EXTRÉMY V TEPLOTNÍCH ŘADÁCH

Podobné dokumenty
Odhad parametrů N(µ, σ 2 )

Univerzita Pardubice Fakulta chemicko technologická Katedra analytické chemie Licenční studium Management systému jakosti

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc. dohnal@nipax.cz

Zápočtová práce STATISTIKA I

Odhad parametrů N(µ, σ 2 )

Testování statistických hypotéz

KORELACE. Komentované řešení pomocí programu Statistica

ANALÝZA DAT V R 3. POPISNÉ STATISTIKY, NÁHODNÁ VELIČINA. Mgr. Markéta Pavlíková Katedra pravděpodobnosti a matematické statistiky MFF UK

Statistická analýza jednorozměrných dat

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

Intervalové odhady. Interval spolehlivosti pro střední hodnotu v N(µ, σ 2 ) Interpretace intervalu spolehlivosti. Interval spolehlivosti ilustrace

Intervalové odhady. Interval spolehlivosti pro střední hodnotu v N(µ, σ 2 ) Interpretace intervalu spolehlivosti. Interval spolehlivosti ilustrace

POPISNÁ STATISTIKA Komentované řešení pomocí programu Statistica

ODHADY NÁVRATOVÝCH HODNOT

Analýza dat na PC I.

Testování hypotéz testy o tvaru rozdělení. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI SEMESTRÁLNÍ PRÁCE

Semestrální projekt. do předmětu Statistika. Vypracoval: Adam Mlejnek Oponenti: Patrik Novotný Jakub Nováček Click here to buy 2

1 Tyto materiály byly vytvořeny za pomoci grantu FRVŠ číslo 1145/2004.

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

Číselné charakteristiky

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

14. Monotonnost, lokální extrémy, globální extrémy a asymptoty funkce

Hodnocení vlastností materiálů podle ČSN EN 1990, přílohy D

Testy nezávislosti kardinálních veličin

Normální (Gaussovo) rozdělení

Korelace. Komentované řešení pomocí MS Excel

1. Číselné posloupnosti - Definice posloupnosti, základní vlastnosti, operace s posloupnostmi, limita posloupnosti, vlastnosti limit posloupností,

Statistická analýza dat podzemních vod. Statistical analysis of ground water data. Vladimír Sosna 1

STATISTICKÉ CHARAKTERISTIKY

KVADRATICKÁ KALIBRACE

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

Základy biostatistiky II. Veřejné zdravotnictví 3.LF UK - II

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

Statistika pro geografy

MATEMATICKÁ STATISTIKA - XP01MST

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

Stochastické diferenciální rovnice

Charakteristika datového souboru

Mgr. Karla Hrbáčková, Ph.D. Základy kvantitativního výzkumu

Jarqueův a Beryho test normality (Jarque-Bera Test, JB test)

Praktická statistika. Petr Ponížil Eva Kutálková

Regrese. 28. listopadu Pokud chceme daty proložit vhodnou regresní křivku, musíme obvykle splnit tři úkoly:

MATEMATICKÁ STATISTIKA. Katedra matematiky a didaktiky matematiky Technická univerzita v Liberci

Úvod do teorie odhadu. Ing. Michael Rost, Ph.D.

4. Aplikace matematiky v ekonomii

VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky SMAD

Manuál pro zaokrouhlování

KGG/STG Statistika pro geografy

Jednofaktorová analýza rozptylu

I. D i s k r é t n í r o z d ě l e n í

Statistika II. Jiří Neubauer

Ekonometrie. Jiří Neubauer

Cvičení 9. Posudek únosnosti ohýbaného prutu metodou LHS v programu FREET. Software FREET Simulace metodou LHS

Chyby měření 210DPSM

Hodnocení vlastností materiálů podle ČSN EN 1990, přílohy D

INDUKTIVNÍ STATISTIKA

p(x) = P (X = x), x R,

D(f) =( 1, 1) [ ( 1, 1) [ (1, 1). 2( x)3 ( x) 2 1 = 2(x) 3. (x) 2 1 = f(x) Funkce je lichá, není periodická

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

Cvičení 3. Posudek únosnosti ohýbaného prutu. Software FREET Simulace metodou Monte Carlo Simulace metodou LHS

vzorek vzorek

Pravděpodobnost a matematická statistika Doc. RNDr. Gejza Dohnal, CSc.

z Matematické statistiky 1 1 Konvergence posloupnosti náhodných veličin

Teorie náhodných matic aneb tak trochu jiná statistika

, Brno Hanuš Vavrčík Základy statistiky ve vědě

MATEMATIKA III V PŘÍKLADECH

Ústav matematiky Fakulta chemicko inženýrská Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

Normální (Gaussovo) rozdělení

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

Statistika. Diskrétní data. Spojitá data. Charakteristiky polohy. Charakteristiky variability

4EK211 Základy ekonometrie

Funkce v ıce promˇ enn ych Extr emy Pˇredn aˇska p at a 12.bˇrezna 2018

Popisná statistika. Komentované řešení pomocí MS Excel

Příloha podrobný výklad vybraných pojmů

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie

4EK211 Základy ekonometrie

Charakterizace rozdělení

y = 0, ,19716x.

RNDr. Eva Janoušová doc. RNDr. Ladislav Dušek, Dr.

TLOUŠŤKOVÁ A VÝŠKOVÁ STRUKTURA A JEJÍ MODELOVÁNÍ

SPC v případě autokorelovaných dat. Jiří Michálek, Jan Král OSSM,

TEST Z TEORIE EXPLORAČNÍ ANALÝZA DAT

Příklad 2: Obsah PCB v játrech zemřelých lidí. Zadání: Data: Program:

Testování změn v binárnách autoregresních modelech Šárka Hudecová 1/ 36

UNIVERZITA PARDUBICE

Regresní a korelační analýza

11. PROJEKCE BUDOUCÍHO KLIMATU NA ZEMI

UNIVERZITA PARDUBICE

DVOUVÝBĚROVÉ A PÁROVÉ TESTY Komentované řešení pomocí programu Statistica

Matematika III. 27. listopadu Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava. Matematika III

Projevy klimatické změny v západních Čechách (podle sekulární stanice Klatovy v období )

7.1 Extrémy a monotonie

TVORBA GRAFŮ A DIAGRAMŮ V ORIGIN. Semestrální práce UNIVERZITA PARDUBICE. Fakulta chemicko-technologická Katedra analytické chemie

Průvodce studiem. do bodu B se snažíme najít nejkratší cestu. Ve firmách je snaha minimalizovat

pravděpodobnosti, popisné statistiky

Statistika (KMI/PSTAT)

Transkript:

ROBUST 24 c JČMF 24 EXTRÉMY V TEPLOTNÍCH ŘADÁCH Monika Rencová Klíčová slova: Teorie extrémů, teplotní řady, tříparametrické Weibullovo rozdělení. Abstrakt: Ze statistického hlediska je užitečné studovat chování maximálních nebo minimálních ročních teplot. Z teorie extrémů vyplývá, že rozdělení ročních minimálních/maximálních teplot by mělo odpovídat jednomu z extremálních rozdělení. Existuje však několik důvodů, proč dostupná data neodpovídají Gumbelovu rozdělení. Pro modelování těchto dat může být vhodnější tříparametrické Weibullovo rozdělení. 1 Úvod Široce rozšířená hypotéza o globálním oteplování vyvolala zájem o studium teplotních řad. Ke změně však nedochází pouze u průměrných teplot, ale mnoho klimatologů tvrdí, že změna klimatu se může projevovat především vznikem extremálních událostí. V příspěvku jsou sledovány dlouhé řady průměrných denních teplot naměřených v sedmi meteorologických stanicích- v Padově(1766-1997), Milánu (1763-1998), Uppsale(1722-2), Stockholmu(1756-2), Cadizu(1786-2),St.Petersburgu(1743-1997)aBelgii(1767-1998).Tatodatapocházejí z knihy D. Camuffa a P. Jonese Improved understanding of past climatic variability from early daily European instrumental sources. Podle známé extremální teorie bychom mohli usuzovat, že maximální/ minimální roční teploty budou rozděleny podle jednoho z extremálních rozdělení. Avšak naše data tento závěr nepotvrzují. 2 Základní vlastnosti dat Ukážeme si několik důvodů, proč Gumbelovo rozdělení v našem případě není vhodné pro modelování těchto dat. 1. Gumbelovo rozdělení vzniká jako asymptotické rozdělení maxima/ minima posloupnosti nezávislých veličin, případně maxima/minima stacionárních posloupností s krátkou pamětí(např. ARMA posloupností), viz článek Daniely Jaruškové. Konvergence je však velmi pomalá, pokud mezi po sobě jdoucími členy posloupnosti je silná závislost. Tak tomu je např. u našich dat. Korelační koeficient průměrných denních teplot mezi dvěma po sobě jdoucímidnysepohybujeuvšechstanickolemhodnoty,8.naobrázku1 jsou znázorněny korelační koeficienty průměrných denních teplot mezi jednotlivými po sobě jdoucími dny v roce. Horní křivka odpovídá dvěma po sobě jdoucím dnům, další křivky směrem shora dolů odpovídají korelačním koeficientům průměrných denních teplot mezi dny, jejichž rozdíl jsou 2 dny

348 Monika Rencová 1 Milan korelace.9.8.7.6.5.4.3 5 1 15 2 25 3 35 Obrázek 1: Korelace mezi jednotlivými dny. 25 Milan 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 Obrázek 2: Závislost průměrné denní teploty na dni v roce. a3dny,t.j.udruhékřivkybylyspočtenykorelačníkoeficientymezi1.lednem a3.lednem,2.lednema4.lednematd. 2. Dalším důvodem proč asymptotická teorie selhává, je nestejné rozdělení veličin, z nichž počítáme maximum/minimum. Nestejné rozdělení je způso-

Extrémy v teplotních řadách 349 8 Milan 7 6 5 4 3 2 1 2 1 1 2 3 4 Obrázek 3: Histogram všech dostupných dat. 45 4 35 3 25 2 15 1 5 162 17 178 186 194 22 21 218 226 234 Obrázek 4: Histogram z dat, kdy bylo dosaženo maximum. beno ročním chodem. Zjistili jsme např., že v našich datech nastal nejteplejší denvrozmezípřibližně1dnů.toznamená,žepronalezenímaximanení nutno sledovat období mimo tento časový úsek(přibližně 15.- 25. den vroce),vizobrázek2.

35 Monika Rencová 3. Vzhledem k tomu, že uvažujeme maxima z relativně malého počtu dat, hraje výraznou roli původní rozdělení veličin. Na obrázku 3 je histogram všech denních teplot, na obrázku 4 je příklad histogramu z dat, ve kterých alespoň v některém roce byla dosažena maximální teplota. 4. Rozdělení maxim/minim mohou být také ovlivněna celkovým růstem teploty, což ilustruje graf vývoje průměrné teploty, viz obrázek 5. 15 Milan prùm. teplota 14.5 14 13.5 13 12.5 12 11.5 11 175 18 185 19 195 2 Obrázek 5: Řada průměrných ročních teplot. Základní informace o průměrných, minimálních a maximálních hodnotách jsouuvedenyvtabulkách1až3. Průměr x σ n 1 šikmost Miláno 12.8297.6123 -.43 Padova 13.23.585 -.1799 Belgie 9.588.7513 -.2845 Cadiz 17.52.563.2616 Uppsala 5.1719.999.31 Stockholm 5.7945.9478.128 St.Petersburg 4.236 1.1771 -.297 Tabulka 1: Průměr vlastnosti.

Extrémy v teplotních řadách 351 Maximum x σ n 1 šikmost Miláno 28.936 1.339.2635 Padova 27.779 1.2843.4224 Belgie 23.68 1.9263.17 Cadiz 29.3642 1.4383.111 Uppsala 22.1272 1.9472.12 Stockholm 22.3939 1.946.16 St.Petersburg 23.834 1.819 -.98 Tabulka 2: Maximum vlastnosti. Minimum x σ n 1 šikmost Miláno -4.4263 2.781 -.617 Padova -3.9374 2.6492 -.777 Belgium -6.7985 3.3769 -.2411 Cadiz 5.63 2.2947 -.8921 Uppsala -17.875 4.9149 -.585 Stockholm -15.28 4.247 -.4257 St.Petersburg -23.882 5.987 -.1833 Tabulka 3: Minimum vlastnosti. 34 QQ Plot of Sample Data versus Standard Normal 7 qqplot Gumbel maximum Milan 33 6 32 5 31 4 Quantiles of Input Sample 3 29 28 27 Y Quantiles 3 2 1 26 1 25 2 24 3 2 1 1 2 3 Standard Normal Quantiles 3 24 25 26 27 28 29 3 31 32 33 34 X Quantiles Obrázek 6: QQ plot- maximum Miláno, vlevo-normální rozdělení, vpravo- Gumbelovo rozdělení.

352 Monika Rencová 3 Maxima and minima Když porovnáme tabulky 2 a 3, zjistíme, že pro minimální teploty vychází šikmost záporná a nabývá vyšších hodnot, zatímco pro maximální hodnoty vychází šikmost kladná s hodnotami nižšími, blízkými nule. Mohli bychom tedy usuzovat, že rozdělení maximální teploty je spíše normální než Gumbelovo. Zatímco minimální teploty se neřídí ani normálním ani Gumbelovým rozdělením. O tom se můžeme přesvědčit také srovnáním příslušných grafů naobrázcích6a7. 4 QQ Plot of Sample Data versus Standard Normal Milan 1 qqplot Gumbel minimum Milan 2 8 6 Quantiles of Input Sample 2 4 6 8 Y Quantiles 4 2 1 12 2 14 3 2 1 1 2 3 4 14 12 1 8 6 4 2 2 Standard Normal Quantiles X Quantiles Obrázek 7: QQ plot- minimum Miláno, vlevo-normální rozdělení, vpravo- Gumbelovo rozdělení..16.14 Weibull minimum Milan Weibull minimum.12.1.8.6.4.2 2 15 1 5 5 Obrázek 8: Srovnání odhadnutého tříparametrického Weibullova rozdělení s původními daty.

Extrémy v teplotních řadách 353 4 Weibullovo rozdělení Pro modelování nesymetrických dat, k nimž patří také maximální/minimální teploty, se často používá tříparametrické Weibullovo rozdělení, pro jehož hustotu platí f(x; θ, α, β)=αβ(x θ) α 1 e β(x θ)α (θ < x <, α >, β >). Pro každou teplotní řadu byly nalezeny odhady tříparametrického Weibullova rozdělení. Např. pro Miláno jsme dostali odhady ˆα=2.24521,ˆβ=.156,ˆθ= 1.31. Z obrázku 8 vyplývá, že tento model popisuje naše data poměrně dobře. Reference [1] Camuffo D., Jones P.(22). Improved understanding of past climatic variability from early daily European instrumental sources. Climatic Change 53,1 3. Adresa: M. Rencová, Katedra matematiky, FSV ČVUT, Thákurova 7, Praha 6 E-mail: rencova@mat.fsv.cvut.cz

354