Διερεύνηση Και Ανάπτυξη Μαθηματικών Μοντέλων Ασαφούς Λογικής Σε Περιβαλλοντικά Συστήματα

Abstract

Η κλιματική αλλαγή συντελείται ήδη στις αυξανόμενες θερμοκρασίες, στις αλλαγές των χαρακτηριστικών των βροχοπτώσεων, στο λιώσιμο των πάγων και την αύξηση της παγκόσμιας μέσης στάθμης της θάλασσας. Όλες αυτές οι αλλαγές εντείνονται με την ανθρώπινη παρέμβαση. Επιτακτική ανάγκη είναι η κατασκευή προγνωστικών μοντέλων τα οποία προσεγγίζουν με ακρίβεια τις πραγματικές συνθήκες περιβάλλοντος. Με τη βοήθεια ενός οικο-υδρολογικού μοντέλου μας επιτρέπεται η έρευνα των σχέσεων μεταξύ παραμέτρων όπως του κλίματος και του νερού, της διάβρωσης, της σημασίας των συστατικών που υπάρχουν σε μια λεκάνη, όπως και τη σχέση μεταξύ αυτών των συστατικών και παραμέτρων. Τα πιθανά μέτρα προσαρμογής συμπεριλαμβάνουν την ανάπτυξη κατασκευών, τη διαχείριση των απαιτήσεων και τα απαιτούμενα εργαλεία τα οποία θα προσαρμοστούν και θα αξιολογηθούν βασιζόμενα στην αποτελεσματικότητα έναντι των απειλών για τη διασφάλιση του νερού. Μεταξύ των πολλά υποσχόμενων αναλυτικών «εργαλείων» για την μελέτη των φυσικών, χημικών και βιολογικών λειτουργιών που εξελίσσονται στα υδάτινα οικοσυστήματα είναι και η μεθοδολογία μοντέλων ασαφούς λογικής (fuzzy logic models) η οποία συμβάλλει στην διερεύνηση σύνθετων, μη-γραμμικών και ευμετάβλητων βιολογικών συστημάτων. Η επιστήμη των μηχανικών χρησιμοποιεί σε εφαρμογές τα ασαφή συστήματα τα οποία τα περιγράφει από συναρτήσεις. Βασίζονται στην κατασκευή ασαφών συνόλων και ασαφών κανόνων συμπερασμού. Σχέσεις αιτίου – αιτιατού οι οποίες είναι απαραίτητες για την έκφραση και συσχέτιση μεταξύ παραγόντων είναι οι ασαφείς συνεπαγωγές. Η επιλογή της καταλληλότερης ή των καταλληλότερων σε ένα οικοσύστημα με πειραματικά δεδομένα είναι μέγιστης σημασίας αφού είναι αυτές που καθορίζουν το συμπερασμό που προκύπτει από τα ασαφή συστήματα στα οποία αναφέρονται. Δεν υπάρχει μια γενική λύση για την εύρεση της καλύτερης σχέσης συμπερασμού.Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση και ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων ασαφούς λογικής σε δυο Μεσογειακές ελληνικές ευτροφικές λίμνες, περιοχές που υπάγονται στο δίκτυο Natura 2000, της λίμνης Ορεστιάδα στην πόλη της Καστοριάς και της λίμνης Κάρλα στην περιοχή του Βόλου. Και στα δυο οικοσυστήματα θα αναπτύξουμε παρόμοιες μεθόδους για την εύρεση της καταλληλότερης συνεπαγωγής μετά από τη μελέτη ενός πλήθους γνωστών συμμετρικών και μη συμμετρικών συνεπαγωγών. Για την κατασκευή ασαφών αριθμών των βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων χρησιμοποιούμε την ασαφή γραμμική παλινδρόμηση, τη χρήση των ασαφών εκτιμητών, τη χρήση γλωσσικών μεταβλητών. Στη συνέχεια θα χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο του μεταβατικού περιβλήματος για την κατηγοριοποίηση των μεταβλητών των οικοσυστημάτων αυτών σε κλάσεις. Η χρήση της μεθόδου αυτής χρησιμοποιείται στην περίπτωση που υπάρχουν πολλές μεταβλητές σε ένα σύστημα και ένα μεγάλο εύρος των κατασκευασμένων ασαφών αριθμών από την πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση. Η μελέτη αυτή θα μας βοηθήσει να βρούμε ποιες είναι οι μεταβλητές που επηρεάζουν περισσότερο τα επίπεδα της χλωροφύλλης και κατ’ επέκταση το φαινόμενο του ευτροφισμού στα μελετώμενα οικοσυστήματα. Στόχος μας είναι η μείωση της αβεβαιότητας και της ασάφειας ως προς τα κριτήρια που χρησιμοποιούνται σε εργαλεία λήψης αποφάσεων.