Optimasi prakiraan curah hujan berdasarkan skenario rencana tahunan operasional Waduk di Bendungan Sutami-Lahor menggunakan pendekatan Multi-Model Ensembel

ABSTRAK

Terdapat kesenjangan antara informasi iklim yang ada dengan kebutuhan perencanaan tahunan operasional waduk. Penelitian ini ingin membuktikan bahwa pendekatan persentil yang digunakan saat ini tidak optimum. Tujuan dari studi ini adalah mendesain otomatisasi prakiraan dan evaluasinya berbasis curah hujan 36 dasarian ke depan menggunakan pendekatan multi-model yang terdiri dari model persentil, ARIMA, ECMWF+ARIMA, regresi ONI DMI, regresi komponen utama ERSST, dan ensembel. Otomatisasi ini memungkinkan perbandingan pendekatan persentil terhadap multi-model dapat dilangsungkan secara cepat. Selain itu, studi ini juga bertujuan untuk mendemonstrasikan bagaimana alternatif prakiraan curah hujan berbasis multi-model yang telah diverifikasi ini lebih mampu memberikan kepastian pada kasus perencanaan tahunan operasional waduk Lahor-Sutami yang disimulasikan secara operasional pada November 2022 untuk perencanaan 2022/2023. Data yang digunakan adalah curah hujan historis dasarian tahun 1991 sampai 2023, luaran model ECMWF mentah dan terkoreksi, indeks Nino-Dipole, serta suhu muka laut global. Metode verifikasi yang digunakan adalah 4 kriteria berdasar MAE dan kesesuaian. Pendekatan simulasi operasional digunakan untuk pembagian periode pelatihan-pengujian. Jendela 10 tahunan digunakan untuk mewakili prinsip kemungkinan perubahan hubungan karena perubahan iklim. Regresi linier tunggal digunakan untuk menghindari overfitting. Pembangunan sistem otomatisasi dilakukan dengan menggunakan R-Statistics. Hasil menunjukkan bahwa pendekatan yang digunakan saat ini hanya optimal dilakukan untuk 58% lokasi. Metode yang terbukti unggul adalah metode ECMWFcor, regresi ERSST, dan ensembel. Adanya ensembel berdampak pada peningkatan indeks kesesuaian minimum dan penuruanan MAE maksimum. Penelitian ini juga menyajikan studi kasus tahun 2022/2023 yang menunjukkan penggunakan hasil luaran lebih baik dari skenario saat ini setidaknya pada 78% periode yang ada.

امستخلص البحث

قد وجدت الفجوة بين معلومات الطقس الحالية والخطة السنوية لتشغيل الحاووز. ويريد هذا البحث الإثباتَ بأن منهج النسبة المئوية المستخدم حاليا غير أمثل. والهدف من هذا البحث هو تصميم آلية التوقعات والتقييمات الذي يعتمد على هطول الأمطار لمدة 360 أيام فى المستقبل باستعمال منهج تعدد النماذج الذي يتكون من نموذج النسبة المئوية، ونموذج التحليل بالتراجع والتوسط المتحرك (ARIMA)، والمركز الأوروبي للتنبؤات الجوية المتوسطة المدى + نموذج التحليل بالتراجع والتوسط المتحرك (ECMWF+ARIMA)، وانحدار ثنائية قطب المحيط الهندي (IOD) اضطراب ثنائي القطب (DMI)، وانحدار المكون الرئيسي لدرجة حرارة سطح البحر الممتدة المعاد بناؤها (ERSST)، وانساميل. وتستطيع هذه الآلية أن تقارن بين منهج النسبة المئوية ومنهج تعدد النماذج مقارنة سريعة. وعلاوة على ذالك، يهدف هذا البحث إلى عرض الكيفية الرديفة لتوقعات الأمطار المؤسسة بمنهج تعدد النماذج المتحققة أكثر قدرة من الأخرى على التثبيت فى خطة التشغيل السنوية للحاووز فى سدّ سوتامي – لاهور التى تم محاكاتها التشغيلي فى نوفمبير 2022 لخطة عام 2022\2023. والبيانات المستخدمة فى هذا البحث هي هطول الأطار التاريخي عشرة الأيام من عام 1991 حتى عام 2023، وظاهر خارجي المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية المتوسطة المدى سوا أكان الفجي أو المصحَح، وقائمة النيونيو – ثنائي القطب، ودرجة حرارة سطح البحري العالمية. وطريق التحقق المستخدمة هي 4 معاييرا التى تستند على استخراج بمساعدة الميكروويف (MAE) والملائمة. وقد استُخدم اسلوب محاكاة التشغيلي لتقسيم فترة التدريب والاختبار. وقد استُخدمت نافذة 10 سنوات تمثيلا لقاعدة تغيير العلاقة بسبب تغيير المناخ. وقد استُخدم الانحدار الخطي الفردي للتجنب عن الإفراط فى التجهيز. وإن بناء نظام الشتغيل الآلي مستعمل بِاستخدام إحصائية – آر (R-Statistics). وتظهر النتيجة بأن المنهج المستخدم خاليا أمثل لِ 58% موقعا فقط. وإن المنهج الأمثل المتفوق هو منهج المركز الأوروبي للتنبؤات الجوية المتوسطة المدى (ECMWFcor)، وانحدار المكون الرئيسي لدرجة حرارة سطح البحر الممتدة المعاد بناؤها (ERSST)، وانساميل. وإن لِوجود انساميل تأثير لزيادة الحد الأدنى للقائمة وتخفيض الحد الأقصى لاستخراج بمساعدة الميكروويف (MAE). وقد قدم هذا البحث أيضا دراسة للفترة 2022\2023 التى توضح نتيجة الظاهر الخارجي بأنها أفضل من الخطة المستخدمة حاليا على الأقل 78% عن الفترة الحالية.

ABSTRACT

There is gap between existing climate information and the need for annual planning of dam operations. This study aims to demonstrate that the currently employed percentile approach is not optimal. The objective of this research is to design an automated forecasting and evaluation system based on rainfall for 36 10-days forward using multi-model approach consisting of percentile, ARIMA, ECMWF+ARIMA, ONI DMI regression, ERSST principal component regression, and ensemble models. The automation facilitates rapid comparisons between the percentile and multi-model approach. In addition, this study also aims to demonstrate how the verified multi-model rainfall forecasting alternative can provide greater certainty in the case of annual operational planning for Lahor-Sutami dams which was operationally simulated in November 2022 for the 2022/2023 planning period. The data used are the historical 10-days rainfall from 1991 to 2023, raw and corrected ECMWF’s output, Nino-Dipole indices, and global sea surface temperature. The verification methods employed involve four criteria based on Mean Absolute Error (MAE) and fit index. The operational simulation approach is used for the training-testing period segmentation. The 10-year window applied to account for principle of potential changes in relationships due to climate change. Single linear regression is used to prevent overfitting. The development of the automation system is carried out using R-Statistics. The results show that the current approach is optimal for only 58% of locations. The proven superior methods include ECMWFcor, ERSST regression, and ensemble. The ensemble method enhances the minimum fit index and reduces the maximum MAE. Additionally, a 2022/2023 case study demonstrates that the proposed outputs outperform the current scenario in at least 78% of the periods analyzed.