Получение контроля над экстремальными явлениями

Используя потенциал теории экстремальных значений, международная группа исследователей, включая Рафаэля Юзера из Отдела компьютерных, электрических и математических наук и инженерии Университета науки и технологий им. Короля Абдаллы (Саудовская Аравия), разработала статистическую модель. Она преодолевает недостатки предыдущих подходов, предоставляя надежную основу для климатических исследований и прогнозирования засух и наводнений. Модель точно описывает наблюдаемые данные об осадках и достоверно предсказывает вероятность будущих экстремальных событий.

Анализ ежечасных или ежедневных данных об осадках представляет множество сложностей из-за распределения этих данных: много значений в среднем диапазоне и крайне редкие данные, связанные с экстремальными событиями, такими как «столетние» штормы. Недостаток инструментов для точного описания и экстраполяции экстремальных событий по имеющимся наблюдениям серьезно ограничивает способность гидрологов надежно прогнозировать частоту наводнений и ожидаемые уровни паводков.

«Поскольку экстремальные данные по определению скудны, очень сложно оценить экстремальные погодные условия и их частоту, особенно за пределами максимального события в период наблюдений», — пояснил Юзер. «Наша модель может использоваться, например, для оценки масштаба 100-летнего наводнения в заданном месте на основе всего 20 лет записанных данных. Оценка периодов чрезвычайно низких осадков с использованием ограниченных данных также является сложной задачей».

Анализ экстремальных осадков обычно выполняется с применением иной статистической модели, чем для среднего диапазона. Как высокоинтенсивные, так и низкоинтенсивные экстремальные осадки необходимо обрабатывать отдельно, поскольку эти редкие события подчиняются правилам теории экстремальных значений — элегантному математическому аппарату, описывающему возникновение редких случайных событий в данных временных рядов.

Однако этот подход приводит к физически нереалистичным отклонениям на пороговых значениях осадков, разделяющих диапазоны, и попыткам охарактеризовать долгосрочные особенности осадков с использованием «нарезанных» наборов данных, которые могут уже не отражать естественные условия.

Подход команды Юзера использует весь набор данных без порогов, применяя теорию экстремальных значений как к событиям с высокой, так и к редким событиям с низкой интенсивностью осадков и плавно связывая «хвосты» распределений вместе.

«Наш метод, имеющий мало параметров и простой в использовании, позволяет избежать применения сложных смешанных моделей, которые трудно подобрать и применять на практике», — отметил Юзер. «Экстремальные события корректно обрабатываются теорией экстремальных значений, без которой результаты могут быть смещены при оценке исключительно высоких интенсивностей осадков».