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Volltext : Wasserstandsvorhersage mittels neuronaler Netze (BSH-Berichte, Nr. 15)

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beschränkt.
An  den  Regressionskoeffizienten  des  RW-Modells  (Tab.5.4)  ist  zu  erkennen,  daß  sowohl
die  Vergrößerung  der  Zeitreihen  als  auch  die  Hinzunahme  aller  meteorologischen  Größen
stabilisierend  auf  den  Validationsfehler  wirken,  wobei  der  zuletzt  genannte  Einfluß  etwas
stärker  als  der  zuerst  genannte  ist.  Bei  den  Regressionskoeffizienten  des  MW-Modells
dagegen  ist  kein  Unterschied  zu  merken.  Alle  Regressionskoeffizienten  verschwinden.  Somit
hat  das  MW-Modell  den  von  allen  Modellen  stabilisierendsten  Einfluß  auf  den  Validationsfehler. ­
  Die  in  Tab.5.4  angegebenen  Koeffizienten  der  multivariaten  Modelle  wurden  über
mehrere  Koeffizienten  gemittelt,  die  von  Kohonen-Netzen  berechnet  wurden,  die  mittels  verschiedener ­
  Anzahlen  von  Lernvektoren  trainiert  wurden.  Dabei  traten  sogar  Fälle  mit
negativen  Koeffizienten  auf,  d.h.  die  Genauigkeit  nahm  mit  weiter  in  der  Zukunft  liegenden
Zeitpunkten  sogar  zu.  Dieses  .Phänomen  erinnert  an  das  im  Lorenz-Attraktor  (und  auch
gelegentlich  in  der  Wetterprognose)  beobachtete  Phänomen  des  "return  of  skill"  [Ziehmann-Schlumbohm
  94].
Nicht  nur  für  das  KL-Modell  können  Validationsfehler  nach  der  Definition  des  mittleren
quadratischen  Fehlers  (mrmse,  [2.2],  Kap.2.4.4)  berechnet  werden,  die  bei  diesem  Modell  mit
den  Vorhersagefehlern  identisch  sind,  sondern  auch  für  die  MR-  und  MW-Modelle.  Bei
diesen  Modellen  sind  die  Validations-  und  Vorhersagefehler  nicht  mehr  identisch.  Der
Validationsfehler  dieser  Modelle  wird  weiterhin  auf  Basis  von  Messungen  berechnet,  der
Vorhersagefehler  dagegen  auf  Basis  von  Vorhersagen  der  meteorologischen  Größen.  Die
Erfahrung  des  Wasserstandsvorhersagedienstes  zeigt,  daß  die  Vorhersage  des  Staus  bei
Cuxhaven  im  wesentlichen  von  der  Genauigkeit  der  meteorologischen  Prognosen  abhängt
(Kap.2.1.4),  die  in  der  vorliegenden  Arbeit  als  Zusatzprognosen  bezeichnet  werden  (Kap.2.2).
Die  Zusatzprognosen  selbst  sind  wiederum  mit  Fehlern  behaftet  (Kap.5.4),  so  daß  folglich  die
Vorhersagefehler  der  MR-  und  MW-Modelle  größer  als  ihre  Validationsfehler  sind.  Im
Gegensatz  zu  den  RW-  und  MW-Modellen  besteht  der  Prognosezeitraum  des  MR-Modells
nur  aus  einem  Zeitpunkt.  Zur  Steuerung  des  Abbruchkriteriums  wurden  der  Einfachheit
halber  alle  Vorhersagen  der  MR-Modelle  von  stündlichen  Stauwerten  (8760  Zeitpunkte  für
das  Standardvergleichsjahr  1993)  jeweils  einzeln  mit  den  stündlichen  Beobachtungen
verglichen.  Von  den  Differenzen  zwischen  diesen  Netzvorhersagen  und  den  Beobachtungen
wurde  jeweils  der  mittlere  quadratische  Fehler  (root  mean  square  error)  gebildet.
Damit  aber  die  Validations-  und  Vorhersagefehler  der  MR-Modelle  mit  den  Validationsund ­
  Vorhersagefehlern  der  RW-  und  MW-Modelle  vergleichbar  sind,  wurden  die  Vorhersagen ­
  des  Endzustands  der  MR-Modelle  in  730  12er-Gruppen  zusammengefaßt  und  die  Validationsund ­
  Vorhersagefehler  jeweils  nach  Formel  [2.2]  berechnet.  Zum  Vergleich  wurde  auch  das
statistische  multiregressive  Modell  des  Gesamtansatzes  (Kap.2.1.4)  auf  die  Vorhersage  von
stündlichen  Stauwerten  angewandt.  Diese  Vorhersagen  des  Gesamtansatzes  wurden  wiederum
in  730  12-Gruppen  zusammengefaßt  wie  die  Vorhersagen  der  neuronalen  MR-Modelle  und
die  Validations-  und  Vorhersagefehler  ebenfalls  nach  Formel  [2.2]  berechnet.  All  diese  Fehler
sind  in  Tab.5.7  aufgelistet.  Dabei  wurde  wie  schon  in  Tab.5.4  unterschieden,  ob  alle  meteorologischen ­
  Größen  oder  nur  der  Wind  zusätzlich  zum  Stau  von  den  Kohonen-Netzen  angelernt,
bzw.  in  den  Gesamtansatz  eingesetzt  wurden,  und  welcher  Zeitraum  der  Zeitreihen  der
Selektion  zur  Verfügung  gestellt  wurde  (ab  1985  oder  ab  1988).
Im  ersten  Fall,  in  dem  alle  Größen  zusätzlich  zum  Stau  angelernt  wurden,  sind  die  Validations- ­
  und  Vorhersagefehler  beim  MW-  und  beim  MR-Modell  jeweils  gleich.  Im  zweiten
Fall,  in  dem  nur  der  Wind  zusätzlich  zum  Stau  angelernt  wurde,  sind  die  Validationsfehler
dieser  beiden  Modelle  kleiner  als  im  ersten  Fall.  Beim  MR-Modell  ist  der  Unterschied  ein
wenig  ausgepräger  als  beim  MW-Modell.  Beim  MW-Modell  verhalten  sich  die  Vorhersage ­
            
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