title: Χωροχρονική ανάλυση βροχομετρικών δεδομένων της νήσου Κρήτης με χρήση στατιστικών μεθόδων 
title: Space-time analysis of rain data of Crete using statistical methods
Creators: name: Ακουμιανακη Ολιαννα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Η παρούσα εργασία αποτελεί μια στατιστική ανάλυση και μελέτη της χωρο-χρονικής μεταβολής των βροχοπτώσεων στη νήσο Κρήτη. Αρχικά, πραγματοποιείται μια εκτενής περιγραφή της περιοχής μελέτης, όπου αναλύονται τα γεωγραφικά, μορφολογικά και υδρολογικά χαρακτηριστικά της Κρήτης. Περιγράφονται επίσης, τα βασικά χαρακτηριστικά του κλίματος, το γεωλογικό της υπόβαθρο και γίνεται αναφορά στις κύριες χρήσεις γης και ύδατος, καθώς επίσης στα επιφανειακά ύδατα και τις υδρολογικές λεκάνες του νησιού.
Σε επόμενο κεφάλαιο, ακολουθεί παρουσίαση της βάσης των βροχομετρικών δεδομένων, όπου απαριθμούνται πενήντα οκτώ βροχομετρικοί σταθμοί διάσπαρτοι στους τέσσερις νομούς της Κρήτης για τα έτη 1974 - 2018. Τα βροχομετρικά δεδομένα συλλέχθηκαν από κάθε έναν σταθμό ξεχωριστά και αναλύθηκαν με τη χρήση του λογιστικού φύλλου Excel, καθώς επίσης και με τη χρήση της εφαρμογής λογισμικού «Υδρογνώμων», ώστε να υπάρχει μια ολοκληρωμένη βάση, άμεσης πρόσβασης στα συγκεντρωτικά δεδομένα του κάθε βροχομετρικού σταθμού. Συνεχίζοντας, ακολουθεί η στατιστική επεξεργασία της βροχόπτωσης, όπου μέσω περιγραφικής στατιστικής, εξετάζεται η χρονική κατανομή της βροχόπτωσης. Πιο συγκεκριμένα, παρατίθενται διαγράμματα με την μέση ετήσια συνολική βροχόπτωση για τους τέσσερις νομούς της Κρήτης, για την Ανατολική και Δυτική Κρήτη, καθώς και για το σύνολο όλων των σταθμών, δηλαδή για την νήσο Κρήτη και εξετάζονται οι μεταξύ τους συσχετίσεις. Επίσης, έγινε σύγκριση της μεταβολής της βροχόπτωσης των σταθμών της Κρήτης με κλιματικούς δείκτες π.χ. Mediterranean Oscillation Index (MOI), ο οποίος ορίζεται ως κανονικοποιημένη διαφορά πίεσης, μεταξύ Αλγερίου και Κάιρο για το χρονικό διάστημα που υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα (1973-2017), με σκοπό να εξεταστεί η μεταξύ τους συσχέτιση.
Μέσω γραφημάτων προσαρμογής της κατανομής Gumbel, προσδιορίζονται οι περίοδοι επαναφοράς της βροχόπτωσης αλλά και το ύψος βροχής που αναμένεται και έπειτα με τη χρήση του λογισμικού Matlab, εντοπίζονται τα σημαντικά έτη καθώς και τα έτη με τις μεγαλύτερες διακυμάνσεις για κάθε μια περίπτωση που μελετάμε. Επίσης, πραγματοποιείται στατιστικός έλεγχος υποθέσεων για τα βροχομετρικά δεδομένα, όπου εφαρμόζεται ο έλεγχος T-test και ο μη παραμετρικός έλεγχος Mann-Kendall. Συνεχίζοντας, μέσω της διαδικασίας ομαδοποίησης δεδομένων, εφαρμόζεται μια νέα μέθοδος βασιζόμενη στην τεχνολογία των νευρωνικών δικτύων, η μέθοδος των «χαρτών αυτό-οργάνωσης», όπου δίνονται αποτελέσματα χωροπληθών χαρτών, καθώς ταξινομούνται και χαρτογραφούνται τα δεδομένα με βάση την ομοιογένειά τους. Στα πλαίσια της ομαδοποίησης των δεδομένων, πραγματοποιείται ακόμα χαρτογράφηση της χωρικής μεταβολής της βροχόπτωσης για τα έτη 2010-2018, με τη μέθοδο Kriging και χρήση εκθετικού βαριογράμματος, η οποία πραγματοποιήθηκε με κώδικα σε περιβάλλον R.
Τέλος, αφού παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν,  αναφέρονται τα βασικά συμπεράσματα, που αφορούν τη χωρο-χρονική κατανομή της βροχόπτωσης σε ολόκληρη την έκταση του νησιού. Πιο συγκεκριμένα προκύπτουν τα εξής σημαντικά συμπεράσματα:
Η Δυτική Κρήτη, εμφανίζει μεγαλύτερο ύψος βροχής από την Ανατολική και η βροχή αυξάνει με το ανάγλυφο. Επίσης η μεγαλύτερη συσχέτιση ως προς τη βροχόπτωση εντοπίζεται μεταξύ των νομών Ρεθύμνου και Ηρακλείου, ενώ η  χαμηλότερη μεταξύ των νομών Χανίων και Λασιθίου. Για το σύνολο των σταθμών της νήσου Κρήτης, εκτιμάται ότι κατά τη διάρκεια των υδρολογικών ετών 1974-2019, το ύψος της βροχόπτωσης ακολούθησε φθίνουσα τάση, της τάξεως των 0.91 mm/yr, ενώ ο μέσος όρος της συνολικής ετήσιας βροχόπτωσης στο υδατικό διαμέρισμα της Κρήτης, ανέρχεται σε 788.83 mm κατακρημνισμάτων. Η υψηλότερη βροχόπτωση παρατηρείται στον σταθμό Ασκύφου των Χανίων, ενώ η χαμηλότερη παρατηρείται στο λιμάνι του Ηρακλείου. Τέλος, εντοπίστηκε ότι για τη πλειοψηφία των νομών, το 2019 είναι το έτος με τις μεγαλύτερες διακυμάνσεις και ακραίες τιμές στη βροχόπτωση.



description: This thesis performs a space and time statistical analysis and assessment of the rainfall data on the island of Crete, Grece. Initially, an extensive description of the study area is carried out, which analyzes the geographical, morphological and hydrological characteristics of Crete island. The main features of the climate, its geological background is also described and reference is made to the main uses of land and water, as well as to the surface waters and hydrological basins of the island.
In the following chapter, the database of the rainfall data is presented, listing fifty-eight rainfall stations scattered in the four prefectures of Crete, for the years 1974-2018. The rainfall data were collected from each station separately and analyzed through Excel spreadsheets, as well as through the Hydrognomon software to provide a complete database for direct data analysis at each station. The descriptive statistical analysis of precipitation is following, using mainly plots, to examine the temporal distribution of rainfall. More specifically, charts are presented with the average annual total rainfall for the four prefectures of Crete, for Eastern and Western Crete. Correlation analysis was applied between the four prefectures to examine their relationship on rainfall variability. Also, the rainfall of Crete stations was compared with the Mediterranean Oscillation Index (MOI), which is defined as the normalized pressure difference, between Algiers and Cairo for the period of available data (1973 -2017), in order to examine any correlations.
Gumbel allocation charts identify the return periods of rainfall and the expected amount of rainfall and then with the use of Matlab software, significant years are identified, as well as the years with the highest fluctuation for each case studied. Statistical hypothesis for rainfall data is also performed, where t-test and non-parametric Mann-Kendall test are applied. Finally, through the data clustering process, a new method based on neural network technology, the Self-Organizing Maps (SOM) method, is applied, where results of spatial maps are obtained, as the data are sorted and mapped based on their homogeneity. Within the data clustering, the spatial variation of rainfall over the years 2010-2018 is also mapped using the Kriging method and an exponential variogram, which was coded in R environment.
Finally, after presenting the results of the methods used, the main conclusions regarding the spatial distribution of rainfall over the whole island are mentioned. More specifically, the following important conclusions are drawn:
In Western Crete, there is more rainfall than the East and the rainfall increases with the altitude. Also, the highest correlation in rainfall variations identified between Rethymnon and Heraklion, while the lowest between Chania and Lasithi. For all the stations on the island of Crete, it is estimated that during the hydrological years 1974-2019, the amount of precipitation followed a downward trend of 0.91 mm/yr, while the average of the total annual precipitation on the island of Crete, is up to 788.83 mm. The highest rainfall is observed at Askifou station in Chania, while the lowest is observed at Heraklion port station. Finally, it was found, that for most of the prefectures, 2019 is the year with the highest fluctuations and extreme values in rainfall.