Διερεύνηση των μοντέλων εκτίμησης της μετακίνησης της ακτογραμμής

Abstract

All model simulations agree that the temperature in Greece will increase in the range of 1°C to 2°C by the year 2030. In general, mean sea level in Mediterranean is expected to rise at the rate of 5 cm/decade. In particular, sea level will rise about 50cm by the year 2100 (with an uncertainty range of 20-86cm). Delta Nile, Venice and Thessaloniki appear to be the more sensitive areas in Mediterranean.The scope of the current dissertation is the estimation of the future coastline displacements, according to specific, climate change scenarios. The final, expected outcome would be the creation and use of a model, able to determine the future evolution of the shoreline. In order to achieve that, statistical and non-statistical methods were used in order to compute the shoreline change rate of 10 coastal areas of Greece. Furthermore, in the same 10 areas, the known mathematical filter Kalman was originally adjusted and tested using coastal data (shoreline positions), for the first time in this particular dissertation. The change rates that are calculated through the use of the Kalman filter combined with the statistical method of the OLS, constitute the best possible estimation with the lowest uncertainties of the future shoreline positions in all 10 coastal areas of the study. Furthermore, the application of the Binning method in every one of the 10 coastal areas of the study offered the opportunity to calculate partial change rates for certain sub-areas of each shoreline. That way, these sub-areas with similar statistical “behavior” were grouped and points on every shore were identified where the general trend of accretion or recession changes. With the use of the Binning method and the grouping of neighboring sections along the coastline it is easier to build a more precise and detailed profile for each shoreline. Consequently, costal planning can be organized with greater effectiveness regarding protection strategies, with priority to parts of each coast where the greater land losses are estimated by the prediction models. In conclusion, reliable shoreline change rates calculated by the mathematical models (such as the modified Kalman filter algorithm), combined with the advantages of the Binning method, constitute a rather complete and useful mechanism of studying coastal dynamics and shoreline evolution that was tested in the 10 Greek coastal areas of the current dissertation.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η εκτίμηση της μελλοντικής μετακίνησης της ακτογραμμής με βάση συγκεκριμένα σενάρια κλιματικών αλλαγών, μέσω της δημιουργίας και της χρήσης ενός μαθηματικού μοντέλου. Αρχικά, εξετάζονται τα αίτια μετακίνησης της ακτογραμμής και γίνεται ανάλυση θεμάτων όπως είναι η κατάσταση του κλίματος και οι επιπτώσεις των κλιματικών αλλαγών στο φυσικό και ανθρωπογενές περιβάλλον σε παγκόσμια κλίμακα αλλά και στην Ελλάδα. Ακόμη, εξετάζονται οι αιτίες και οι μηχανισμοί μετακίνησης της ακτογραμμής στον ελληνικό χώρο. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι 10 παράκτιες περιοχές που εξετάζονται στη διατριβή με παράλληλη παράθεση των γενικών, φυσικών χαρακτηριστικών τους. Παράλληλα, γίνεται εισαγωγή στον τρόπο προσέγγισης του ζητήματος της μετακίνησης της ακτογραμμής στις περιοχές που εξετάστηκαν στη διατριβή και αναφέρονται τα «εργαλεία» αλλά και οι νέες μέθοδοι που θα χρησιμοποιηθούν. Ακολουθεί η θεωρητική ανάλυση των 10 υπαρχουσών στατιστικών και μη, μεθόδων υπολογισμού του ρυθμού μεταβολής της ακτογραμμής που χρησιμοποιούνται έως σήμερα, όπως επίσης και η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων και των αβεβαιοτήτων πρόβλεψης των παραπάνω μεθόδων για 10 παράκτιες περιοχές της Ελλάδας. Γίνεται θεωρητική ανάλυση του φίλτρου Kalman, η οποία αποτελείται από την γενική περιγραφή του φίλτρου αλλά και από την ανάλυση του προσαρμοσμένου φίλτρου Kalman στην μελέτη της δυναμικής των παράκτιων περιοχών όπως επίσης και η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων του φίλτρου Kalman. Τέλος, παρουσιάζεται η μέθοδος «ομαδοποίησης» (Βinning), η οποία αναλύεται θεωρητικά αλλά και συνοδεύεται από αποτελέσματα για τις 10 παράκτιες περιοχές της διατριβής. Η διατριβή ολοκληρώνεται με την παρουσίαση των συμπερασμάτων και των προτάσεων.Το φίλτρο Kalman επιλέγεται τελικώς ως η βέλτιστη λύση για να προσαρμοστεί στα δεδομένα της παρούσας διατριβής και να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτικό εργαλείο μελέτης της παράκτιας δυναμικής σε σχέση με τις υπάρχουσες μεθόδους υπολογισμού του ρυθμού μεταβολής της ακτογραμμής. Αυτό γίνεται έτσι ώστε να προκύψουν πιο αξιόπιστα αποτελέσματα πρόβλεψης των μελλοντικών θέσεων της ακτογραμμής, με μικρότερες αβεβαιότητες, μέσω ενός πληρέστερου μαθηματικού εργαλείου.