Mijn model voor de genorm. Station-NAO te voorspellen over Dec.-Mar.

Dag allemaal,

Ik heb me in de namiddag van Zaterdag 19 September 2020 beziggehouden met het proberen opstellen van een model die het algemeen karakter van de genormaliseerde Station North-Atlantic Oscillation (Station NAO) kan voorspellen voor de 4 koudste maanden van het jaar: December, Januari, Februari en Maart.

Het lijkt erop dat het best gelukt is en ik een model gevonden heb die dit gedrag / het kwalitatieve karakter van de genormaliseerde NAO-waarde voor deze 4 maanden tesamen algemeen kan voorspellen met een tamelijk hoge accuratie.

Wat heb ik precies gedaan, en wat heb ik gebruikt als inputs voor het model?

Ik heb het programma JMP Pro14 gebruikt en meer bepaald binnen dit programma de techniek van de neurale methode, dit is een techniek om aan voorspellend modelleren te doen (dus een model op te stellen dat een voorspelling kan doen). Om deze techniek uit te gaan leggen gaat mij te ver en is ook niet de bedoeling van deze analyse. Als ik dit echter naar het KNMI en KMI wil doorsturen moet ik hier misschien wel meer over toelichten.

In het programma dat ik gebruikt heb is het behoorlijk eenvoudig om je 3 inputs in te geven, en ook op te dragen welke precies de output is.

De 3 inputs waren:

1.     De waarde van de AAO (AntArctic Oscillation) in de voorafgaande Novembermaand;

2.     De waarde van de Station-NAO (Northern Atlantic Oscillation) in de voorafgaande Novembermaand;

3.     De waarde van de WP (Western Pacific teleconnection pattern index) in de voorafgaande Novembermaand.

De output was:

1.     De door het model verwachtte waarde van de genormaliseerde Station-NAO in de periode December-Januari-Februari-Maart.

Uitleg over de 3 inputs:

Alle drie de inputs zijn teleconnectie-patronen. Teleconnecties zijn fenomenen in het weer die beïnvloeden en worden beïnvloed. Ze beïnvloeden als het ware elkaar constant en dat maakt ze interessant en uitdagend om te analyseren.

1.     De AAO (AntArctic Oscillation) is een belangrijke teleconnectie-patroon wereldwijd. Bij een negatieve AAO is de luchtdruk boven het Antarctische continent veelal hoger (dan gemiddeld), bij een positieve AAO is de luchtdruk aldaar veelal lager (dan gemiddeld).

2.     De NAO Station, de oudste definiëring van de NAO beschrijft het luchtdrukverschil tussen een weerstation in de Ijslandse hoofdstad Reykjavik en een weerstation in de Portugese hoofdstad Lissabon. Bij een positieve NAO is de luchtdruk in Lissabon hoger dan in Reykjavik (dit betekent dus een sterker Ijslandlaag en een sterker Azorenhoog), bij een negatieve NAO is de luchtdruk in Lissabon lager dan in Reykjavik (dit betekent dus een zwakker Ijslandlaag en een zwakker Azorenhoog tot zelfs een Ijslandhoog en een laag bij Portugal/de Azoren).

3.     Een positieve WP betekent lagedruk boven de Beringstraat en hogedruk ten zuiden hiervan. Een veelal negatieve WP betekent hogedruk boven de Beringstraat en lagedruk ten zuiden hiervan.

Aan de hand van de neurale methode voor het bekomen van voorspellend modelleren kwam ik op de volgende formule uit:

VerwachtingDec.-Mar.NAO = 0.621810594744266 + 3.40237386550786 * (TANH(0.191538953029184 + 0.31433852347928 * Nov.AAO + -0.426137325254354 * Nov.NAO + 0.277563798158957 * Nov.WP) + -11.0644672913255 * (TANH((-0.0418141246063938) + -0.265180719857991 * Nov.AAO + -0.0809869426578048*Nov.NAO + 0.00218940833163799 * Nov.WP)) + (-4.75882574780555) * (TANH(0.00656694309238942 + 1.05748306432175 * Nov.AAO + -0.0857083080914426* Nov.NAO + 0.0327411890501608 * Nov.WP))

-> Waarvoor:

1.     ‘Nov.AAO’ staat voor de waarde van de AAO (AntArctic Oscillation) in de voorafgaande Novembermaand;

2.     ‘Nov.NAO’ staat voor de waarde van de Station-NAO (Northern Atlantic Oscillation) in de voorafgaande Novembermaand;

3.     ‘Nov.WP’ staat voor de waarde van de WP (Western Pacific teleconnection pattern index) in de voorafgaande Novembermaand.

->Waarvoor TANH staat voor de TangensHyperbolicus-bewerking (gaat ook voor dit forum te ver om dit uit te gaan leggen); * staat voor het maal-teken; + staat voor het plus-teken; - staat voor het min-teken.

Wat bekom ik dan als ik deze formule voor alle jaren na de temperatuursprong invul waarvoor data voorhanden is?

Dan krijg je de waarde die het model verwacht voor de genormaliseerde Station-NAO voor de periode December tot en met Maart.

Deze verwachtte waarden van het model (grijze lijn en punten) staan samen met de werkelijk geschiedde waarden voor de genormaliseerde Station-NAO voor de onderzochte periode (blauwe lijn en punten) in onderstaande grafiek:

Zo objectief mogelijke analyse van het resultaat:

Zoals goed te zien lijkt het model verrassend genoeg best goed de werkelijke waarden te voorspellen. Echter zijn er puur kwantitatief gezien wel wat afwijkingen, vooral in de eerste winter van de reeks 1988/1989. Dit is ook duidelijk te merken als je een bivariate grafiek opstelt. Met winter 1988/1989 is de determinatie-coëfficiënt R^2 (beschrijft in feite hoe goed de 2 variabelen ‘samenhangen’) 0,2102. Zonder die winter stijgt de R^2 tot maar liefst 0,3008; dit kun je dus vrijwel, zo niet gewoon wel, statistisch significant noemen.

Het lijkt er dus op dat je dit model kan gebruiken om een kwalitatieve schatting te verkrijgen voor de waarde van de genormaliseerde station-NAO voor de periode December-Maart.

Dus voorbeeld:

Stel het is begin December 2009. Na het ingeven van de 3 inputs voor de Novembermaand 2009 verwacht mijn model een NAO-waarde van -0,48. Dan moet je het dus interpreteren als dat er die winter een verhoogde kans is op een (aardig) negatieve NAO.

Nogmaals het is een model en zoals je kunt zien zitten er ook wat grotere afwijkingen ten opzichte van de werkelijkheid in maar gezien de andere waarden en dergelijke heb ik een heel groot vermoeden dat ik wel eens een goed model te pakken heb voor de genormaliseerde station-NAO voor de periode December-Maart!

Fijne avond verder,

Stan