσματα της ανάλυσης. Λαμβάνει τα δεδομένα σε καθημερινή βάση από τα κλιματολογικά τμήματα των Εθνικών Μετεωρολογικών και Υδρολογικών Υπηρεσιών, καθώς και από μία ακολουθία σταθμών που έχουν τα ερευνητικά κέντρα σε όλη την Ευρώπη και τη Μεσόγειο, στα οποία γίνεται έλεγχος προκειμένου να υπάρχει ομοιογένεια, χρησιμοποιούνται διάφοροι αλγόριθμοι. Παρ όλο τον προσεκτικό έλεγχο των δεδομένων υπάρχουν κάποια σφάλματα που δεν μπορούν να παραληφθούν και για αυτό γίνεται η διαδικασία της επικύρωσης από τα αντίστοιχα ιδρύματα. Ακόμα, για τα δεδομένα πρέπει να υπάρχει μία χρονική σειρά (πληρότητα) των στοιχείων για τον κάθε σταθμό προκειμένου να μπορέσουν να συμπεριληφθούν στην αυτοματοποιημένη διαδικασία ενημέρωση που βασίζεται στην καθημερινή έκδοση των δεδομένων από το Synop (surface synoptic observations), που περιέχει αυτοματοποιημένους μετεωρολογικούς σταθμούς, οι οποίοι έχουν ονομασθεί με συγκεκριμένους αριθμητικούς κώδικες. Τέλος, σε αυτή την ιστοσελίδα τα αρχεία ενημερώνονται συχνά για να συμπεριλαμβάνονται και οι πιο πρόσφατες παρατηρήσεις. Ωστόσο, η ενημέρωση δεν περιλαμβάνει μόνο την προσθήκη των πιο πρόσφατων στοιχείων για αυτό και υπάρχει η διαφορά στα δεδομένα 3. Από την ιστοσελίδα του ECA&D πήραμε δεδομένα από τους παρακάτω μετεωρολογικούς σταθμούς, από τα οποία, με κατάλληλες μεθόδους και διαδικασίες, ξεκαθαρίσαμε τις τιμές που χρησιμοποιήθηκαν στην πορεία της εργασίας. Στον παρακάτω Πίνακα 1 δίνονται οι σταθμοί που μελετήθηκαν. 3 Οι πληροφορίες για τη διαδικασία ελέγχου των μετεωρολογικών δεδομένων από το πρόγραμμα ECA&D αναφέρονται στον ιστότοπο:

23 22 Πίνακας 1: Οι σταθμοί του Ελλαδικού χώρου με τον αντίστοιχο σταθμό του WNO. ΣΤΑΘΜΟΙ ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΝΟΜΑ 1 59 ΚΟΡΦΗ 2 60 ΕΛΛΗΝΙΚΟ 3 61 ΗΡΑΚΛΕΙΟ 4 62 ΛΑΡΙΣΣΑ 5 63 ΜΕΘΟΝΗ ΑΝΧΙΑΛΟΣ ΑΡΓΟΣΤΟΛΙ ΧΑΝΙΑ ΦΛΩΡΙΝΑ ΛΑΜΙΑ ΤΑΝΑΓΡΑ ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ ΣΑΜΟΥ ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ ΣΟΥΔΑΣ Μετεωρολογικοί Σταθμοί Όλοι οι μετεωρολογικοί σταθμοί είναι εφοδιασμένοι με μετεωρολογικό κλωβό. Ένας μετεωρολογικός κλωβός περιέχει διάφορα μετεωρολογικά όργανα, όπως θερμόμετρα, ψυχρόμετρα, υγρόμετρα, καθώς και αντίστοιχα αυτογραφικά όργανα (όπως θερμογράφο, υγρογράφο και βαρογράφο) που προορίζονται για την παρακολούθηση των μεταβολών της πίεσης, θερμοκρασίας και υγρασίας της ατμόσφαιρας. Τις ενδείξεις αυτών των οργάνων λαμβάνουν ανά τακτά χρονικά διαστήματα μετεωρολόγοι ή άλλοι επιφορτισμένοι με τέτοια καθήκοντα υπάλληλοι ή στρατευμένοι, οι οποίοι τις διαβιβάζουν κωδικοποιημένα στην κεντρική μετεωρολογική υπηρεσία της χώρας όπου βρίσκονται εγκατεστημένοι. Συχνά τοποθετούνται κοντά τους εξατμισήμετρα και βροχόμετρα. Η κατασκευή τους είναι τέτοια ώστε να προφυλάσσει τα εντός αυτού φερόμενα μετεωρολογικά όργανα κυρίως από τη βροχή και τις ακτίνες του Ήλιου, καθώς και από τις επιδράσεις άλλων ετερογενών παραγόντων. Για το λόγο αυτό, εγκαθίσταται μακριά από κτίρια και δέντρα. Ο κλωβός τοποθετείται πάντα επάνω σε μεταλλικό ή ξύλινο ικρίωμα και σε ύψος τουλάχιστον 1,20 μέτρα από την επιφάνεια του εδάφους. Τα διπλά, κιγκλιδωτά τοιχώματά του επιτρέπουν στον αέρα να κυκλοφορεί ελεύθερα στο εσωτερικό και ταυτόχρονα προστατεύουν τα όργανα από την απευθείας έκθεση σε ρεύματα αέρα που μπορούν να αλλοιώσουν τις ενδείξεις. Συνήθως, η πόρτα του κλωβού βλέπει προς Βορρά προκειμένου να μην πέφτει ηλιακή ακτινοβολία στα όργανα όταν οι πόρτες είναι ανοιχτές και γίνονται μετρήσεις. Στις μεγαλουπόλεις παρατηρείται εγκατάσταση περισσοτέρων του ενός προκειμένου οι λαμβανόμενες ενδείξεις να ανταποκρίνονται καλύτερα στην πραγματικότητα και να μην εξαρτώνται από τις συνθήκες μιας γειτονιάς. Συνήθως, εγκαθίστανται σε

24 23 αεροδρόμια, αλλά μπορεί να υπάρχουν και σε Πανεπιστημιουπόλεις ή σε δημόσια κτίρια. 5.2 Μεθοδολογία Προετοιμασία δεδομένων Αρχικά, ελήφθησαν τα δεδομένα από την ιστοσελίδα της European Climate Assessment and Dataset (ECA&D) για τις παραμέτρους της θερμοκρασίας και ειδικότερα, των μέγιστων και ελάχιστων τιμών της, καθώς και η ημερήσια βροχόπτωση για τα έτη Προκειμένου να γίνει ορθή επεξεργασία των αποτελεσμάτων με τη βοήθεια του προγράμματος Excel, δημιουργήσαμε συγκεντρωτικούς πίνακες με τα δεδομένα δουλεύοντας την κάθε παράμετρο ξεχωριστά. Αφού κατασκευάστηκαν πίνακες των δεδομένων με την εντολή συγκεντρωτικός πίνακας (pivot) σε περιβάλλον Excel μπορέσαμε για την κάθε παράμετρο να ξεκαθαρίσουμε τα δεδομένα μας και να κρατήσουμε μόνο τις τιμές που μας ήταν χρήσιμες. Δηλαδή, επιλέξαμε να εργαστούμε για 30 έτη, από το , με 14 σταθμούς για την κάθε παράμετρο. Κατά την περίοδο αυτή υπάρχουν πλήρη δεδομένα για τους σταθμούς που διαθέτουμε. Αποκλείσαμε αυτούς που είχαν έλλειψη δεδομένων λόγο λιγότερης ακρίβειας και εστιάσαμε την προσοχή μας στα 30 έτη λόγω του ότι στην κλιματολογία χρησιμοποιούνται περίοδοι ελέγχου (control periods) του κλίματος. Για παράδειγμα, τρεις ευρέως χρησιμοποιούμενες περίοδοι ελέγχου είναι οι: , και πιο πρόσφατα η (IPPC 2013). Συγκεκριμένα, ακολουθήθηκε η εξής διαδικασία: για τις παραμέτρους της θερμοκρασίας ελέγξαμε την πληρότητα των δεδομένων σε περιβάλλον Excel. Αρχικά, ελέγξαμε για τυχόν σφάλματα και όπου υπήρχαν τιμές οι οποίες δεν ανταποκρίνονταν στην πραγματικότητα δεν τις λάβαμε υπόψη μας. Έπειτα, υπολογίσαμε τη συνολική μέση τιμή για τον εκάστοτε σταθμό για ολόκληρο τον όγκο των δεδομένων, δηλαδή για τις χρονολογίες Σε ένα νέο φύλλο εργασίας με τη βοήθεια του συγκεντρωτικού πίνακα (pivot table) υπολογίσαμε για το κάθε έτος από το το μέσο όρο για όλους τους σταθμούς μας, καθώς και το μέσο όρο για τη χειμερινή και καλοκαιρινή περίοδο. Σε ένα νέο φύλλο εργασίας δημιουργήσαμε ένα νέο πίνακα τιμών για τα έτη Σε αυτόν τον πίνακα, για τα 30 χρόνια που μας ενδιαφέρουν, τοποθετήσαμε το μέσο όρο των τιμών της θερμοκρασίας του κάθε σταθμού για ολόκληρο το έτος και πραγματοποιήσαμε την εντολή της καταμέτρησης των τιμών. Εάν οι τιμές ήταν ακριβώς 30 είχαμε πλήρη αριθμό δεδομένων για τον έκαστο σταθμό, όταν όμως οι τιμές ήταν λιγότερες από 20 δεν είχαμε αξιόπιστο αριθμό δεδομένων, οπότε και δεν χρησιμοποιούσαμε τον συγκεκριμένο σταθμό. Δημιουργήσαμε, επίσης, δύο καινούργιους πίνακες για την καλοκαιρινή και τη χειμερινή περίοδο, όπου και εδώ

25 24 τοποθετήσαμε το μέσο όρο των θερμοκρασιών, αντίστοιχα, και πραγματοποιήσαμε την καταμέτρηση των δεδομένων. Όλα αυτά τα δεδομένα τα συγκεντρώσαμε σε τρεις τελικούς πίνακες όπου στον ένα πίνακα είχαμε για τον κάθε σταθμό το συνολικό μέσο όρο για τα έτη , στο δεύτερο πίνακα είχαμε για τον κάθε σταθμό το συνολικό μέσο όρο για την καλοκαιρινή περίοδο και στον τρίτο πίνακα το μέσο όρο για τη χειμερινή περίοδο. Ωστόσο, για να είμαστε ακριβείς στις μετρήσεις μας, υπολογίσαμε την τυπική απόκλιση της μέσης τιμής για τις μεταβλητές που εξετάσαμε για ένα ολόκληρο έτος, για την καλοκαιρινή και για τη χειμερινή περίοδο. Έτσι, λοιπόν, παίρνουμε τον παρακάτω συγκεντρωτικό πίνακα για τη μέγιστη θερμοκρασία, αντίστοιχα, δουλέψαμε και για την ελάχιστη θερμοκρασία και για τον υετό. Όμως, στην επεξεργασία του υετού αντί για τη μέση τιμή των τιμών υπολογίστηκε το άθροισμα των τιμών, καθώς το συνολικό ύψος βροχής ανά εξεταζόμενη περίοδο (έτος και εποχή στην παρούσα εργασία) αποτελεί σημαντικό κλιματικό στοιχείο και όχι η μέση ημερήσια βροχόπτωση. Πίνακας 2: Συγκεντρωτικός πίνακας για τις μέσες τιμές της μέγιστης θερμοκρασίας Τmax. ΟΝΟΜΑ ΣΤΑΘΜΟΙ ΕΤΟΙ ΕΤΗΣΙΟΣ Μ.Ο. ΧΕΙΜΕΡΙΝΟΣ Μ.Ο ΚΑΛΟΚΑΙΡΙΝΟΣ Μ.Ο. ΚΟΡΦΗ / / / ΕΛΛΗΝΙΚΟ / / / ΗΡΑΚΛΕΙΟ / / / ΛΑΡΙΣΣΑ / / / ΜΕΘΟΝΗ / / / ΑΝΧΙΑΛΟΣ / / / ΑΡΓΟΣΤΟΛΙ / / / ΧΑΝΙΑ / / / ΦΛΩΡΙΝΑ / / / ΛΑΜΙΑ / / / ΤΑΝΑΓΡΑ / / / ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ ΣΑΜΟΥ / / / ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ ΣΟΥΔΑΣ / / / Πίνακας 3: Συγκεντρωτικός πίνακας για τις μέσες τιμές της ελάχιστης θερμοκρασίας Tmin. ΟΝΟΜΑ ΣΤΑΘΜΟΙ ΕΤΟΙ ΕΤΗΣΙΟΣ Μ.Ο. ΧΕΙΜΕΡΙΝΟΣ Μ.Ο ΚΑΛΟΚΑΙΡΙΝΟΣ Μ.Ο. ΚΟΡΦΗ / / / ΕΛΛΗΝΙΚΟ / / / ΗΡΑΚΛΕΙΟ / / /-0.03 ΛΑΡΙΣΣΑ / / / ΜΕΘΟΝΗ / / / ΑΝΧΙΑΛΟΣ / / / ΑΡΓΟΣΤΟΛΙ / / /- 0.08

26 25 ΧΑΝΙΑ / / / ΦΛΩΡΙΝΑ / / / ΛΑΜΙΑ / / / ΤΑΝΑΓΡΑ / / / ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ ΣΑΜΟΥ / / / ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ ΣΟΥΔΑΣ / / / ΣΤΑΘΜΟΙ Πίνακας 4: Συγκεντρωτικός πίνακας βροχόπτωσης από τα δεδομένα της ΕΜΥ. ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΜΗΚΟΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΠΛΑΤΟΣ ΆΘΡΟΙΣΜΑ Μ.ΜΗΝΙΑΙΑΣ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΑΘΡΟΙΣΜΑ Μ.ΜΗΝΙΑΙΑΣ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΓΙΑ ΧΕΙΜΩΝΑ ΑΘΡΟΙΣΜΑ Μ.ΜΗΝΙΑΙΑΣ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΓΙΑ ΚΑΛΟΚΑΙΡΙ ΑΓΡΙΝΙΟ 21 ο 21'11" 38 ο 36'21" ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗ 25 ο 56'49" 40 ο 51'26" ΑΡΑΞΟΣ 21 ο 25'19" 38 ο 08'56" ΦΛΩΡΙΝΑ 21 ο 25'41" 40 ο 48'17" ΑΕΡΑΠΕΤΡΑ 25 ο 44'0" 35 ο 0'0" ΙΩΑΝΝΙΝΑ 20 ο 49'09" 39 ο 41'41" ΚΑΛΑΜΑΤΑ 22 ο 01'21" 37 ο 04'09" ΚΟΖΑΝΗ 21 ο 50'29" 40 ο 17'22" ΜΥΤΙΛΗΝΗ 26 ο 36'13" 39 ο 03'14" ΡΟΔΟ 28 ο 05'17" 36 ο 24'07" ΣΑΜΟΣ 26 ο 54'58" 37 ο 41'27" ΣΚΥΡΟΣ 24 ο 29'26" 38 ο 57'46" ΤΡΙΠΟΛΗ 22 ο 23'49" 37 ο 31'28" Πίνακας 5: Συγκεντρωτικός πίνακας για την παραπάνω διαδικασία για τον υετό. ΣΤΑΘΜΟΙ ΑΙΤΗΣΙΟ ΑΘΡΟΙΣΜΑ ΑΘΡΟΙΣΜΑ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΑΘΡΟΙΣΜΑ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΓΙΑ ΒΡΟΧΟΠΤΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΟ ΧΕΙΜΩΝΑ ΤΟ ΚΑΛΟΚΑΙΡΙ ΚΟΡΦΗ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΗΡΑΚΛΕΙΟ ΛΑΡΙΣΣΑ ΜΕΘΟΝΗ ΑΡΓΟΣΤΟΛΗ ΧΑΝΙΑ ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ ΣΑΜΟΣ ΑΕΡΟΔΡΟΜΙΟ ΣΟΥΔΑ

27 Προσδιορισμός Τάσεων Η τάση μιας χρονοσειράς μπορεί να υπολογιστεί με τη μέθοδο της παλινδρόμησης. Η παλινδρομική ανάλυση αποτελεί βασική στατιστική μέθοδο για την εύρεση συναρτησιακών σχέσεων μεταξύ τυχαίων μεταβλητών. Αυτή καλείται μέθοδος προσδιορισμού του τρόπου και του βαθμού επίδρασης μίας ή περισσοτέρων μεταβλητών επί μίας άλλης μεταβλητής. Έστω ότι οι τιμές Χ και Υ συνδέονται μεταξύ τους με τη συνάρτηση Y = f(x), οι τιμές της Υ μπορούν να υπολογιστούν για κάθε τιμή της Χ με τη βοήθεια της συνάρτησης f. Σκοπός της παλινδρομικής ανάλυσης είναι στην περίπτωση που δεν έχουμε συνάρτηση που να περιγράφει τη σχέση μεταξύ των μεταβλητών Χ και Υ να ορίσουμε μία συνάρτηση με όσο το δυνατόν μικρότερο σφάλμα γίνεται ώστε να εκτιμήσουμε τις τιμές των Υ όταν γνωρίζουμε τα Χ. Η εξίσωση αυτή μπορεί να είναι γραμμική ή οποιασδήποτε άλλης μορφής. Ως απλή γραμμική παλινδρόμηση ορίζεται η βέλτιστη γραμμική συνάρτηση που υπολογίζεται μεταξύ των τιμών x i της ανεξάρτητης μεταβλητής Χ και των αντίστοιχων τιμών y i της εξαρτημένης μεταβλητής Υ. Υποθέτουμε λοιπόν την εξίσωση y = a + bx όπου στον άξονα τον χ αντιστοιχούν τα έτη (years) ενώ στον άξονα τον y αντιστοιχούν οι τιμές της εξεταζόμενης μεταβλητής Μέθοδος Ελαχίστων Τετραγώνων Σ ένα σύνολο σημείων μπορούμε να προσαρμόσουμε περισσότερες από μία καμπύλες ορισμένης μορφής, προκειμένου να αποφύγουμε υποκειμενικές κρίσεις στην κατασκευή τέτοιων καμπυλών έτσι λοιπόν προσπαθούμε να ορίσουμε την καμπύλη με την καλύτερη προσαρμογή. Μία τέτοιας μορφής καμπύλης με την καλύτερη προσαρμογή είναι αυτή με την εξής ιδιότητα: D D D n 2 = minimum Βλέπουμε ότι μία τέτοια καμπύλη έχει προσαρμοστεί με βάση την αρχή των ελαχίστων τετραγώνων και για αυτό καλείται ως καμπύλη ελαχίστων τετραγώνων (Εικόνα 2). Η πιο συνήθεις μορφή των ελαχίστων τετραγώνων είναι ο προσδιορισμός της ευθείας Y = α + bx όπως έχουμε προαναφέρει. Ωστόσο, το θέμα είναι ο προσδιορισμός των παραμέτρων α και b της ευθείας που υπολογίζονται μέσω κάποιων στατιστικών τύπων. Με α να ονομάζεται η τετμημένη επί την αρχή και b o συντελεστής παλινδρόμησης.

28 27 Εικόνα 2: Καμπύλη ελαχίστων τετραγώνων. Ο έλεγχος της σημαντικότητας του συντελεστή παλινδρόμησης γίνεται και πάλι με τη βοήθεια του t ελέγχου. Ορίζεται η μηδενική υπόθεση Ηο: b = 0, έναντι της εναλλακτικής υπόθεσης Η1: b 0, η οποία ελέγχεται, σε δίπλευρο έλεγχο στη στάθμη σημαντικότητας όπου α (π.χ. α=0,05) για Ν 2 βαθμούς ελευθερίας, όπου Ν το μέγεθος του δείγματος. Έτσι υπολογίζεται η τιμή, t = b s b Όπου το sb δίνεται από τη παραπάνω σχέση. Η τιμή t στη συνέχεια συγκρίνεται με την κρίσιμη τιμή ta του παρακάτω πίνακα της t κατανομής σε δίπλευρο έλεγχο για Ν 2 βαθμούς ελευθερίας. Αν t > ta, τότε απορρίπτεται η μηδενική υπόθεση Ηο, δηλαδή η τιμή της κλίσης b είναι στατιστικά διάφορη του 0 στη στάθμη σημαντικότητας α. Στην περίπτωση μας ο αριθμός του δείγματος είναι N = 30 και οι βαθμοί ελευθερίας είναι Ν 2 = 28 και στην περίπτωση ενός μόνο σταθμού είχαμε ελλείπουσες τιμές στο δείγμα με Ν = 24 ή Ν 2 = 22. Επομένως, σύμφωνα με τις κρίσιμες τιμές ta της t κατανομής του Student (στάθμη σημαντικότητας) έχουμε ότι: Αν N = 28 και για δίπλευρο έλεγχο με ακρίβεια στα 95% τότε έχουμε για κρίσιμες τιμές t > 2,048 Αν Ν = 22 και για δίπλευρο έλεγχο με ακρίβεια στα 95% τότε έχουμε για κρίσιμες τιμές t > 2,074 Αν Ν = 28 και για δίπλευρο έλεγχο με ακρίβεια στα 98% τότε έχουμε για κρίσιμες τιμές t > Αν Ν = 22 και για δίπλευρο έλεγχο με ακρίβεια στα 98% τότε έχουμε για κρίσιμες τιμές t > 2.058

29 28 6. ΧΩΡΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Στο σημείο αυτό, εργαστήκαμε με το πρόγραμμα του ArcMap 10.2, όπου κατασκευάσαμε τους απαραίτητους χάρτες. Αρχικά, τοποθετήσαμε τον χάρτη της Ελλάδας μέσω του δορυφορικού χάρτη ArcGIS online και πήραμε τη σημερινή μορφή της Ελλάδος. Έπειτα, από την ιστοσελίδα της European Climate Assessment and Dataset πήραμε τις γεωγραφικές συντεταγμένες των σταθμών δηλαδή, το γεωγραφικό πλάτος (φ) και το γεωγραφικό μήκος (λ). Τα στοιχεία αυτά με τη βοήθεια του ArcGIS χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή των shape files μέσω των ακόλουθων εντολών. Πάμε στην εντολή Catalog Connect to folder αρχείο New shape file Station επιλέξαμε το είδος του shape file που κατασκευάσαμε δηλαδή το XY Coordinate System (WGS1984) OK Έπειτα, δώσαμε την εντολή Start editing όπου περάσαμε το γεωγραφικό πλάτος (φ) και το γεωγραφικό μήκος (λ) Greate Feature Stations point και έπειτα πατώντας στο χάρτη Absolute X,Y δώσαμε τις συντεταγμένες σε μορφή Degrees Decimal Minutes. Στην εντολή Editor επιλέξαμε save Edits Stop edited προκειμένου να μπορέσουμε να κατασκευάσουμε τις στήλες των δεδομένων με τα στοιχεία μας στο Attribute table. Πάμε στο παράθυρο layer Stations open Attribute table ανοίγει το παράθυρο του FID όπου εκεί βρίσκεται ο αριθμός του σταθμού (π.χ. 59 CORFY), shape και το ID. Τέλος, στο παράθυρο Editor Start Editing Attributes Stations open Attribute name πήραμε την εικόνα του παρακάτω χάρτη της Ελλάδος, όπου φαίνονται οι κλιματικοί σταθμοί για κάθε ένα από τα σημεία που τοποθετήσαμε τις συντεταγμένες στο πρόγραμμα.

30 29 Εικόνα 3: Χάρτης της Ελλάδος με τους κλιματικούς σταθμούς. Στη συνέχεια, με τη μέθοδο της χωρικής παρεμβολής (interpolation) ακολουθήσαμε τα παρακάτω συγκεκριμένα βήματα προκειμένου να δημιουργήσουμε τους χάρτες για τη μέγιστη, ελάχιστη θερμοκρασία, καθώς και για τη βροχόπτωση. Για την κάθε μία παράμετρο δημιουργήσαμε από τρεις χάρτες, δηλαδή, ένα χάρτη για την ετήσια μέγιστη θερμοκρασία, έναν για την καλοκαιρινή μέγιστη θερμοκρασία και έναν για τη χειμερινή μέγιστη θερμοκρασία. Αντίστοιχα, και για τις παραμέτρους της ελάχιστης θερμοκρασίας και του υετού. Έχουμε επομένως τα εξής βήματα: Πάμε στην εντολή select data Stations προκειμένου να ελέγξουμε τα στοιχεία και τα δεδομένα που έχουμε δώσει. Με την εντολή Add Data "Connect to folder" τοποθετήσαμε τα όρια της ακτογραμμής (UTM) της Ελλάδος Ok Add. Στην πορεία προκειμένου να σχεδιάσουμε τους χάρτες πήγαμε στο Geostatistical Analyst "Geostatistical Wizard" στο σημείο αυτό ανοίγει ένα