Τμήμα Ωκεανογραφίας και Θαλασσίων Βιοεπιστημών

Icon-facebook Youtube
Επεξεργασία Ωκεανογραφικών Χρονοσειρών
Σχολή:
Περιβάλλοντος
Τμήμα:
Ωκεανογραφίας και Θαλασσίων Βιοεπιστημών
Επίπεδο Σπουδών:
Προπτυχιακό
Κωδικός Μαθήματος:
191ΜΥ25Ε
Εξάμηνο σπουδών:
Ζ
Τίτλος Μαθήματος:
Επεξεργασία Ωκεανογραφικών Χρονοσειρών
Πιστωτικές Μονάδες
5
Τύπος Μαθήματος:
Ανάπτυξης δεξιοτήτων
Προαπαιτούμενα Μαθήματα:
Επισήμως δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Παρόλα αυτά, ο φοιτητής θα πρέπει να έχει βασικές γνώσεις Περιγραφικής Φυσικής Ωκεανογραφίας, Στατιστικής και Μαθηματικών.
Γλώσσα Διδασκαλίας και Εξετάσεων:
Αγγλική Σε περίπτωση απουσίας φοιτητών/τριών ERASMUS μπορεί να διδάσκεται στην Ελληνική
Το Μάθημα προσφέρεται σε Φοιτητές Erasmus:
Ναι. Στην περίπτωσή τους, η γλώσσα διδασκαλίας και εξέτασης είναι η Αγγλική, και το μάθημα προσαρμόζεται ανάλογα με το υπόβαθρο του/της φοιτητή/τριας..
  • (2) Μαθησιακά Αποτελέσματα
  • Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του συγκεκριμένου μαθήματος είναι η γνωριμία των φοιτητών με τα διαθέσιμα εργαλεία ανάλυσης χρονοσειρών ώστε να είναι στο μέλλον σε θέση να γνωρίζουν τις δυνατότητες ανάλυσης δεδομένων για την αναγνώριση ντετερμινιστικών διεργασιών, εξακρίβωση στατιστικών σχέσεων, επιβεβαίωση ή απόρριψη υποθέσεων. Ο σκοπός του μαθήματος δεν είναι τόσο η παραγωγή ολοκληρωμένων στατιστικών επιστημόνων με πλήρες θεωρητικό υπόβαθρο και δυνατότητα εξέλιξης νέων στατιστικών εργαλείων, αλλά η ενημέρωση των φοιτητών του Τμήματος και ο εξοπλισμός τους με τα διαθέσιμα εργαλεία και τις δυνατότητές τους.

Συγκεκριμένα, ο φοιτητής που θα έχει ολοκληρώσει με επιτυχία το μάθημα, αναμένεται:

(α) να γνωρίζει τα διαθέσιμα εργαλεία προς ανάλυση χρονοσειρών, τις δυνατότητες και τους περιορισμούς τους.

(β) να μπορεί να σχεδιάζει στρατηγικές δειγματοληψίας λαμβάνοντας υπόψη τις δυνατότητες και τους περιορισμούς των εργαλείων αυτών που θα χρησιμοποιήσει στη συνέχεια.

(γ) να μπορεί να επιλέγει το κατάλληλο εργαλείο ανάλογα με το πρόβλημα που προσπαθεί να επιλύσει.

(δ) θα είναι σε θέση να εφαρμόσει και να εξελίξει κώδικα προγραμματισμού σε γλώσσα της οικογένειας Octave – Matlab – Scilab.

(ε) να γνωρίζει κάποιες βασικές πληροφορίες σχετικά με πιο πολύπλοκα διαθέσιμα στατιστικά εργαλεία, όπως τα wavelets, τις εμπειρικές ορθογώνιες συναρτήσεις, κλπ., την καταλληλότητα εφαρμογής  και τις δυνατότητές τους.

  • Γενικές Ικανότητες

Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών

Αυτόνομη εργασία

Ομαδική εργασία

Εργασία σε διεθνές περιβάλλον

Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον

Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής

Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

  • (3) Περιεχόμενο Μαθήματος

  • Εισαγωγή

  • Είδη μετρήσεων στην Ωκεανογραφία

  • Eulerian μετρήσεις – συνοπτικότητα

  • Lagrangian μετρήσεις

  • Διανυσματικά και βαθμωτά μεγέθη – μιγαδική απεικόνιση χρονοσειρών

  • Ρυθμός δειγματοληψίας – μετρήσεις κατά ριπάς

  • Είδη χρονοσειρών

  • Ντετερμινιστικές, στοχαστικές και χαοτικές διεργασίες

  • Απλές καταγραφές, συλλογή ensemles

  • μέση τιμή και αυτοσυσχέτιση ensembles

  • στασιμότητα και εργοδικότητα χρονοσειρών

  • Εργαστηριακή εισαγωγή

  • Εισαγωγή στην ομάδα γλωσσών octave – matlab – scilab

  • Εξοικείωση με τις απλούστερες εντολές και τη διενέργεια των απολύτως απαραίτητων εργασιών (απεικόνιση μεταβλητών και διενέργεια υπολογισμών υπό μορφή πινάκων γραμμικής άλγεβρας, διάβασμα και γράψιμο αρχείων, απεικόνιση αποτελεσμάτων σε διαγράμματα).

  • Απλοί στατιστικοί υπολογισμοί (εύρεση μέσης, μέγιστης και ελάχιστης τιμής, τυπικής απόκλισης), κατασκευή σκεδασιγράμματος και ιστογράμματος

  • Κατασκευή φίλτρων διέλευσης χαμηλών και υψηλών συχνοτήτων

  • Υπολογισμός τρέχοντος μέσου όρου

  • Ο ρόλος του μήκους του παραθύρου δειγματοληψίας

  • Χρήση τρέχοντος μέσου όρου ως φίλτρου διέλευσης χαμηλών και υψηλών συχνοτήτων

  • Ανάλυση Fourier

  • Περιοδογράμματα

  • Ρόλος συχνότητας δειγματοληψίας και μήκους παραθύρου

  • Υπολογισμός συχνοτήτων

  • Κατασκευή φασμάτων

  • Αρμονική Ανάλυση

  • Αποτύπωση μειονεκτήματος ανάλυσης Fourier (επιλογή συχνοτήτων φάσματος) για χρήση σε έντονα ντετερμινιστικές διεργασίες

  • Εισαγωγή μεθόδου αρμονικής ανάλυσης

  • Εφαρμογή σε χρονοσειρά με ανάλυση παλιρροιών

  • Συνδιακύμανση και συσχέτιση

  • Αποτύπωση της ανάγκης ποσοτικού καθορισμού στατιστικής σχέσης δύο χρονοσειρών (ή καθορισμού χρονικής «μνήμης» μιας χρονοσειράς)

  • Περιγραφή υπολογισμού συνδιακύμανσης και συσχέτισης

  • Εισαγωγή συσχέτισης με χρονικό βήμα

  • Περιγραφή εφαρμογής συσχέτισης με χρονικό βήμα σε μία μόνο χρονοσειρά (υπολογισμός αυτοσυσχέτισης)

  • Εφαρμογή σε δύο χρονοσειρές.

  • Συνεκτικότητα

  • Διατύπωση ανάγκης καθορισμού συσχέτισης σε καθορισμένες συχνότητες

  • Περιγραφή υπολογισμού συνεκτικότητας μέσω ανάλυσης Fourier

  • Εφαρμογή σε δύο χρονοσειρές.

  • Επιστροφή στα φάσματα και επίλογος

  • Επιστροφή στον υπολογισμό φασμάτων

  • Αναφορά σε φάσματα περιστροφής

  • Αναφορά – περιγραφή σε τύπους παραθύρων δειγματοληψίας

  • Περιγραφή καθορισμού ορίων εμπιστοσύνης σε φάσματα

  • Περιγραφή άλλων μεθόδων (wavelets, Empirical Orthogonal Functions)

  • (4) Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση
  • Τρόπος Παράδοσης:

Δια ζώσης, με φυσική παρουσία. Όλο το απαραίτητο αλλά και συμπληρωματικό υλικό παρατίθεται μέσω της ηλεκτρονικής πλατφόρμας e-class.

  • Χρήση Τεχνολογιών, Πληροφορίας & Επικοινωνιών:

Η πλατφόρμα e-class χρησιμοποιείται εκτενέστατα, και για τη διανομή του εκπαιδευτικού υλικού στους φοιτητές, αλλά και για την αξιολόγηση της προόδου τους και βαθμολόγηση της επίδοσής τους.

  • Οργάνωση Διδασκαλίας:
Δραστηριότητα Φόρτος Εργασίας Εξαμήνου
Διαλέξεις
19
Εργαστηριακές ασκήσεις
20
Αυτοτελής Μελέτη
16
Τελική εξέταση
1
Εκπόνηση εργασιών
40
Συγγραφή εργασίας
30
Σύνολο Μαθήματος
126
  • Αξιολόγηση Φοιτητών:

Η γλώσσα αξιολόγησης των Ελλήνων φοιτητών και φοιτητριών είναι η ελληνική, ενώ των ξένων η Αγγλική.

Η αξιολόγηση των φοιτητών γίνεται (α) μέσω εβδομαδιαίας κατάθεσης εργασιών που αναλαμβάνουν για το σπίτι, με εφαρμογές σε πραγματικά δεδομένα πεδίου και (β) μέσω της διαδικτυακής εξέτασης της κατανόησης και δυνατότητας χρήσης της διδαχθείσας ύλης στο τέλος του εξαμήνου. Η ανάθεση της εργασίας γίνεται σε ομάδες των δύο έως τριών φοιτητών.

Τα κριτήρια της αξιολόγησης των εργασιών αναφέρονται στην πρώτη εργασία που τους δίνεται, και δεν περιορίζονται στη σωστή ανάλυση των δεδομένων, αλλά επεκτείνονται στην παρουσίαση της εργασίας, τη σωστή περιγραφή των αξόνων και των μονάδων στα διαγράμματα, στο σχολιασμό των αποτελεσμάτων της εργαστηριακής άσκησης ώστε να γίνεται σαφές ότι ο φοιτητής όχι μόνο διεκπεραίωσε με επιτυχία την άσκηση αλλά και κατάλαβε πλήρως το λόγο και το αποτέλεσμά της. Επίσης, περιγράφονται στην αρχική περιγραφή του μαθήματος, στην πρώτη διάλεξη.

Οι εργασίες των φοιτητών σχολιάζονται γραπτώς μέσω του συστήματος e-class.

  • (5) Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

– Προτεινόμενη Βιβλιογραφία:

  • Κόγιας Γ., 2010. Εισαγωγή στην ψηφιακή επεξεργασία σήματος. Σύγχρονη Εκδοτική Ε.Π.Ε., ISBN: 978-960-6674-53-2, Διατίθεται δωρεάν μέσω του συστήματος ΕΥΔΟΞΟΣ με κωδικό 19901.

  • Στρίντζης Μ.-Γ., 2000. Ανάλυση χρονοσειρών. Αφοί Κυριακίδη,  Θεσσαλονίκη

  • Ζερβάκης, Β., 2013. Εργαστηριακές ασκήσεις «Επεξεργασίας Ωκεανογραφικών Δεδομένων», Πανεπιστήμιο Αιγαίου.

  • Emery and Thompson, 2001. Data analysis methods in physical oceanography.Elsevier Science

  • Storch & Zwiers, 2002. Statistical Analysis in Climate Research. Cambridge University Press.

  • Trauth, Gebbers, Marwan and Sillmann, 2007. MATLAB Recipes for Earth Sciences.

– Συναφή επιστημονικά περιοδικά: