Πρόγνωση Μετεωρολογικών Παραμέτρων με τη Χρήση Νευρωνικών Δικτύων και Μαθηματικών Μοντέλων

Γκίκας, Νικόλαος, Αθανάσιος

Βαρλάμης, Ηρακλής

Με την εφεύρεση των μετεωρολογικών οργάνων (βαρόμετρο, θερμόμετρο κ.α) μεταξύ 15ου και 17ου αιώνα, ξεκίνησαν οι πρώτες συστηματικές καταγραφές των μετεωρολογικών συνθηκών. Τα θεμέλια της αριθμητικής πρόγνωσης του καιρού μπήκαν το 1922, όταν οι Νορβηγοί Vilhelm και Jacob Bjerknes, ο Halvor Solberg και ο Σουηδός μετεωρολόγος Tor Bergeron ανέπτυξαν τη “θεωρία των μετώπων” στηριζόμενοι σε παρατηρήσεις ενός πυκνού δικτύου μετεωρολογικών σταθμών. Την ίδια περίπου περίοδο ο Lewis Fry Richardson επιχείρησε τον υπολογισμό της εξάωρης μεταβολής της ατμοσφαιρικής πίεσης σε μία περιοχή, διαδικασία που χρειάστηκε έξι εβδομάδες για να ολοκληρωθεί. Παρ’όλο που το αποτέλεσμα δεν συμβάδιζε με την πραγματικότητα, μέσω της εργασίας του υπέδειξε τον τρόπο με τον οποίο θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί στο μέλλον, οραματιζόμενος ουσιαστικά τη χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών σχεδόν τρεις δεκαετίες αργότερα. Έκτοτε η έρευνα στην αριθμητική πρόγνωση του καιρού εξελίχθηκε ραγδαία, απολύτως συνυφασμένη με την εξέλιξη της επιστήμης των υπολογιστών. Κατ’αναλογία με την αριθμητική πρόγνωση του καιρού φαίνεται ότι και οι απαρχές της Μηχανικής Εκμάθησης και της Τεχνητής Νοημοσύνης εντοπίζονται σχετικά νωρίς, αλλά για τον ίδιο λόγο έπρεπε επίσης να περιμένουν αρκετές δεκαετίες. Το 1943 οι McCulloch και Pitts πρότειναν ένα μαθηματικό μοντέλο προτασιακής λογικής (propositional logic) για την περιγραφή της νευρωνικής λειτουργίας των οργανισμών βάσει συγκεκριμένων παραδοχών, εμπνέοντας το έργο του ψυχολόγου Frank Rosenblatt, ο οποίος το 1958 περιέγραψε την πρώτη απλή μορφή μονάδα υπολογισμών (LTU), το “perceptron”, ως δομική μονάδα ενός τεχνητού νευρωνικού δικτύου. Από τη δεκαετία του ‘80 και μετά οι τεχνικές της Μηχανικής Εκμάθησης έχουν εξελιχθεί με την εμφάνιση πολλών διαφοροποιήσεων στη δομή και τη διασύνδεση των νευρώνων ενώ η “Επιστήμη των Δεδομένων”, αποτελεί αυτοτελές και γρήγορα εξελισσόμενο πεδίο έρευνας. Στην παρούσα εργασία επιχειρείται η πρόγνωση μιας βασικής μετεωρολογικής παραμέτρου, του γεωδυναμικού ύψους στα 500hpa, με τη χρήση τεχνικών μηχανικής εκμάθησης και τη δημιουργία ενός νευρωνικού δικτύου. Αν και η πρόγνωση των μελλοντικών καταστάσεων της ατμόσφαιρας αποτελεί αντικείμενο της Φυσικής της Ατμόσφαιρας, πρόσφατες εργασίες έχουν δείξει ότι το ίδιο ζητούμενο μπορεί επίσης να προσεγγιστεί από την οπτική των δεδομένων με πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα συμβάλλοντας επίσης στην πληρέστερη κατανόηση των ατμοσφαιρικών διεργασιών.

2023-04-24

Ελληνικά

Ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Επιστήμη των υπολογιστών

Μετεωρολογία - Επεξεργασία δεδομένων

νευρωνικά δίκτυα, Μηχανική Μάθηση, Μοντέλα αριθμητικής πρόγνωσης καιρού

123 σ.,εικ.,πίν.,διαγρ.,σχ.

Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση – Όχι Παράγωγα Έργα 4.0