Prevence hydrologických extrémů

Extrémy

Definice extrému

  • Absolutní maximum
  • Bloková maxima
  • Nadprahové hodnoty

Zobrazení extrému

Gumbel plot

ÚKOL - vykreslete ‘Gumbel plot’

Jak na to?

  • Odhadnout pravděpodobnost \(p\)
  • na osu \(x\) vynést \(-log(-log(p))\), na osu \(y\) pak daná maxima

Rozdělení

GEV - Generalized extreme value distribution

Rozdělení pro bloková maxima

\[f_{\text{GEV}}(x)=exp\left\{-\left[1+\gamma(\frac{x-\alpha}{\beta})\right]^{-\frac{1}{\gamma}}\right\},\gamma\neq0,\\ f_{\text{GEV}}(x)=exp\left\{-exp\left[-(\frac{x-\alpha}{\beta})\right]\right\},\gamma=0. \]

GPD - Generalized Pareto distribution

Rozdělení používané pro nad/podprahové hodnoty \[f_{\text{GPD}}(x) = \beta^{-1}e^{-(1 - \gamma)y}, \quad y = \begin{cases} -\gamma^{-1}\log \Big[ 1 - \frac{\gamma(x - \alpha)}{\beta} \Big], & \gamma \neq 0,\\\frac{(x - \alpha)}{\beta}, & \gamma = 0.\end{cases} \]

Burr XII/ggamma - Burr type XII & Generalzed gamma distribution

Rozdělení vhodné pro denní klimatické veličiny \[ f_{\text{BrXII}}(x)=\frac{\left(\frac{x}{\beta }\right)^{\gamma _1-1} \left(\gamma _2 \left(\frac{x}{\beta }\right)^{\gamma _1}+1\right){}^{-\frac{1}{\gamma _1 \gamma _2}-1}}{\beta}. \] \[f_{\mathcal{G}\mathcal{G}}(x)=\frac{\gamma _2 e^{-\left(\frac{x}{\beta }\right)^{\gamma _2}} \left(\frac{x}{\beta }\right)^{\gamma _1-1}}{\beta \Gamma \left(\frac{\gamma _1}{\gamma _2}\right)}. \]

Fitování

Jak je možné získat parametry rozdělení?

L-moments

\[ \lambda_{1}=E(X_{1:1}), \] \[ \lambda_{2}=E(X_{2:2} - X_{1:2}), \] \[ \lambda_{3}=E(X_{3:3} - 2X_{2:3} + X_{1:3}), \] \[ \lambda_{4}=E(X_{4:4} - 3X_{3:4} + 3X_{2:4} - X_{1:4}). \]

Norms

\[ N1 = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\left( \frac{\overline{F}(x_{(i)})}{\overline{F}_{n}(x_{(i)})} - 1 \right)^{2}, \] \[ N2 = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\left(\overline{F}(x_{(i)}) - \overline{F}_{n}(x_{(i)})\right)^{2}, \] \[ N3 = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\left(\frac{x_{u}}{x{(i)}} - 1\right)^{2}, \] \[ N4 = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}\left(x_{u} - x{(i)}\right)^{2}. \]

>        loc      scale      shape 
> 33.4890466  5.4100687  0.6518717
>        loc      scale      shape 
> 26.4281093  5.1142200 -0.4698528
>        loc      scale      shape 
> 26.3355573  4.8867747  0.6576104

Goodnes-of-fit

Jak se dá ověřit správnost odhadu parametrů?

  • Subjektivní metody (grafické porovnání empirických a teoretických hodnot etc…)
  • Objektivni metody (statistické testy - Anderson-Darling, Kolmogorov-Smirnof etc…)

Porovnání distribučních funkcí

ÚKOL - vykreslete následující graf