Stat test massimo valore - idrologia.polito.it · IDROLOGIA P Claps Test del massimo valore Nota...
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IDROLOGIA
P Claps
Test del massimo valore
TEST DEL MASSIMO VALORE
Per dimostrare che in alcuni casi la legge del valore estremo EV1 non è adeguata a
descrivere gli estremi idrologici si può far ricorso ad un test molto semplice, nel quale
la statistica di riferimento è il valore massimo tra i dati del campione.
L�ipotesi H0 da sottoporre a verifica è: �Il valore massimo Xn appartiene alla
distribuzione dei massimi di una variabile di Gumbel�?
Se la risposta è positiva ne deriva la necessaria conseguenza che quel valore
appartiene anche alla distribuzione di partenza (Gumbel) che lo avrebbe generato.
Per la statistica Xn è semplice ricavare per via diretta la distribuzione. Infatti, come
risulta dal procedimento di costruzione della distribuzione del massimo di una
variabile casuale, si ha:
Ad Esempio, se la variabile FX (x) è una Gumbel, la distribuzione del massimo di un
campione di N dati estratti da una Gumbel è:
n
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Nota quindi la distribuzione della statistica test se ne deduce l�intervallo di
accettazione, in funzione del livello di significatività �. Se � = 5%, trattandosi di un
controllo per estremi positivi, si lascia l�errore solo da un lato, per cui risulta che il
limite di accettazione positivo per X(N) è X( =0.95). Di conseguenza, se il valore max
campionato su N dati risulta essere superiore al valore limite al 95% dei massimi su N
dati estratti da una Gumbel, tale distribuzione mostra di essere inadatta a
rappresentare il campione, almeno nella sua coda positiva. Si rende quindi necessario
far ricorso a distribuzioni più asimmetriche.
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Test del massimo valore
APPLICAZIONE DEL TEST A DISTRIBUZIONI QUALSIASI
Si immagina che il valore osservato di X(N) corrisponda al valore XLIM. La condizione
richiesta dal test è che
Essendo vale allora
, ovvero:
per XLIM vale: ≤
Di conseguenza, dato un generico valore (osservato) X(N) se si ha:
l’ipotesi sul test è soddisfatta
≤
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Test del massimo valore
Valutazione del periodo di ritorno di un nuovo evento �eccezionale� In ASSENZA di serie storica
Assunto un evento X(N), tale da rappresentare certamente il massimo della serie, si
vuole verificare in modo approssimato l’adeguatezza della distribuzione (espressa
dalla “cartografia delle precipitazioni” alla rappresentazione del valore, in modo da
poter determinare T(X).
Le uniche informazioni necessarie sono:
- I parametri della distribuzione di probabilità
- Il numero di osservazioni su cui si è basata la valutazione
La procedura, basata sull’applicazione del test del MASSIMO VALORE, prevede la
verifica dell’ipotesi:
Per questa verifica sono appunto necessari i parametri della FX ed N. Quest’ultimo puo’ essere in prima approssimazione assunto come valor medio della numerosità dei campioni usati nell’analisi regionale che ha consentito di stimare i Parametri della distribuzione locale
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Funzione GUMBEL (qui=PAI): Per T abbastanza grande, es. superiore a 20, vale:
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In carta probabilistica di Gumbel (altro modo di rappresentare la funzione come una
retta) La distribuzione del massimo puo’ essere rappresentata come un retta parallela
a quella originaria di Gumbel, traslata originaria della quantità .
\\ 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0.01 0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70
0.80 0.90 0.95
0.99 0.995
0.999 Pr
obab
ilità
cum
ulat
a
2
5 10 20
100
[T]
Max annuale delle portate al colmo di piena [mc/s]
GUMBEL 200
1000 q2 Ln N
Qn,0.95
Regione di accettazione
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Test del massimo valore
Valutazione del periodo di ritorno di un nuovo evento �eccezionale� In presenza di serie storica
Assunto un nuovo evento X(N+1), tale da essere di entità piu� elevata del precedente
valore massimo, si vuole assegnare ad esso un valore oggettivo di �eccezionalità�,
attraverso l’attribuzione del periodo di ritorno.
Il riferimento è fatto ad una serie storica registrata nella stessa stazione nella quale si
è avuta la nuova osservazione. La procedura usuale prevede l�impiego della
distribuzione di probabilità della variabile di interesse X ed il suo impiego nella
determinazione di T(X(N+1)).
La procedura, basata sull’applicazione del test del MASSIMO VALORE, è:
a) Verifica di appartenenza di X(N+1) alla FX(x) già nota per la stazione in questione,
quindi senza la nuova osservazione mediante il test.
Affinchè il test passi deve risultare:
Se questo avviene si può procedere al conseguente calcolo di T(X(N+1)):
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Test del massimo valore
Valutazione del periodo di ritorno di un nuovo evento �eccezionale�
Se il test non è soddisfatto X(N+1) non appartiene a FX(x) e si va al passo successivo:
b) Stima di una nuova distribuzione F*X(x) dopo inserimento del nuovo dato X(N+1)
nella serie già disponibile, e successiva verifica mediante test del massimo valore.
Si dovranno stimare i valori dei parametri della F*X(x) includendo il nuovo valore, per
cui i parametri saranno stimati su N+1 osservazioni.
Riapplicando il test, se è soddisfatto è possibile attribuire in modo corretto il periodo
di ritorno ad X(N+1) con
Se il test non è ancora soddisfatto la distribuzione utilizzata risulta essere non più
adatta alla rappresentazione dell’intero campione. Di conseguenza:
c) Si formula una nuova ipotesi di modello probabilistico che porti il test ad avere
esito positivo
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L�espressione è ancora una legge di Gumbel. Si vede infatti che:
per cui, ipotizzando una distribuzione di Gumbel con un nuovo valore modale θ*1,
questo risulta dall’equivalenza:
per cui:
La nuova distribuzione è quindi ancora una Gumbel, ma con un nuovo parametro ✓1
CASO GUMBEL