Livello Medio Marino Globale e Satelliti
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Questions and Answers

Quali sono i due metodi principali utilizzati per misurare il livello medio marino globale?

I due metodi principali sono l'altimetria satellitare e i mareografi.

Qual è la principale causa dell'innalzamento del livello medio marino globale?

Il riscaldamento globale.

Cosa sono i dati del livello medio marino globale 'senza trend stagionale'?

Sono dati che hanno rimosso la variazione ciclica del livello del mare legata alle stagioni.

Quali satelliti hanno contribuito ai dati del livello medio marino globale dal 1992?

<p>Le serie di satelliti TOPEX e Jason.</p> Signup and view all the answers

Cosa rappresentano le date nel file .csv utilizzato per i dati del livello medio marino?

<p>Le date sono espresse in anni, inclusi sia l'anno intero che la frazione di anno che rappresenta il giorno.</p> Signup and view all the answers

In quali unità vengono espresse le altimetrie nel file .csv?

<p>Millimetri (mm).</p> Signup and view all the answers

Perché si usano diversi satelliti per monitorare il livello medio marino globale?

<p>Ogni satellite ha una durata di vita limitata, quindi sono necessari diversi satelliti per garantire una raccolta di dati continua nel tempo.</p> Signup and view all the answers

Cosa significa che i dati del livello medio marino vengono 'verificati' con i mareografi?

<p>Significa che i dati satellitari vengono confrontati con le misure indipendenti dei mareografi per assicurarsi che siano accurati.</p> Signup and view all the answers

Qual è il comando MATLAB utilizzato per importare i dati contenuti nel file meanGlobal_seaLevel.csv?

<p><code>readmatrix</code></p> Signup and view all the answers

Quali sono i due vettori che devono essere creati dopo l'importazione dei dati?

<p>Un vettore contenente i giorni in cui sono misurati i dati e un vettore contenente la variazione altimetrica media.</p> Signup and view all the answers

Come si calcola la variazione altimetrica media se ci sono più osservazioni per la stessa data?

<p>Si calcola la media delle osservazioni presenti alla stessa data.</p> Signup and view all the answers

Quali sono i comandi MATLAB utilizzati per creare un grafico dei dati importati?

<p>I comandi <code>plot</code> o <code>scatter</code> possono essere utilizzati per creare un grafico. <code>xlabel</code>, <code>ylabel</code> e <code>title</code> sono usati per etichettare gli assi e il titolo del grafico. <code>legend</code> è usato per mostrare la legenda dei colori associati ai satelliti.</p> Signup and view all the answers

Qual è l'equazione del modello lineare utilizzato per descrivere la variazione altimetrica media del livello del mare?

<p>𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑞</p> Signup and view all the answers

Quali sono i parametri da stimare nel modello lineare?

<p>I parametri da stimare sono <code>m</code> (pendenza) e <code>q</code> (intercetta).</p> Signup and view all the answers

Qual è il significato di A nel modello deterministico?

<p>La matrice <code>A</code> rappresenta la matrice disegno, che descrive la struttura del modello.</p> Signup and view all the answers

Qual è l'ipotesi nulla H0 nel test globale sul modello χ2?

<p>L'ipotesi nulla H0 è che $\sigma_1^2 = \sigma_2^2$.</p> Signup and view all the answers

Quale comando MATLAB si utilizza per calcolare il valore limite nel test globale sul modello χ2?

<p>Si utilizza il comando <code>chi2inv(alpha, n - m)</code>.</p> Signup and view all the answers

Cosa si richiede di predire utilizzando i modelli ai MQ per il 2050?

<p>Si richiede di predire il livello medio marino globale nel 2050 e fornire la precisione di stima.</p> Signup and view all the answers

Qual è il livello di significatività alpha utilizzato nel test globale?

<p>Il livello di significatività alpha utilizzato è 5%.</p> Signup and view all the answers

Qual è la formula per la statistica del test nel modello χ2?

<p>La formula per la statistica del test è $# &lt; rac{ ilde{eta}^2}{ rac{ ilde{eta}^2}{eta_0} (n - m)}$.</p> Signup and view all the answers

Qual è l'ipotesi H0 nel test globale sul modello χ2?

<p>L'ipotesi H0 è che la varianza degli errori sia uguale, cioè $eta_1 = eta_0$.</p> Signup and view all the answers

Cosa indica un valore p maggiore del livello di significatività alpha nel test χ2?

<p>Indica che non ci sono evidenze sufficienti per rifiutare l'ipotesi H0, suggerendo che il modello descrive bene i dati.</p> Signup and view all the answers

Qual è il comando MATLAB per calcolare il valore limite nel test χ2?

<p>Il comando è <code>chi2inv(alpha, n-m)</code>.</p> Signup and view all the answers

Come si identifica un outlier durante il processo di analisi?

<p>Si normalizzano gli scarti e si confrontano con un valore limite derivante da un Z-test.</p> Signup and view all the answers

Qual è il suggerimento per rimuovere gli outliers in modo efficace?

<p>Utilizzare un ciclo while per ripetere la procedura finché tutti gli outliers sospetti non sono stati rimossi.</p> Signup and view all the answers

Qual è la deviazione standard per il satellite TOPEX?

<p>La deviazione standard per il satellite TOPEX è 10 mm.</p> Signup and view all the answers

Che tipo di matrice si deve considerare quando si hanno misurazioni di precisione diverse tra satelliti?

<p>Si deve considerare una matrice Q diversa dall'identità.</p> Signup and view all the answers

Perché è importante ricompensare ai minimi quadrati dopo la rimozione di outliers?

<p>È importante per aggiornare le matrici A e Q in base alle osservazioni rimanenti, migliorando l'accuratezza del modello.</p> Signup and view all the answers

Qual è la variabile da considerare quando si costruisce la nuova matrice dei cofattori?

<p>I valori delle osservazioni dei satelliti, che in questo caso sono 4 mm per Jason-2 e 3 mm per Jason-3.</p> Signup and view all the answers

Come si calcola la varianza per osservazioni multiple nello stesso giorno?

<p>Utilizzando le formule di propagazione per le varianze delle misurazioni.</p> Signup and view all the answers

Qual è la funzione principale per plottare i dati in MATLAB?

<p>Le funzioni principali sono <code>plot</code> o <code>scatter</code> per creare i grafici.</p> Signup and view all the answers

Cosa rappresenta l'ipotesi H0 nel test di significatività dei parametri?

<p>L'ipotesi H0 rappresenta che il valore stimato del parametro sia uguale a zero.</p> Signup and view all the answers

Quale livello di significatività deve essere considerato nel test dei parametri?

<p>Il livello di significatività è fissato a alpha = 5%.</p> Signup and view all the answers

Qual è l'azione da compiere se l'ipotesi H0 è accettata nel test di significatività?

<p>Il parametro non significativo può essere rimosso dal modello ai minimi quadrati.</p> Signup and view all the answers

Cosa si intende per 'nuovo modello ai minimi quadrati'?

<p>Si riferisce a un modello aggiornato che utilizza la nuova matrice Q per la stima.</p> Signup and view all the answers

Che tipo di grafico è utile per visualizzare le predizioni e le osservazioni?

<p>Un grafico lineare o scatter è utile per confrontare le predizioni con le osservazioni.</p> Signup and view all the answers

Qual è la formula per calcolare la matrice di covarianza delle osservazioni?

<p>La matrice di covarianza delle osservazioni è data da $C_{yy} = heta^2 Q$.</p> Signup and view all the answers

Qual è la relazione tra la varianza comune e i cofattori nel modello stocastico?

<p>In caso di varianza comune, questo valore viene posto a fattor comune fuori dalla matrice dei cofattori $Q$, diventando quindi il valore di $ heta^2$.</p> Signup and view all the answers

Cosa rappresenta la matrice normale $N$ nel processo di risoluzione ai minimi quadrati?

<p>La matrice normale $N$ è espressa come $N = A^T Q^{-1} A$.</p> Signup and view all the answers

Come si calcola il vettore delle stime degli scarti?

<p>Il vettore delle stime degli scarti è dato da $v = y_0 - ar{y}$.</p> Signup and view all the answers

Qual è l'equazione per la matrice di covarianza degli scarti?

<p>La matrice di covarianza degli scarti è espressa come $C_{vv} = heta^2 [Q - A N^{-1} A^T].$</p> Signup and view all the answers

Quale comando MATLAB viene utilizzato per creare un grafico delle stime di variazione del livello marino?

<p>Il comando per creare un grafico è 'plot' o 'scatter' in MATLAB.</p> Signup and view all the answers

Qual è il significato del coefficiente di proporzionalità a-posteriori $ heta^2$?

<p>Il coefficiente a-posteriori $ heta^2$ rappresenta la stima della varianza delle osservazioni dopo aver considerato i dati.</p> Signup and view all the answers

Qual è la formula per il vettore dei parametri stimati $x$?

<p>Il vettore dei parametri stimati è dato da $x = N^{-1} A^T Q^{-1} y_0$.</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Altimetria satellitare

Tecnologia per misurare la distanza dalla superficie oceanica usando satelliti.

Livello medio marino globale

Variazione del livello medio degli oceani misurata nel tempo.

NOAA

National Oceanic and Atmospheric Administration, ente che fornisce dati marini.

Misurazioni altimetriche

Dati raccolti dai satelliti per monitorare l'andamento del livello del mare.

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TOPEX e Jason

Serie di satelliti che monitorano il livello globale del mare dal 1992.

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Rete di mareografi

Sistema di strumenti per verificare le misurazioni dei satelliti.

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File .csv

Formato di file contenente dati sulle variazioni del livello medio marino.

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Distanza calcolata

Calcolo della distanza tra satellite e superficie oceanica utilizzando il tempo.

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Importare dati

Caricare dati in MATLAB da un file CSV.

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Comando readmatrix

Comando MATLAB per importare matrici da file.

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Vettori di dati

Strutture che contengono giorni e variazione altimetrica media.

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Media delle osservazioni

Calcolare la media dei valori per ogni data con più misurazioni.

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Grafico della variazione

Visualizzare i dati importati con plot o scatter in MATLAB.

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Comando plot/scatter

Comandi MATLAB per creare grafici e diagrammi di dispersione.

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Minimi quadrati

Tecnica statistica per stimare parametri di un modello lineare.

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Modello deterministico

Definizione di matrice disegno e vettore dei termini in un modello.

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Modello stocastico

Modello statistico che considera variabilità nei dati.

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Matrice di covarianza

Matrice che descrive la variabilità e correlazione tra variabili.

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Matrice dei cofattori

Matrice derivata dalla matrice di covarianza per analisi.

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Coefficiente di proporzionalità

Valore che scala le osservazioni nel modello stocastico.

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Sistema ai minimi quadrati

Metodo per stimare parametri ottimali minimizzando l'errore.

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Test globale χ2

Procedure statistica per confrontare modelli usando la distribuzione χ2.

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Ipotesi H0

Ipotesi nulla che afferma l'uguaglianza di due variabili o parametri.

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Statistica test

Valore calcolato utilizzato per decidere se accettare o rifiutare H0.

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Comando chi2inv

Funzione MATLAB per calcolare il valore critico della distribuzione χ2.

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Previsione del livello marino

Stima del livello medio del mare in un futuro specifico, basata su modelli.

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Test globale sul modello χ2

Metodo statistico per verificare la capacità di un modello di descrivere un fenomeno osservato.

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Ipotesi H0 nel test χ2

Ipotesi nulla che afferma che le varianze sono uguali.

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Statistica test χ2

Formula per calcolare la statistica test utilizzando scarti e varianza.

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Rimozione degli outliers

Procedura per identificare e rimuovere osservazioni anomale dai dati.

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Normalizzazione degli scarti

Processo di standardizzazione degli scarti confrontandoli con la deviazione standard.

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Z-test per outliers

Test statistico per identificare osservazioni anomale rispetto a una distribuzione normale.

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Matrice Q diversa dall'identità

Rappresenta variazioni nella precisione delle misurazioni da più satelliti.

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Deviazioni standard per satelliti

Misure di dispersione delle misurazioni per i satelliti TOPEX e Jason-1.

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Varianza

Misura della dispersione delle osservazioni.

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Stima ai minimi quadrati

Tecnica per trovare il miglior fit nei dati osservati minimizzando gli errori.

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Outliers

Dati anomali che si discostano significativamente dagli altri.

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Grafico della predizione

Rappresentazione visiva dei dati osservati e dei valori predetti.

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Test di significatività

Verifica se i parametri stimati sono significativamente diversi da zero.

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Livello di significatività

Soglia per decidere se rifiutare l'ipotesi nulla (spesso 5%).

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Matrice di covarianza delle osservazioni

Matrice che descrive la variabilità delle osservazioni e le loro correlate.

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Vettore dei parametri stimati

Contiene i valori stimati dei parametri in un modello lineare.

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Fattore di proporzionalità a-posteriori

Valore calcolato dopo l'analisi per regolare le stime.

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Matrice di covarianza dei parametri

Matrice che quantifica la variabilità e la correlazione dei parametri stimati.

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Matrice di covarianza degli scarti

Descrive la variabilità e correlazione degli scarti tra osservazioni e stime.

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Matrice normale

Matrice utilizzata per calcolare il sistema lineare ai minimi quadrati.

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Study Notes

Introduzione al Laboratorio

  • Il laboratorio si intitola "Trattamento delle Osservazioni"
  • Il modulo si concentra su Minimi Quadrati e Test
  • L'anno accademico è 2024/2025
  • Il Politecnico di Milano è l'istituzione accademica.
  • La data di inizio del progetto è il 04.

Livello Medio Marino

  • Il livello medio marino globale è monitorato da dati NOAA.
  • I dati sono ottenuti tramite altimetria satellitare.

Altimetria Satellitare

  • Il metodo utilizzato è l'altimetria satellitare, che si basa su satelliti dotati di altimetri radar o laser.
  • I satelliti emettono onde che, riflettendosi sulla superficie oceanica, permettono di calcolare la distanza.

Dati

  • Il riscaldamento globale causa l'innalzamento del livello degli oceani.
  • L'acqua si espande termicamente.
  • Lo scioglimento di ghiacciai e calotte glaciali contribuisce all'innalzamento.
  • I satelliti TOPEX e Jason monitorano il livello medio del mare dal 1992.
  • I dati vengono costantemente verificati con i mareografi.
  • Vengono utilizzati dati relativi alla misurazione della variazione del livello medio marino globale.

File .csv

  • Il file .csv contiene le variazioni del livello medio del mare ottenute da quattro diversi satelliti
  • Le osservazioni altimetriche sono espresse in millimetri e le date sono in formato anno (parte intera) e frazione dell'anno.

Esercizio 1: Import dei Dati

  • Importare i dati dal file meanGlobal_seaLevel.csv in MATLAB.
  • Capire il significato di ogni colonna del file importato.
  • Il comando MATLAB da utilizzare è readmatrix.

Esercizio 2: Preparazione dei Dati

  • Creare due vettori: uno per i giorni di misurazione e uno per la variazione altimetrica media.
  • Calcolare la media della variazione altimetrica per ogni giorno in cui ci sono più osservazioni.

Esercizio 3: Grafico della Variazione del Livello Marino

  • Creare un grafico MATLAB che rappresenti le variazioni del livello medio del mare utilizzando il comando plot o scatter.
  • Ogni osservazione deve avere un colore diverso corrispondente al satellite.

Esercizio 4a: Impostazione Minimi Quadrati - Modello Deterministico

  • Definire il modello deterministico per la variazione altimetrica media del livello del mare.
  • Il modello è espresso dall'equazione y = mx+q , dove m e q sono i parametri da stimare.

Esercizio 4b: Modello Deterministico

  • Definire la matrice disegno A contenente i coefficienti dei parametri.
  • Determinare il vettore dei termini noti a.
  • Il numero di osservazioni n ed il numero di incognite m sono ricavabili dalle dimensioni di A.

Esercizio 4c: Modello Stocastico

  • Definire la matrice di covarianza delle osservazioni Cyoyo .
  • Definire la matrice di cofattori Q.
  • Il coefficiente di proporzionalità a priori è σ.
  • Si ipotizza che tutte le osservazioni siano indipendenti le une dalle altre e abbiano la stessa precisione (4 mm).

Esercizio 5: Soluzione Minimi Quadrati

  • Risolvere il sistema ai minimi quadrati utilizzando la matrice normale N e i coefficienti da stimare.

Esercizio 6: Grafico della Predizione

  • Plottare i dati delle osservazioni, con punti dei dati originali e valori predetti dal modello.
  • Ottenere uno stesso grafico che mostri entrambe le informazioni.
  • Utilizzare i comandi MATLAB appropriati per creare il grafico.

Esercizio 7: Test Globale sul Modello x²

  • Verificare la capacità del modello di descrivere i dati usando un test globale.
  • Testare l'ipotesi che il modello lineare sia appropriato.
  • Utilizzare il test statistico x²
  • Un test globale è eseguito usando la statistica test Xoss e il valore limite Xlim.

Esercizio 8: Rimozione Outliers

  • Normalizzare gli scarti.
  • Identificare e rimuovere gli outlier sulla base del test Z.
  • Aggiornare la matrice A e Q.
  • È possibile usare un ciclo while per ripetere il processo finché non sono stati rimossi tutti gli outlier

Esercizio 9: Varianza Differente tra i Satelliti

  • Considerare la diversa precisione di misura tra i satelliti.
  • Definire una matrice di cofattori Q non più identità.
  • Le deviazioni standard per ogni satellite sono: TOPEX (10 mm), Jason-1 (5 mm), Jason-2 (4 mm), Jason-3 (3 mm).
  • Creare la nuova matrice di cofattori Q.

Esercizio 10: Ricolcalare la Soluzione ai MQ

  • Calcolare nuovamente la soluzione ai minimi quadrati usando la nuova matrice Q.
  • Utilizzare tutte le misurazioni senza rimuovere outlier.

Esercizio 11: Grafico Predizione

  • Plottare entrambe le previsioni (con le nuove covarianze).
  • Le previsioni devono essere nello stesso grafico per compararle.
  • Utilizzare appropriati comandi MATLAB.

Esercizio 12a: Test Significatività Parametri

  • Testare la significatività di ogni parametro del nuovo modello.
  • Il test prevede l'ipotesi nulla che il parametro sia uguale a zero.
  • Essere in grado di utilizzare un T-test per calcolare se un parametro sia staticamente significativo.
  • Se non significativo, il parametro può essere rimosso dal modello lineare.

Esercizio 12b: Test Significatività Parametri

  • Utilizzare il test t per verificare la significatività di ogni parametro.
  • Calcolare la statistica test toss.
  • Confrontare toss con il valore limite tlim.

Esercizio 13: Test Globale sul Modello x²

  • Effettuare un test globale sul modello ai minimi quadrati usando la statistica x².

Esercizio 14: Predizione

  • Utilizzare entrambi i modelli ai minimi quadrati per predire il livello medio del mare nel 2050.
  • Fornire anche un'indicazione della precisione della stima.

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Description

Questo quiz esplora i metodi di misurazione del livello medio marino globale e il loro monitoraggio tramite satelliti. Vengono analizzate le tecniche di verifica dei dati e l'importazione in MATLAB. Scopri come si interpreta il fenomeno dell'innalzamento del livello del mare.

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