Στοχαστική ανάλυση και προσομοίωση υδρομετεωρολογικών διεργασιών σχετικών με την αιολική και ηλιακή ενέργεια

Abstract

Διερευνάται η ύπαρξη μακροπρόθεσμης εμμονής μέσω του υπολογισμού του συντελεστή Hurst για τις μεταβλητές της ταχύτητας ανέμου και της διάρκειας ηλιοφάνειας σε ετήσια κλίμακα στην Ευρώπη. Τα δεδομένα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν λήφθηκαν σε μορφή ημερήσιων χρονοσειρών από τις βάσεις δεδομένων ΚΝΜΙ, ΕCA&D και METEIREANN και αναφέρονται σε χρονική περίοδο τουλάχιστον 70 χρόνων. Συλλέχθηκαν καταγραφές ταχύτητας ανέμου από 20 μετρητικούς σταθμούς οι οποίες επεξεργάστηκαν κατάλληλα για την αναγωγή τους σε ενιαία υψόμετρο μέτρησης και καταγραφές διάρκειας ηλιοφάνειας από 21 μετρητικούς σταθμούς. Ο υπολογισμός του συντελεστή Hurst έγινε με την μέθοδο της γραμμικής παλινδρόμησης και με την μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων βασισμένη στην τυπική απόκλιση (LSSD) και διαπιστώθηκε η ύπαρξη εμμονής και για τα δύο μεγέθη. Επιπλέον βρέθηκαν οι χαρακτηριστικές τιμές του συντελεστή Hurst και για τις δύο μεταβλητές, γύρω από τις οποίες συγκεντρώνονται οι τιμές των συντελεστών Hurst στους μετρητικούς σταθμούς που εξετάστηκαν. Επιπλέον επιχειρείται η ταυτόχρονη αναπαραγωγή συνθετικών χρονοσειρών των δύο μεταβλητών σε ετήσια, μηνιαία και ημερήσια κλίμακα κάνοντας χρήση πολυμεταβλητού στοχαστικού μοντέλου μέσω του υπολογιστικού συστήματος Κασταλία. Πραγματοποιούνται δύο εφαρμογές του προγράμματος, μία για τα πρωτογενή δεδομένα και μία με λογαριθμικό μετασχηματισμό της μεταβλητής της διάρκειας ηλιοφάνειας πριν την είσοδο στο πρόγραμμα λόγω του φραγμένου πεδίου ορισμού της. Συμπεραίνεται ότι με τη χρήση του λογαριθμικού μετασχηματισμού η Κασταλία είναι σε θέση να αναπαράγει ικανοποιητικά συνθετικές χρονοσειρές και αυτών των δύο μεταβλητών.

We investigate the existence of long-term persistence by estimating the Hurst coefficient for wind speed and sunshine duration variable on an annual scale in Europe. The data we used were retrieved in the form of daily time series, from the KNMI, ECA & D and METEIREANN databases, and refer to a period of at least 70 years. Wind speed records collected from 20 measuring stations were treated appropriately according to their transformation to form a single measurement altitude; as well as sunshine duration records from 21 measuring stations. Hurst coefficient was estimated using the method of linear regression and the method of least squares based on the standard deviation (LSSD); the existence of persistence was observed for both variables. Moreover, we found characteristic values of the Hurst coefficient for both variables, around which the coefficients of the measuring stations we surveyed are gathered. Furthermore a simultaneous generation of synthetic time series of these two variables on a yearly, monthly and daily scale is attempted using a multivariate stochastic model through the computing system Castalia. Two applications of the program are made, one for the raw data and one using a logarithmic transformation of the sunshine duration variable before entering into the program because of its blocked definition field. We conclude that using the logarithmic transformation, Castalia is able to generate satisfactorily synthetic time series of these two variables.