Odhaľovanie príčin extrémnych javov (nielen v počasí) pomocou Rényiho entropie

Výsledky spoločného výskumu Ústavu informatiky AV ČR  a Ústavu merania SAV, v.v.i. boli publikované v špičkovom vedeckom časopise Science Advances. Časopis patrí do rodiny časopisov skupiny Science a podporuje poslanie Americkej asociácie pre rozvoj vedy (AAAS) na identifikáciu a propagáciu významných pokrokov vo vede a technike v širokom spektre oblastí.

Neobvyklé výkyvy počasia, pády finančných trhov, epileptické záchvaty a iné extrémne javy zaujímajú vedcov po celom svete. Mechanizmy vzniku týchto udalostí a metódy včasného varovania sú predmetom intenzívneho skúmania.

Vedecký tím z Ústavu informatiky AV ČR (Milan Paluš, Pouya Manshour) a Ústavu merania SAV (Martina Chvosteková), vedený Milanom Palušom, ponúka v novej štúdii odpoveď na zásadnú otázku:

Ktorá z dvoch alebo viacerých potenciálnych príčinných premenných spôsobuje extrémy v ovplyvňovanej premennej?

Odpoveď poskytuje novo-navrhnutá metóda, ktorá využíva Rényiho entropiu, zovšeobecnenie konceptu Shannonovej informácie. Algoritmy boli testované na numerických simuláciách a klimatických dátach, analyzujúc príčiny chladných extrémov v Európe, ako sú napríklad jarné mrazy ohrozujúce úrodu. Výsledky ukazujú, že za zvýšenú pravdepodobnosť chladných extrémov v zimných a jarných teplotách vzduchu v Európe zodpovedá vysoká sibírska tlaková výš.

 

Výsledky tohto výskumu boli publikované v prestížnom vedeckom časopise Science Advances:

Paluš, M. Chvosteková, P. Manshour: Causes of extreme events revealed by Rényi information transfer. Science Advances 10, eadn1721 (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn1721

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adn1721

Výskum bol podporený prestížnou Akademickou prémiou (Praemium Academiae) AV ČR, udelenou RNDr. Milanovi Palušovi, DrSc. v roku 2019.

 

Obrázok. Ilustrácia analýzy zhody pre chladné extrémy v jarných teplotách vzduchu v Európe. Časti chladných extrémov zhodujúcich sa s podmienkou SH (SH – Sibírsky vysoký tlak je dominantný cirkulačný systém nad eurázijským kontinentom, vytvorený masívnym zhromaždením chladného suchého vzduchu, ktorý sa hromadí v severovýchodnej časti Eurázie od septembra do apríla). Iba štatisticky významné hodnoty zhody (z-skóre > 2) sú označené farebne.