title: Ανάλυση βροχομετρικών δεδομένων με μεθόδους χρονοσειρών και διερεύνηση σχέσεων αιτιότητας
title: Analysis of precipitation data with time series methods and investigation of causality relations
Creators: name: Συμεωνιδης Πετρος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Οι επιπτώσεις του φαινομένου της κλιματικής αλλαγής είναι ήδη αισθητές σε ολόκληρο τον κόσμο, με μια από τις κυριότερες να είναι η αύξηση της θερμοκρασίας των ωκεανών, η οποία μπορεί να προκαλέσει μεταβολή στην κατανομή και στην ποσότητα της βροχόπτωσης. Ειδικότερα, τα τελευταία χρόνια παρατηρείται αλλαγή στην χωρική και χρονική κατανομή της βροχόπτωσης στην Ευρώπη, με φαινόμενα ακραίων βροχοπτώσεων τα οποία μπορούν να οδηγήσουν σε πλημμύρες με καταστροφικές περιβαλλοντικές, χρηματοοικονομικές και ανθρωπιστικές συνέπειες. Ωστόσο, δεν έχουν πλήρως εξακριβωθεί οι μηχανισμοί οι οποίοι σχετίζονται με τα ακραία φαινόμενα βροχόπτωσης και την πρόβλεψή τους. Αυτή η εργασία διερευνά την επίδραση του ατμοσφαιρικού δείκτη ΝΑΟ (North Atlantic Oscillation) στη βροχόπτωση του Ελλαδικού χώρου, και συγκεκριμένα σε περιοχές της Κρήτης και του Κιλκίς. Στην ερευνητική βιβλιογραφία η επίδραση του δείκτη ΝΑΟ στη βροχόπτωση στον Ελλαδικό χώρο βασίζεται σε εκτίμηση συσχετίσεων. Σε αντίθεση, η παρούσα εργασία διερευνά την επίδραση χχρησιμοποιώντας μεθοδολογίες ανάλυσης αιτιότητας για τη σχέση του δείκτη ΝΑΟ με την βροχόπτωση. Η ανάλυση αιτιότητας υλοποιήθηκε μέσω δυο προσεγγίσεων: της αιτιότητας κατά Granger και της αιτιότητας κατά Liang, χρησιμοποιώντας χρονικές υστερήσεις 1–12 μηνών μεταξύ των χρονοσειρών της βροχόπτωσης και του ΝΑΟ. Χρησιμοποιούνται τόσο χρονοσειρές με δεδομένα επανανάλυσης όσο και πραγματικές μετρήσεις μηνιαίας βροχόπτωσης για την Κρήτη. Τα ευρήματα της ανάλυσης υποστηρίζουν την επίδραση του δείκτη ΝΑΟ προς τη βροχόπτωση όλων των εξεταζόμενων περιοχών. Επομένως, τα αποτελέσματα της εργασίας τεκμηριώνουν για πρώτη φορά την εξάρτηση ΝΑΟ-βροχόπτωσης χρησιμοποιώντας μεθόδους ανάλυσης αιτιότητας. Συγχρόνως όμως, η ανάλυσή μας εντόπισε και μια μη αναμενόμενη αντίστροφη επίδραση της βροχόπτωσης προς τον δείκτη ΝΑΟ για περιοχές της Κρήτης. ∆ιερευνήθηκε με την βοήθεια συνθετικών δεδομένων κατά πόσο το φαινόμενο αυτό μπορεί να οφείλεται στην διαλειπτική φύση και στις αποκλίσεις των χρονοσειρών βροχόπτωσης από την κανονική κατανομή, αλλά χωρίς να επιτευχθούν κατηγορηματικά αποτελέσματα. Για μελλοντική έρευνα προτείνεται περαιτέρω διερεύνηση του παραπάνω φαινομένου, καθώς και επέκταση της ανάλυσης σε διαφορετικές τοποθεσίες όπως και χρήση διαφορετικών μεθόδων ανάλυσης αιτιότητας.
description: The effects of climate change are already being felt around the world, with one of the main ones being the warming of the oceans, which may cause a change in the distribution and amount of rainfall. In particular, recent years have seen a change in the spatial and temporal distribution of rainfall in Europe, with extreme rainfall events that can lead to flooding with devastating environmental, financial and humanitarian consequences. However, the mechanisms associated with extreme rainfall events and their prediction are not fully understood. This paper investigates the influence of the North Atlantic Oscillation (NΑO) atmospheric index on precipitation in Greece, specifically in areas of Crete and Kilkis. In the research literature, the influence of the NAO on precipitation in Greece is based on correlation estimates. In contrast, this paper investigates the effect using causality analysis methodologies for the relationship between the NAO index and precipitation.
The causality analysis was implemented through two approaches: Granger causality and causality by Liang, using time lags of 1-12 months between the precipitation and NAO time series. Both time series with reanalysis data and actual monthly precipitation measurements for Crete are used. The findings of the analysis support the effect of the NAO index on rainfall for all the study areas. Therefore, the results of the study document for the first time the NAO-precipitation dependence using causality analysis methods. At the same time, however, our analysis also identified an unexpected inverse effect of precipitation on the NAO index for regions of Crete. We investigated with the help of synthetic data whether this effect may be due to the interleaved nature and deviations of the rainfall time series from the normal distribution, but without obtaining categorical results. For future research, further investigation of this phenomenon is suggested, as well as extension of the analysis to different locations as well as the use of different methods of causality analysis.