Spatiotemporal clustering of streamflow extremes and relevance for flood insurance

Παπουλάκος, Κωνσταντίνος; Papoulakos, Konstantinos

dc.contributor.author	Παπουλάκος, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Papoulakos, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2022-05-26T07:44:43Z
dc.date.available	2022-05-26T07:44:43Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55218
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22916
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Hurst-Kolmogorov dynamics	en
dc.subject	Clustering mechanisms	en
dc.subject	Insurance	en
dc.subject	Risk assessment	en
dc.subject	Floods	en
dc.subject	Δυναμική Hurst-Kolmogorov	el
dc.subject	Μηχανισμοί ομαδοποίησης	el
dc.subject	Ασφάλειες	el
dc.subject	Εκτίμηση ρίσκου	el
dc.subject	Πλημμύρες	el
dc.title	Spatiotemporal clustering of streamflow extremes and relevance for flood insurance	en
dc.title	Χωροχρονική ομαδοποίηση των ακραίων παροχών και η σημασία της στην ασφάλιση έναντι πλημμυρών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Civil Engineering	en
heal.classification	Hydraulic Engineering	el
heal.classification	Water Resources Management	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-11-10
heal.abstract	Η επιστημονική έρευνα έχει αποκαλύψει τη σημασία της δυναμικής Hurst-Kolmogorov, η οποία χαρακτηρίζεται από ισχυρή συσχέτιση και υψηλή αβεβαιότητα στις μεγάλες κλίμακες, στην εκτίμηση πλημμυρικού κινδύνου, όπως για παράδειγμα στο πεδίο της διάρκειας πλημμυρικών γεγονότων. Παρ' όλα αυτά, οι κλασσικές μέθοδοι εκτίμησης ρίσκου στον τομέα των ασφαλειών έναντι πλημμύρας διατυπώνονται υπό την παραδοχή της ανεξαρτησίας των ακραίων πλημμυρικών γεγονότων στον χρόνο, η οποία όμως δε συνάδει με τις πραγματικές υδρομετεωρολογικές διαδικασίες οι οποίες παρουσιάζουν μακροπρόθεσμη εμμονή. Επιπροσθέτως, οι ασφαλιστέες απώλειες λόγω πλημμύρας θεωρούνται ανεξάρτητες και μη καταστροφικές (σε οικονομικούς όρους) για τις ασφαλιστικές εταιρείες εξαιτίας της ευρέως διαδεδομένης αντίληψης του περιορισμένου κινδύνου σχετικά με τις καταστροφικά μεγάλες απώλειες από πλημμυρικά γεγονότα. Μιας και η ακριβής εκτίμηση του ρίσκου είναι θεμελιώδης διαδικασία που ακολουθείται στον κλάδο των ασφαλειών και αντασφαλειών έναντι πλημμύρας, η παρούσα εργασία διερευνά τις επιπτώσεις της μη ικανοποίησης των παραπάνω υποθέσεων, προλειαίνοντας το δρόμο για μια βαθύτερη κατανόηση των υποκείμενων μηχανισμών ομαδοποίησης των ακραίων πλημμυρικών παροχών. Έχοντας αυτό το σκοπό, η εργασία εφαρμόζει μια χωροχρονική ανάλυση των χρονοσειρών παροχών της βάσης δεδομένων US-CAMELS μέσω της μεθόδου των υπερβάσεων πάνω από ένα κατώφλι (peak-over-threshold method). Αναλυτικότερα, για κάθε έναν από τους εξεταζόμενους σταθμούς μέτρησης της US-CAMELS, υπολογίστηκε το αποκαλούμενο συλλογικό ρίσκο (collective risk), το οποίο είναι μια συνήθης πρακτική που ακολουθείται στον κλάδο των ασφαλειών και αντασφαλειών. Πέρα από την επίδραση των μηχανισμών ομαδοποίησης στο συλλογικό ρίσκο, εξετάστηκε η επιρροή που έχουν αυτοί οι μηχανισμοί σε συγκεκριμένα ακόμα χαρακτηριστικά των πλημμυρικών γεγονότων που ξεπερνούσαν ένα επιλεχθέν κατώφλι, όπως στη διάρκεια, την ένταση και τα διαστήματα επαναφοράς τους. Επιπλέον, αναπτύχθηκαν στοχαστικές προσεγγίσεις που αφορούσαν τη συσχέτιση ανάμεσα στο συλλογικό ρίσκο, σε συγκεκριμένες ιδιότητες των ακραίων πλημμυρικών γεγονότων και στα πραγματικά ιστορικά στοιχεία αποζημιώσεων τα οποία δημοσίευσε πρόσφατα η Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Διαχείρισης Έκτακτων Αναγκών των ΗΠΑ (FEMA) στο πλαίσιο του Εθνικού Προγράμματος Ασφάλισης Έναντι Πλημμυρών (NFIP). Ακόμα, σχετικά με τους μηχανισμούς κατακρήμνισης, η ύπαρξη εμμονής στα ετήσια μεγέθη βροχής δημιουργεί την προσδοκία ανάλογης συμπεριφοράς στα μέγιστα των βροχοπτώσεων, φαινόμενο το οποίο αναμένεται να εκδηλωθεί και στους μηχανισμούς ομαδοποίησης πλημμυρών. Για το λόγο αυτό, στο πλαίσιο μιας μελέτης περίπτωσης, διερευνήθηκε ο βαθμός συσχέτισης του συλλογικού ρίσκου με στοιχεία πραγματικών αποζημιώσεων λόγω πλημμύρας που έχουν δοθεί στον Ελλαδικό χώρο.	el
heal.abstract	Recent research has revealed the significance of Hurst-Kolmogorov dynamics, which is characterized by strong correlation and high uncertainty in large scales, in flood risk assessment as for example in inundated flood duration. However, classic risk estimation for flood insurance practices is formulated under the assumption of temporal independence of extreme flood events, which is unlikely to be tenable in real-world hydrometeorological processes exhibiting long range dependence. Additionally, insurable flood losses are considered as ideally independent and non-catastrophic in financial terms due to the widely spread perception of limited risk regarding catastrophically large flood losses. As the accurate risk assessment is a fundamental part of flood insurance and reinsurance practices, this study investigates the effects of lack of fulfillment of these assumptions, paving the way for a deeper understanding of the underlying clustering mechanisms of streamflow extremes. For this purpose, a spatiotemporal analysis of the daily flow series from the US-CAMELS dataset is applied, comprising the impacts of clustering mechanisms on return intervals, duration and severity of the over-threshold events which are treated as proxies for collective risk. Moreover, stochastic approaches are developed and an exploratory analysis is introduced regarding the stochastic aspects of the correlation between the properties of the extreme events and the actual claims records of the FEMA National Flood Insurance Program which are recently published. Furthermore, regarding precipitation mechanisms, the presence of persistence in annual rainfall is expected to induce clustering in rainfall extremes, which should be manifested by clustering of floods. Therefore, in the framework of a case study, it is investigated whether the collective risk estimated using the former as a proxy, i.e. the magnitude of the rainfall peak over threshold events in a year, is correlated with the actual compensations given. Eventually, the current insurance practices and actual compensations given in the agriculture domain in Greece are reviewed, while inspecting the underlying stochastic assumptions and evaluating changes in the estimated risk in the case that these assumptions are not valid.	en
heal.advisorName	Κουτσογιάννης, Δημήτρης
heal.advisorName	Koutsoyiannis, Demetris
heal.committeeMemberName	Κουτσογιάννης, Δημήτρης
heal.committeeMemberName	Ευστρατιάδης, Ανδρέας
heal.committeeMemberName	Μακρόπουλος, Χρήστος
heal.committeeMemberName	Koutsoyiannis, Demetris
heal.committeeMemberName	Efstratiadis, Andreas
heal.committeeMemberName	Makropoulos, Christos
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	209
heal.fullTextAvailability	false