Assessing models for estimating hourly temperature to determine chill and heat requirements for flowering in deciduous fruit trees
Creators: name: Τολίδης, Θεόδωρος Δημοσθένη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2025
Subjects: Μοντέλα Εκτίμησης Ωριαίας Θερμοκρασίας
Συσσώρευση Ψύχους
Χρόνος Άνθησης
Μodels for Εstimating Ηourly Τemperature
Chill and Heat Accumulation
Flowering

description: Οι χειμερινές απαιτήσεις ψύχους των φυλλοβόλων δέντρων είναι κρίσιμες για τον καθορισμό των περιοχών όπου συγκεκριμένες ποικιλίες μπορούν να αναπτυχθούν επιτυχώς, καθώς επηρεάζουν άμεσα την παραγωγικότητα των δέντρων. Ωστόσο, η άνοδος των χειμερινών θερμοκρασιών στις μεσογειακές περιοχές έχει μειώσει τη συσσώρευση ψύχους που είναι απαραίτητη για τη διακοπή του λήθαργου, με αποτέλεσμα προβλήματα όπως η καθυστερημένη εκβλάστηση και η μείωση της απόδοσης. Κατά συνέπεια, η ακριβής εκτίμηση της συσσώρευσης ψύχους σε συνθήκες μεταβαλλόμενων θερμοκρασιών είναι απαραίτητη για την επιλογή κατάλληλων ποικιλιών καρποφόρων δέντρων, ειδικά υπό το πρίσμα της κλιματικής αλλαγής. Τα κοινά μοντέλα συσσώρευσης ψύχους, όπως τα μοντέλα ωρών ψύχους, το Δυναμικό μοντέλο , το μοντέλο της Βόρειας Καρολίνας και το μοντέλο της Γιούτα βασίζονται σε ωριαία δεδομένα θερμοκρασίας, τα οποία συχνά είναι περιορισμένα. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένων τριγωνομετρικών συναρτήσεων, στοχαστικών μεθόδων , δεδομένων επανάλυσης και τεχνητής νοημοσύνης, για την εκτίμηση των ημερήσιων μεταβολών της θερμοκρασίας, αν και ο αντίκτυπός τους στις εκτιμήσεις της συσσώρευσης ψύχους δεν έχει διερευνηθεί επαρκώς. Η παρούσα μελέτη αξιολογεί διάφορα μοντέλα εκτίμησης θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας δεδομένα από μετεωρολογικούς σταθμούς σε βασικές περιοχές καλλιέργειας φρούτων στην Ελλάδα. Η ανάλυση επικεντρώνεται τόσο στην ακρίβεια της πρόβλεψης θερμοκρασίας όσο και στη συσσώρευση ψύχους κατά την περίοδο παρατήρησης. Αναλύθηκαν μετεωρολογικά δεδομένα από σταθμούς στη Θεσσαλονίκη, τη Λάρισα, την Καβάλα, τη Λαμία, τον Άγιο Μάμα και την Άρτα, συγκρίνοντας γραμμικές(linear), ωριαίες (hourly), συνημιτονικές (cosine) και akima χρονικές μεθόδους παρεμβολής.Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ωριαία μέθοδος παρεμβολής (hourly) κατέγραψε σταθερά τις χαμηλότερες τιμές μέσου απόλυτου σφάλματος και μέσου τετραγωνικού σφάλματος καθώς και τις υψηλότερες τιμές R² για την πρόβλεψη της θερμοκρασίας τόσο σε ημερήσια όσο και σε ωριαία βάση. Όσον αφορά το ημερήσιο και ωριαίο κανονικοποιημένο μέσο απόλυτο σφάλμα (NMAE) και το κανονικοποιημένο μέσο τετραγωνικό σφάλμα (NRMSE), διαπιστώθηκε ότι οι μέγιστες τιμές παρατηρούνται τον Ιανουάριο και στις 9:00 μ.μ., ενώ οι ελάχιστες τιμές υπολογίζονται τον Οκτώβριο στις 12:00 π.μ. Όσον αφορά τη συσσώρευση ψύχους, η Καβάλα κατέγραψε τα υψηλότερα επίπεδα, ενώ η Άρτα τα χαμηλότερα. Στη Θεσσαλονίκη, το Δυναμικό μοντέλο αναδείχθηκε ως το πιο ακριβές για την εκτίμηση της συσσώρευσης ψύχους. Όσον αφορά τις τάσεις, παρατηρείται ότι η συσσώρευση ψύχους μειώνεται πιο απότομα τα τελευταία χρόνια (1990–2023) σε σύγκριση με την ευρύτερη ιστορική περίοδο (1950–2023). Μελλοντική εργασία θα μπορούσε να εξερευνήσει πιο προηγμένες μεθόδους παρεμβολής καθώς και να ελέγξει την εγκυρότητα των αποτελεσμάτων της παρούσας μελέτης σε όλη τη Μεσόγειο.
description: The winter chill requirements of deciduous fruit trees are critical for determining the regions where specific varieties can thrive, as they directly influence tree productivity. However, rising winter temperatures in Mediterranean climates have reduced the chill accumulation needed to break dormancy, resulting in problems such as delayed budburst and lower yields. Therefore, accurately assessing chill accumulation under varying temperature conditions is essential for selecting suitable fruit tree varieties in the context of climate change. Common models for chill accumulation, like the Chilling Hours and Utah Models, rely on hourly temperature data, which is often scarce. Several methods, including trigonometric functions and artificial intelligence, are used to estimate daily temperature variations, though their impact on chill accumulation estimates is not fully understood. This study evaluates different temperature estimation models using data from meteorological stations in key fruit-growing regions of Greece. The analysis focuses on both temperature prediction accuracy and chill accumulation over the observed period. Meteorological data from six stations inGreece(Thessaloniki, Larisa, Kavala, Lamia, Agios Mamas, and Arta) were used.The hourly interpolation method consistently achieved the lowest mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE) values, along with the highest R² values for both daily and hourly temperature predictions. In terms of daily and hourly normalized mean absolute error (NMAE) and root mean square error (NRMSE) is found that maximum values are observed in January and at time 9:00 pm whereas, minimum values are calculated at October at time 12:00 am. Regarding chill accumulation, Kavala recorded the highest levels, while Arta had the lowest. In terms of trends, chill accumulation has been declining more sharply in recent years (1990–2023) compared to the broader historical period (1950–2023). Future work could explore more advanced interpolation methods (weather generators, neural networks) as well as checking the validity of the results of this study across the Mediterranean.