Zkušenosti z ČHMU
Využití software STATISTICA na Českém hydrometeorologickém ústavu
Na pobočce Českého hydrometeorologického ústavu v Hradci Králové existuje již několik let skupina aplikovaného klimatologického výzkumu. Po celou tuto dobu je zde software firmy StatSoft (konkrétně STATISTICA Standard a STATISTICA Neuronové sítě) základním prostředkem pro zpracování klimatologických dat a velice se osvědčil.
Vzhledem k tomu, že se naše skupina zabývá především problematikou nelineárního empirického modelování v meteorologii a klimatologii, jedním z nejčastěji používaných nástrojů z celého balíku produktů STATISTICA je program STATISTICA Neuronové sítě. Ukazuje se jako velice dobrý při modelování komplexních procesů v nelineárních systémech, ve kterých jsou vlastnosti systému ovlivněny celou řadou skrytých pozitivních i negativních zpětných vazeb. Právě nelinearita a komplexnost klimatického systému totiž často omezují možnosti využití klasických statistických metod nebo přinášejí problémy s identifikací optimálního modelu či interpretací výsledků. Oproti tomu neuronové sítě dokáží velice dobře modelovat i tyto složité a nelineární procesy, zpravidla dávají lepší výsledky než klasické metody empirického modelování a často jsou schopny přinést i zcela nový pohled na řešenou problematiku.
Dnes jsou programy z balíku STATISTICA běžně používány při řešení řady výzkumných úkolů, podporovaných Grantovou agenturou ČR, projektů na podporu vědy a výzkumu nebo výzkumných projektů, podporovaných Evropskou komisí, ale i v rámci běžného zpracování dat. Pomocí neuronových sítí byly řešeny například následující úkoly:
- interpolace a regionalizace vybraných klimatologických charakteristik na území ČR
- korekce radarových odhadů srážkových úhrnů v situacích se silnými přívalovými srážkami
- analýza nelineární variability tlakového pole v severoatlantické oblasti (nelineární analýza hlavních komponent pomocí autoasociativní neuronové sítě, klasifikace cirkulačních typů pomocí Kohonenovy sítě)
- analýza dynamických a chemických vlivů, působících na ozonovou vrstvu (v rámci evropského projektu CANDIDOZ, pravděpodobně vůbec první využití neuronových sítí k tomuto účelu)
- rekonstrukce dávek ultrafialového slunečního záření, dopadajícího na zemský povrch, v době před začátkem přímých měření této charakteristiky
- analýzy výstupů regionálních klimatických modelů
Výsledky řady studií byly publikovány v odborném tisku (v ČR většinou v časopise Meteorologické zprávy) nebo prezentovány na prestižních mezinárodních konferencích (výroční semináře Americké meteorologické společnosti, konference o statistické klimatologii, konference a workshopy jednotlivých výzkumných projektů, např. projektu CLIVAR).
Díky propojení modulů STATISTICA Standard a STATISTICA Neuronové sítě je pro nás vynikající zejména možnost řešit celé rozsáhlé problémy opravdu komplexně v rámci jednoho programového balíku. Od bezproblémového výběru potřebných dat z klimatologických databází prostřednictvím ODBC přes možnost základní analýzy a předzpracování dat, samotný vývoj modelu až po kvalitní numerickou či grafickou prezentaci výsledků a výpočtů řady navazujících statistických charakteristik. Výborná je rovněž možnost práce s makry a programování prakticky všech kroků pomocí programovacího jazyka STATISTICA Visual Basic. To umožňuje jednak automatizaci opakujících se výpočtů, ale i tvorbu velice komplexních "hybridních" modelů, kdy jsou například kombinovány klasické statistické metody s neuronovými sítěmi.
RNDr. Ladislav Metelka PhD.,
Předseda pobočky ČHMÚ
v Hradci Králové
