Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Quantile estimation of probability distributions for maximum daily precipitation and short time series of observational data for engineering design

Kuchar Leszek, Broszkiewicz-Suwaj Ewa

Environment Protection Engineering

|

2022

|

Vol. 48, nr 1

35--50

EN

Knowledge of the distribution quantiles of precipitation maximum amounts is required in many fields concerning engineering design or hydrological risk assessment. When the number of observation years is small, it is not possible to fit the probability distribution function to maximum values and to calculate quantiles. This paper presents a procedure for calculating the quantiles of the probability distribution of daily precipitation maximums over a year using stochastic convergence of distributions. The distribution series of random variables, defined based on the cut-off sample with the elimination of the smallest values, made it possible to determine the quantiles for times series of order α of the distribution. These values were approximated by a function from the exponential class and then extrapolated to obtain quantiles for the distribution of maxima. The resulting quantile estimates, for short time series, were corrected using the kurtosis of the data used for estimation, which leads to a very large error reduction.

2

Okresy bez opadu oraz z opadem bardzo silnym w półroczu letnim w dorzeczu górnej Wisły

Markiewicz Iwona

Przegląd Geofizyczny

|

2021

|

Z. 3-4

187--208

PL

Obszar dorzecza górnej Wisły charakteryzuje się dużym potencjałem powodziowym w okresie letnim z wezbraniami wywołanymi intensywnymi, długotrwałymi opadami. W pracy zbadano skrajne warunki opadowe w dorzeczu na podstawie dobowych sum opadów sezonu letniego (maj - październik) z okresu 1951-2018 dla 11 stacji meteorologicznych. W pierwszym etapie badania obejmowały ocenę częstości wystąpienia dni bez opadów oraz dni z opadem bardzo silnym (powyżej 20 mm na dobę) i wykazały, że istnieją duże podobieństwa w częstości wystąpienia dobowych sum opadów o różnej wielkości dla stacji o zbliżonej lokalizacji i wysokości n.p.m. Przeprowadzona za pomocą testu Manna-Kandalla analiza zmienności (stacjonarności) serii liczby dni bez opadu oraz liczby dni z opadem bardzo silnym pokazała, że dla 7 stacji serie liczby dni bez opadu są stacjonarne w badanym okresie 1951-2018, a jedynie 4 stacje (Skoczów, Rycerka Górna, Węglówka oraz Białka Tatrzańska) wykazują statystycznie istotne trendy malejące. Natomiast w przypadku serii liczby dni z opadem bardzo wysokim dla żadnej ze stacji testy nie wykazały statystycznie istotnych trendów. W kolejnym kroku zbadano długość najdłuższych sekwencji dni bez opadu oraz najdłuższych sekwencji dni z opadem bardzo silnym w poszczególnych latach, a także czas ich wystąpienia w poszczególnych miesiącach sezonu letniego. Wyniki dowodzą, że najdłuższe sekwencje dni bez opadu występują najczęściej we wrześniu i w październiku, zaś najrzadziej w maju i w czerwcu, natomiast dla najdłuższych sekwencji dni z opadem bardzo silnym obserwuje się odwrotną zależność, tj. najczęściej występują one w maju, czerwcu i lipcu, a najrzadziej we wrześniu i październiku. Badania dopełniła analiza długości i czasu wystąpienia maksymalnych w wieloleciu 1951-2018 najdłuższych sekwencji dni bez opadu oraz najdłuższych sekwencji dni z opadem bardzo silnym w odniesieniu do susz i powodzi, które wystąpiły w dorzeczu górnej Wisły w rozpatrywanym okresie. Okazuje się, że maksymalne najdłuższe sekwencje dni z bez opadu zanotowane dla poszczególnych stacji wynoszą od 19 dni dla Kasprowego Wierchu do 32 dni dla stacji Szaflary i w zdecydowanej większości związane są z głęboką suszą, która objęła rozległą część Polski w latach 1951-1952. Maksymalne najdłuższe sekwencje dni z opadem bardzo silnym wynoszą natomiast od 3 dni dla Krakowa do 7 dni dla Kasprowego Wierchu i odzwierciedlają powodzie, które nawiedziły rejon górnej Wisły, a w szczególności te z roku 1997, 2001 oraz 2010.

EN

The Upper Vistula basin is characterized by high flooding potential in the summer season, with high floods caused by intense, long-lasting rainfalls. The studies examined the extreme rainfall conditions in the basin on the basis of daily sums of precipitation in the summer season (May - October) in the period 1951-2018 for 11 meteorological stations located in the region. In the first stage, the research included the assessment of the frequency of days without precipitation and days with very heavy precipitation (over 20 mm per day) and showed high similarities in the frequency of occurrence of daily precipitation totals of various amounts for the stations with a similar location and altitude. The analysis of the variability (stationarity) of the series of the number of days without precipitation and the number of days with very heavy precipitation, carried out using the Mann-Kandall test for detecting the trend, showed that for 7 stations the series of the number of days without precipitation are stationary in the period 1951-2018, and only 4 stations (Skoczów, Rycerka Górna, Węglówka and Białka Tatrzańska) show the statistically significant decreasing trends. Meanwhile, in the case of the series of the number of days with very heavy precipitation, the tests did not show statistically significant trends for any of the stations. In the next step, the length of the longest sequences of days without precipitation and the longest sequences of days with very heavy precipitation in particular years were examined, as well as the time of their occurrence in particular months of the summer season. The results show that the longest sequences of days without precipitation occur most often in September and October, and the least frequent in May and June, while for the longest sequences of days with very heavy precipitation, the opposite relationship is observed, i.e. they most often occur in May, June and July, and least often in September and October. The study was completed by the analysis of the length and time of occurrence of the maxima from the period 1951-2018 of the longest sequences of days without precipitation and of the longest sequences of days with very heavy precipitation in relation to droughts and floods that occurred in the Upper Vistula basin in the studied period. It turns out that the maximum longest sequences of days with no precipitation recorded for individual stations vary from 19 days for Kasprowy Wierch to 32 days for Szaflary stations and are mostly related to the deep drought that occurred in a large part of Poland in 1951-1952. The maximum longest sequences of days with very heavy precipitation vary from 3 days for Kraków to 7 days for the Kasprowy Wierch station and are related to the floods that occurred in the Upper Vistula region, in particular large floods in 1997, 2001 and 2010.

3

Prognozowanie ilości ścieków dopływających do oczyszczalni za pomocą sztucznych sieci neuronowych z wykorzystaniem liniowej analizy dyskryminacyjnej

Szeląg B., Studziński J., Chmielowski K., Leśniańska A., Rojek I.

Ochrona Środowiska

|

2018

|

Vol. 40, nr 4

9--14

PL

W pracy przedstawiono wyniki prognozowania ilości ścieków dopływających do oczyszczalni komunalnej w Rzeszowie z wykorzystaniem perceptronowych wielowarstwowych sztucznych sieci neuronowych. W modelu prognostycznym przyjęto następujące zmienne niezależne: zmierzona ilość ścieków dopływających do oczyszczalni określona w poprzednich dobach, poziom wody w Wisłoku (odbiornik ścieków), suma dobowych opadów atmosferycznych oraz dobowa ilość wody tłoczonej do sieci wodociągowej. Przeprowadzone obliczenia wykazały, że wśród rozpatrywanych zmiennych istotny wpływ na zdolność predykcyjną modelu prognostycznego miał poziom wody w Wisłoku, wysokość opadów atmosferycznych oraz ilość ścieków dopływająca do obiektu zmierzona w poprzednich dniach. Analizowano również wpływ poszczególnych parametrów strukturalnych modelu opartego na sztucznych sieciach neuronowych na wyniki prognozowania. Przeprowadzone badania, z wykorzystaniem drzew klasyfikacyjnych, wykazały, że na liczbę neuronów w warstwie ukrytej wpływała liczba sygnałów wejściowych do modelu, natomiast rodzaj funkcji aktywacji w warstwach ukrytej i wyjściowej miał mniejsze znaczenie, co potwierdziły wartości o znaczeniu predykcyjnym. Badano również możliwość zastosowania liniowej analizy dyskryminacyjnej do oceny zdolności predykcyjnych skonstruowanych modeli prognostycznych. Uzyskane wyniki wykazały, że liniowa analiza dyskryminacyjna może być ciekawym narzędziem do oceny doboru zmiennych w modelu prognostycznym ilości ścieków dopływających do oczyszczalni.

EN

The paper presents the results of forecasting the sewage inflow into the municipal wastewater treatment plant in Rzeszow using multilayer perceptron neural networks. For the forecast model, the following independent variables were adopted: the measured inflow volume to the treatment plant from the previous days, the water level in the Wislok River (effluent receiver), the total daily precipitation and the daily water inflow into the network. The calculations led to conclusions that variables substantially affecting the prognostic capacity of the forecast model included the water level in the Wislok River, the volume of precipitation and the sewage inflow to the facility from the previous days. Additionally, the impact of individual structural parameters of the model based on artificial neural networks on forecasting results was analyzed. The research conducted with the use of classification trees demonstrated that number of neurons in the hidden layer was influenced by the number of inputs to the model, while the type of activation function in the hidden and output layer was of minor importance which was confirmed by the data of prognostic value. The applicability of a linear discriminant analysis for assessment of prognostic ability of the constructed forecast models was also investigated. The results obtained demonstrated that the linear discriminant model might be an interesting assessment tool to select variables for the forecast model of sewage inflow to a treatment plant.

4

Wieloletnia zmienność maksymalnych opadów dobowych w Kotlinie Orawsko–Nowotarskiej (1984-2013)

Cebulska M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2015

|

z. 62, nr 3/I

49--60

PL

Zbadano przebieg roczny oraz wieloletni maksymalnych sum dobowych opadów atmosferycznych zarejestrowanych w 3 stacjach pomiarowych położonych w Kotlinie Orawsko - Nowotarskiej, a także wyznaczono wartości prawdopodobne tych opadów na podstawie teoretycznych rozkładów. Uwzględniono opady dobowe z okresu 30 lat ze stacji położonych w miejscowościach: Chyżne, Ratułów oraz w Szaflarach. W obszarze tym opady maksymalne dobowe występują od kwietnia do października, a szczególnie od czerwca do września. Zdarzają się również w grudniu. Zakres zmienności maksymalnych dobowych opadów w Chyżnem wyniósł 72,1 mm, w Szaflarach 80 mm, a Ratułowie 48,2 mm. Największy procentowy udział maksymalnego opadu dobowego w sumie miesięcznej stwierdzono w Ratułowie (77%) w październiku 2013 roku, a największy w sumie rocznej (10,8%) w Szaflarach w 1997 roku. Dostrzeżone trendy maksymalnych opadów dobowych są nieistotne statystycznie na poziomie istotności 0,05, z wyjątkiem maksymalnych dobowych opadów w Ratułowie. Najlepsze dopasowanie rozkładu teoretycznego do empirycznego maksymalnych opadów dobowych otrzymano dla rozkładu logarytmiczn-normalnego w Szaflarach oraz w Chyżnem, a w Ratułowie dla rozkładu Weibulla.

EN

The annual and long-term course of total maximum daily precipitations registered in 3 measuring stations located in the Kotlina Orawsko-Nowotarska were examined, as well as the probable values of the precipitations were determined based on theoretical distributions. There were considered the daily precipitations from the period of 30 years from the stations located in the following places: Chyżne, Ratułów and Szaflary. In this area the maximum daily precipitations occur from April till October, and particularly from June to September. They happen in December as well. The range of variability of the maximum daily precipitations in Chyżne was 72,1 mm, in Szaflary 80 mm, and in Ratułów 48,2 mm. The biggest percentage share of maximum daily precipitation in the monthly total was found in Ratułów (77%) in October 2013, and the biggest one in the annual total (10,8%) in Szaflary in 1997. The trends values of maximum daily precipitations are statistically insignificant on the significance level 0,05, except the maximum daily precipitations in Ratułów. The best adjustment of the theoretical distribution to the empirical maximum daily precipitation was received for the logarithmic - normal distribution in Szaflary and in Chyżne, whereas in Ratułów for Weibull distribution.

5

Zmiany intensywności opadów w Hornsundzie (Spitsbergen) w okresie 1978-2008

Łupikasza E.

Problemy Klimatologii Polarnej

|

2009

|

nr 19

169-188

PL

Artykuł porusza problematykę zmian intensywności opadów atmosferycznych w Hornsundzie (Spitsbergen) w okresie 1979-2008. Szczegółową analizę opadów dobowych przeprowadzono w przedziałach/ klasach kwantyli równych sum opadów, które wyznaczono metodą zaproponowaną przez Karla i in. (1995) oraz Karla i Knighta (1998), a zmodyfikowaną przez Osborna i in. (2000), Brunettiego i in. (2001) oraz Brunettiego (2004). Wydzielone klasy kwantyli sum opadów zawierają w sobie łączną informację o sumie i liczbie dni z opadem, dzięki czemu zostały uznane za uproszczony wskaźnik intensywności opadów. Dla każdego z wydzielonych wskaź-ników intensywności, obliczono tendencje udziału opadów w całkowitej sumie rocznej oraz w sumach półroczy i sezonów. W Hornsundzie, w okresie 1979-2008 istotne trendy wzrostowe intensywności opadów zaobserwowano jedynie w okresie rocznym, w półroczu chłodnym oraz jesienią. W pozostałych porach roku oraz w półroczu ciepłym tendencje były nieistotne statystycznie, chociaż na wiosnę zaznaczył się spadek intensywności opadów.

EN

This paper deals with problems of temporal changes in distribution of precipitation intensity in Hornsund (Spitsbergen) in the period 1979-2008. Trends in precipitation totals, number of days with precipitation and average daily precipitation amount were calculated in order to assess general changes in precipitation intensity. Detailed analysis of changes in distribution of daily precipitation amount was conducted by categorizing all daily precipitation into 10 classes of precipitation intensity and then computing the proportion of each seasonal total which was provided by events of each class. This class intervals, which can be thought of as 10 equal amount quantiles, were calculated after Osborn et al. (2000). In the next step trends in contribution of each precipitation intensity class-interval to annual and seasonal (warm and cool half-year, spring, summer, autumn, winter) precipi-tation total were calculated. Linear regression fitted by the least square method was used to assess trends magnitude and direction. Trends were expressed in percentage of average indices values for the 1979-2008 period (relative trends) which enabled the comparison of the trends magnitude calcu-lated for indices expressed with different units and for class-intervals characterized by various range of daily precipitation amounts. Statistical significance of trends was checked by Mann-Kendall test. Trends with significance level p between 0.2 and 0.1 were recognized as slightly significant whereas trends with p equal to or less than 0.1 were recognized as significant. The 1979-2008 period was the base for trend analysis. Moreover, several arbitrary selected long-term periods (1979-00, 1979-01, 1979-02, …, 1979-08) were also considered in order to assess the trends stability. In Hornsund in the period 1979-2008 significant changes in daily precipitation intensity appeared on annual basis as well as in cool half year and in autumn. There was a significant increase in annual precipitation total and no sign of any changes in the number of days with precipitation. These were a result of an increase in contribution of extreme precipitation (K10) to total annual precipitation and a decrease in contribution of daily precipitation of low intensity. Similar pattern of precipitation intensity changes was noted in cool half year. In this case the changes are a consequence of decreasing trends in contribution of lower intensity class-intervals (K1, K2 I K4) to total precipitation. In autumn statistically significant were increasing trends in precipitation totals, number of days with precipitation and average daily precipitation amounts – at the same time the increases in precipitation totals and average precipitation amounts were much more higher than in the number of days with precipitation. These changes were a result of decreasing trends in contribution of K1, K2 and K3 intensity classes and increasing trends in contribution of K7 and K8 intensity classes in total autumn precipitation. In spring statistically significant drop in precipitation totals accompanied by unchanged number of days with precipitation indicates the decrease in precipitation intensity. However, detailed analysis of trends in contribution of class-intervals to total winter precipitation has not proven any significant changes of precipitation intensity in this season. It is worth to notice that there were negative trends in contribution of majority of precipitation intensity class-intervals to total spring precipitation which probably resulted in significant decrease in intensity of total precipitation. It also should be mentioned that there are opposite trend directions in spring and autumn precipitation totals. In Hornsund the relationships between precipitation and atmospheric circulation depend on daily precipitation intensity. In majority of seasons daily precipitation of the least intensity (class-interval K1) are the most frequent during an inflow of air masses form east under influence of low pressure system. Precipitation form K4 and higher intensity classes were usually noted in SWc type. It must be said that the results of this study are probably influence by well-known problem of precipitation measu-rement errors in polar regions especially in relation to snow and cool period of year.