Sut i Gyfrifo Tebygolrwydd Glawiad
Mae glawiad yn un o'r elfennau tywydd a welir amlaf oherwydd ei fod yn effeithio'n uniongyrchol ar weithgareddau dyddiol, o amaethyddiaeth, trafnidiaeth, twristiaeth, i reoli llifogydd. Fodd bynnag, mae llawer o bobl yn dal i gyfateb "rhagolygon glaw" â "sicrwydd glaw". Fodd bynnag, mewn meteoroleg fodern, mae'r siawns o law fel arfer yn cael ei fynegi fel tebygolrwydd. Mae'r erthygl hon yn trafod sut i gyfrifo tebygolrwydd glawiad yn syml, o gysyniadau sylfaenol i enghreifftiau cyfrifo hawdd eu dilyn.
Deall beth yw tebygolrwydd glawiad
Cyfeirir yn aml at y tebygolrwydd o law fel y tebygolrwydd o wlybaniaeth (PoP). Nid mesur o ba mor drwm fydd y glaw mohono, ond yn hytrach y siawns y bydd glaw yn digwydd mewn ardal benodol o fewn cyfnod penodol o amser (e.e., 6 awr neu 24 awr).
Er enghraifft, os yw'n dweud “tebygolrwydd o 70% o law,” mae'n golygu bod siawns o 70% y bydd hi'n bwrw glaw yn yr ardal a'r cyfnod amser a ragwelir (fel arfer wedi'i fesur yn ôl trothwy penodol, er enghraifft isafswm o 0,1 mm).
Mae'n bwysig nodi: nid yw tebygolrwydd glaw bob amser yn hawdd i'w ddeall oherwydd ansicrwydd data tywydd, dynameg atmosfferig, a chyfyngiadau modelau rhagfynegol. Fodd bynnag, yn ystadegol, gellir cyfrifo'r siawns o law gan ddefnyddio data hanesyddol a chanlyniadau modelau rhagolwg.
Dau ddull cyffredin o gyfrifo tebygolrwydd glaw
Yn ymarferol, mae dau ddull a ddefnyddir yn gyffredin:
1. Dull ystadegol sy'n seiliedig ar ddata hanesyddol
Defnyddio cofnodion glawiad y gorffennol i amcangyfrif y siawns o law ar amser penodol.
2. Dulliau rhagweld (model) ac ensemble
Defnyddio allbwn model tywydd (gan gynnwys senarios/aelodau model lluosog) i gyfrifo tebygolrwydd glaw.
Yn yr erthygl hon, y prif ffocws yw sut i gyfrifo tebygolrwydd glawiad gan ddefnyddio dull ystadegol y gall unrhyw un ei wneud, ac yna mae'n gorffen gyda throsolwg o sut mae'r dull modelu'n gweithio.
Data gofynnol
I gyfrifo tebygolrwydd glawiad yn ystadegol, mae angen:
– Data glawiad dyddiol/bob awr o orsafoedd glaw neu bostiau glaw.
– Cyfnod data digon hir (e.e. 10–30 mlynedd i fod yn fwy sefydlog).
– Y diffiniad o “law” a ddefnyddir: y trothwy isaf o lawiad a ystyrir yn law (e.e. ≥ 0,1 mm/dydd neu ≥ 1 mm/dydd).
Mae'r trothwy hwn yn bwysig oherwydd gellir cofnodi "glaw mân" fel glaw, ond at rai dibenion (e.e. amaethyddiaeth), dim ond os yw'n ≥ 5 mm y gallwch ei ystyried yn law.
Dull 1: Tebygolrwydd glaw o amlder digwydd (dull syml)
Y dull mwyaf sylfaenol yw cyfrifo amlder glawiad dros yr un cyfnod.
Fformiwla
\[
P(\text{glaw}) = \frac{\text{nifer y dyddiau glawog}}{\text{cyfanswm nifer y dyddiau}} \times 100\%
\]
Enghraifft
Tybiwch eich bod am gyfrifo tebygolrwydd glaw ym mis Ionawr yn seiliedig ar 10 mlynedd o ddata. Rydych yn casglu cyfanswm y dyddiau ym mis Ionawr am 10 mlynedd:
– Mae gan Ionawr 31 diwrnod.
– Cyfanswm y data = 31 × 10 = 310 diwrnod.
– O'r 310 diwrnod, cofnodwyd 217 diwrnod gyda glawiad ≥ 0,1 mm.
Felly:
\[
P(\text{glaw}) = \frac{217}{310} \times 100\% \approx 70\%
\]
Mae hyn yn golygu, yn hanesyddol, bod y siawns o law ar ddiwrnod ar hap ym mis Ionawr tua 70% (gan ddefnyddio trothwy o 0,1 mm).
Manteision a chyfyngiadau
– Manteision: hawdd iawn i'w gyfrifo.
– Cyfyngiadau: nid yw'n ystyried amodau atmosfferig heddiw, dim ond cyfartaleddau hanesyddol.
Dull 2: Tebygolrwydd glaw ar gyfer dyddiad penodol (hinsoddeg ddyddiol)
Os ydych chi eisiau bod yn fwy penodol, gallwch chi gyfrifo'r siawns o law ar gyfer dyddiad penodol, dyweder Mai 10, gan ddefnyddio data hanesyddol ar y dyddiad hwnnw o flynyddoedd lawer.
Cam
1. Cymerwch ddata glawiad ar gyfer yr un dyddiad, er enghraifft bob 10fed o Fai am 20 mlynedd.
2. Cyfrifwch sawl gwaith y bu glaw (≥ trothwy) ar y dyddiad hwnnw.
3. Rhannwch â nifer y blynyddoedd.
Fformiwla
\[
P(\text{glaw ar ddyddiad } d) = \frac{\text{nifer y blynyddoedd o law ar } d}{\text{nifer y blynyddoedd o ddata}} \times 100\%
\]
Enghraifft
Data 10 Mai am 20 mlynedd:
– 14 gwaith glaw (≥ 1 mm).
– Cyfanswm y blynyddoedd = 20.
\[
P = \frac{14}{20} \times 100\% = 70\%
\]
Yn aml, gelwir y dull hwn yn ddull hinsoddeg ddyddiol. Er mwyn cynyddu sefydlogrwydd, gallwch ehangu'r ffenestr amser, er enghraifft, gan ddefnyddio 9 diwrnod (Mai 6–14) ac yna cyfartaleddu.
Dull 3: Tebygolrwydd “glaw trwm” yn seiliedig ar drothwy penodol
Gellir cyfrifo tebygolrwydd hefyd ar gyfer categorïau dwyster, fel glaw trwm. Mae'r dull yr un fath, dim ond y trothwy sy'n newid.
Er enghraifft, diffiniad glaw trwm: ≥ 50 mm/dydd.
\[
P(\text{glaw trwm}) = \frac{\text{nifer y dyddiau gyda glaw ≥ 50 mm}}{\text{cyfanswm nifer y dyddiau}} \times 100\%
\]
Enghraifft:
– Cyfanswm y dyddiau mewn 5 mlynedd: 5 × 365 = 1825 diwrnod (anwybyddwch flynyddoedd naid er mwyn symlrwydd).
– Dyddiau glawog ≥ 50 mm: 36 diwrnod.
\[
P = \frac{36}{1825} \times 100\% \approx 2\%
\]
Er ei fod yn fach, mae'r gwerth hwn yn ddefnyddiol ar gyfer dadansoddi risg llifogydd, cynllunio draenio, a rhybuddio cynnar.
Dull 4: Tebygolrwydd yn seiliedig ar amodau blaenorol (Markov syml)
Yn aml, mae glaw yn dilyn “patrwm parhad”: os yw'n bwrw glaw heddiw, mae'n fwy tebygol o fwrw glaw yfory nag os nad yw'n bwrw glaw heddiw. Gallwch gyfrifo tebygolrwyddau trawsnewid syml gan ddefnyddio cysyniadau Markov.
Diffiniwch ddau gyflwr:
– H = glaw (≥ trothwy)
– T = dim glaw
Cyfrifwch o ddata hanesyddol:
– \(P(H|H)\): y siawns y bydd hi'n bwrw glaw yfory os bydd hi'n bwrw glaw heddiw.
– \(P(H|T)\): y siawns y bydd hi'n bwrw glaw yfory os nad yw hi'n bwrw glaw heddiw.
Enghraifft
O 1.000 o barau diwrnod olynol:
– 400 gwaith mae'n dweud “mae hi'n bwrw glaw heddiw.” O'r 400 gwaith hynny, 260 gwaith bydd hi'n bwrw glaw yfory.
\(P(H|H) = 260/400 = 65\%\)
– 600 gwaith “fydd hi ddim yn bwrw glaw heddiw.” O’r 600 gwaith hynny, 180 gwaith bydd hi’n bwrw glaw yfory.
\(P(H|T) = 180/600 = 30\%\)
Mae hyn yn caniatáu addasu'r tebygolrwydd o law yfory yn seiliedig ar amodau heddiw. Mae'n dal yn syml, ond yn fwy realistig na'r cyfartaledd misol.
Dull 5: Tebygolrwyddau o gasgliad o fodelau tywydd (trosolwg o arfer modern)
Mewn rhagolygon tywydd modern, mae tebygolrwydd glawiad yn aml yn cael ei gyfrifo o ragolygon ensemble, sef casgliad o efelychiadau model lluosog gydag amodau cychwynnol gwahanol. Yr egwyddor yw:
\[
P(\text{glaw}) = \frac{\text{nifer aelodau'r ensemble sy'n rhagweld glaw}}{\text{nifer aelodau'r ensemble}} \times 100\%
\]
Enghraifft
Mae 20 aelod o'r ensemble ar gyfer eich ardal yfory:
– Rhagwelodd 12 aelod lawiad ≥ 1 mm.
– Rhagwelodd 8 aelod <1 mm. \[ P = \frac{12}{20} \times 100\% = 60\% \] Mae'r dull hwn yn adlewyrchu ansicrwydd y model. Yn nodweddiadol, po bellaf allan yw'r dyddiad rhagweld, y mwyaf y mae tebygolrwyddau'n tueddu i "ymestyn" wrth i ansicrwydd gynyddu. Awgrymiadau ar gyfer cyfrifiadau mwy cywir 1. Gosodwch drothwy glawiad addas. Mae trothwy o 0,1 mm yn addas ar gyfer diffiniadau glawiad meteorolegol; ar gyfer effeithiau, efallai y bydd angen 5–10 mm. 2. Defnyddiwch ddata hir a glân. Gall data coll neu offerynnau mesur diffygiol newid y canlyniadau. Perfformiwch wiriadau ansawdd data. 3. Ystyriwch y tymor. Mae tebygolrwydd glawiad yn y tymor sych a'r tymor glawog yn wahanol iawn. Cyfrifwch ar wahân fesul tymor neu fesul mis. 4. Defnyddiwch ffenestr amser symudol. Ar gyfer dyddiadau penodol, gall ffenestr o ±3 i ±7 diwrnod wneud amcangyfrifon yn fwy sefydlog. 5. Gwahaniaethwch rhwng "siawns o law" a "faint o mm." Mae tebygolrwydd yn ateb "a fydd hi'n bwrw glaw," nid "faint o law fydd hi'n bwrw glaw." Casgliad Mae cyfrifo tebygolrwydd glawiad yn seiliedig yn ei hanfod ar gysyniad syml: cymharu nifer y digwyddiadau glawiad â chyfanswm y nifer o arsylwadau. Gallwch gyfrifo'r tebygolrwydd glawiad misol cyfartalog, y tebygolrwydd ar ddyddiad penodol, y tebygolrwydd o law trwm, neu hyd yn oed y tebygolrwydd o law yfory yn seiliedig ar amodau heddiw. Mewn ymarfer modern, mae tebygolrwydd glawiad hefyd yn aml yn cael ei gyfrifo o gasgliad o fodelau tywydd, sy'n darparu dull tebygolrwydd sy'n gweddu'n well i natur ddeinamig y tywydd. Os hoffech chi, gallaf eich helpu i greu cyfrifiad sampl gan ddefnyddio data Excel/CSV (e.e., data glawiad dyddiol o'r BMKG neu'ch gorsaf lawiad), ynghyd â fformwlâu Excel neu sgriptiau Python i gyfrifo tebygolrwydd glawiad fesul mis, fesul tymor, a fesul trothwy dwyster.
