Η διατριβή αυτή μελετά τα σταθερά ισότοπα στον υετό της Ελλάδας. η γεωγραφική κατανομή τους είναι η θεωρητικά αναμενόμενη, ενώ οι βαθμίδες με τη θερμοκρασία και το υψόμετρο και η τοπική μετεωρική γραμμή συμφωνούν με τη βιβλιογραφία για την ευρύτερη περιοχή. Η επίδραση της πορείας της αέριας μάζας, δεν είναι ευδιάκριτη λόγω της επίδρασης τοπικών διεργασιών κλασμάτωσης. Επίσης, η ισοτοπική σύσταση των πηγών ακολουθεί την κατανομή της σύστασης του υετού και είναι γενικά απεμπλουτισμένη σε σχέση με αυτόν. Ελέγχεται η καταλληλότητα των δεδομένων για κλιματολογική θεώρηση των ισότοπων του υετού στην κεντρική και ανατολική Μεσόγειο. Οι υπάρχουσες τάσεις σπανίως είναι σημαντικές και δεν έχουν χωρικά οργανωμένες μορφές. Επομένως, έχει νόημα ο υπολογισμός κλιματικών τιμών και η ανάπτυξη, με χρήση συνδυασμού προτύπων παλινδρόμησης και γεωστατιστικών μεθόδων, πλεγματικών κλιματικών ισοτοπικών δεδομένων και πλεγματικών ισοτοπικών χρονοσειρών. Τέλος, ερευνάται η ικανότητα των συνοπτικών ταξινομήσεων να οδηγούν σε ισοτοπικά διακριτές κλάσεις, αναπαράγοντας, ταυτόχρονα, σημαντικό μέρος της παρατηρούμενης ισοτοπικής μεταβλητότητας. Γενικά οι ταξινομήσεις βελτιστοποίησης με σχετικά μεγάλο αριθμό κλάσεων ικανοποιούν τα ανωτέρω. επιχειρείται η ανασύσταση ισοτοπικών χρονοσειρών χρησιμοποιώντας μέσες τιμές, σταθμισμένες βάσει των συχνοτήτων εμφάνισης των συνοπτικών κλάσεων και των υψών υετού. Η βέλτιστη επίδοση επιτυγχάνεται από εποχικές ταξινομήσεις με κλάσεις που αναπαράγουν τις βασικές ατμοσφαιρικές κυκλοφορίες, ακόμα και αν αυτό δεν συνεπάγεται βέλτιστους στατιστικούς δείκτες. / this thesis studies the stable isotpes in precipitation over greece. the geographical distribution is the one theoreticaly expected, while the temperature and altitude gradients, and the local meteoric line are onstistent with the literature for the area. the influence of air mass trajectory is not clear due to the effect of local fractionation processes. also, the composition of springs follows that of rain and is generaly depleted compared to it. the suitability of existing central and eastern mediterranean data, for climatological purposes is examined. existing trends are spatially inconsistent and rarely significant. thus, it is possible to calculate climatic values and obtain, using a combination of regression models and geostatistical methods, gridded isotopic climatologies and time series. finally, the ability of synoptic classifications to provide isotopicaly distinct classes, while at the same time reproducing the observed isotopic variability, is assessed. optimization classifications with a relatively large number of classes fulfill these criteria. reconstruction of isotope time series using mean values weighted according to synoptic class frequency and rain amount is possible. the best results are obtained from seasonal classifications with classes representing the basic atmospheric circulations, even if this does not lead to optimized statistical indices.

Διάφορες κλιματολογικές, υδρολογικές και περιβαλλοντικές μελέτες απαιτούν ακριβή γνώση της χωρικής κατανομής των σταθερών ισοτόπων του υδρογόνου και του οξυγόνου στον υετό. Δεδομένου ότι ο αριθμός των σταθμών συλλογής δειγμάτων υετού για ισοτοπική ανάλυση είναι μικρός και όχι ομογενώς κατανεμημένος σε πλανητικό επίπεδο, η πλανητκή κατανομή των σταθερών ισοτόπων μπορεί να υπολογισθεί μέσω της δημιουργίας πλεγματικών ισοτοπικών δεδομένων, για τη δημιουργία των οποίων έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι. Ορισμένες χρησιμοποιούν εμπειρικές σχέσεις και γεωστατιστικές μεθόδους ώστε να ελαχιστοποιήσουν τα σφάλματα λόγω παρεμβολής. Στην εργασία αυτή γίνεται μια προσπάθεια να δημιουργηθούν βάσεις πλεγματικών δεδομένων της ισοτοπικής σύστασης του υετού με ανάλυση 10΄ × 10΄ για την περιοχή της Κεντρικής και Ανατολικής Μεσογείου. Προσδιορίζονται στατιστικά πρότυπα λαμβάνοντας υπ’ όψιν γεωγραφικές και μετεωρολογικές παραμέτρους, ως ανεξάρτητες μεταβλητές. Η αρχική μεθοδολογία χρησιμοποιεί μόνο το υψόμετρο της περιοχής και το γεωγραφικό της πλάτος ως ανεξάρτητες μεταβλητές. Επειδή η ισοτοπική σύσταση εξαρτάται και από το γεωγραφικό μήκος προστέθηκαν στα υφιστάμενα πρότυπα, εκτός των γεωγραφικών μεταβλητών και μετεωρολογικές. Προτείνεται σειρά προτύπων τα οποία περιλαμβάνουν είτε ορισμένες είτε συνδυασμό αυτών των παραμέτρων. Η αξιολόγηση των προτύπων γίνεται με εφαρμογή των μεθόδων Thin Plate Splines (TPSS) και Ordinary Kriging (ΟΚ). / Several climatic, hydrological and environmental studies require the accurate knowledge of the spatial distribution of stable isotopes in precipitation. Since the number of rain sampling stations for isotope analysis is small and not evenly distributed around the globe, the global distribution of stable isotopes can be calculated via the production of gridded isotopic data sets. Several methods have been proposed for this purpose. Some of them use empirical equations and geostatistical methods in order to minimize eventual errors due to interpolation. In this work a methodology is proposed for the development of 10΄ × 10΄ gridded isotopic data of precipitation in Central and Eastern Mediterranean. Statistical models are developed taking into account geographical and meteorological parameters as independent variables. The initial methodology takes into account only the altitude and latitude of an area. Since however the isotopic composition of precipitation depends also on longitude, the existing models have been modified by adding meteorological parameters as independent variables also. A series of models is proposed taking into account some or a combination of the above mentioned variables. The models are validated using the Thin Plate Smoothing Splines (TPSS) and the Ordinary Kriging (OK) methods.

Η συνοπτική ταξινόμηση των συστημάτων καιρού αφορά πληθώρα περιβαλλοντικών εφαρμογών. Προσφάτως, η γνωστική περιοχή για την οποία η συνοπτική ταξινόμηση έχει βαρύνουσα σημασία είναι αυτή της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η γνώση της συνοπτικής κλιματολογίας μιας περιοχής, επιτρέπει την πρόγνωση και ενδεχομένως την αποφυγή επεισοδίων ρύπανσης, τα οποία οφείλονται είτε σε τοπικές πηγές είτε στην μεταφορά ρύπων. Η γνώση αυτή ενισχύεται σημαντικά μέσω της κατηγοριοποίησης (ταξινόμησης) των συνοπτικών καταστάσεων που επικρατούν σε μία δεδομένη περιοχή. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει προσπάθειες «αυτόματης», μη εμπειρικής, ταξινόμησης με την χρήση Η/Υ. Οι μέχρι τώρα προσπάθειες επικεντρώνονται σε κλασικές στατιστικές μεθόδους. Σκοπός αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθόδων και η υλοποίηση αλγορίθμων για την εξαγωγή και ψηφιακή επεξεργασία περιβαλλοντικών σημάτων και εικόνων. Η εφαρμογή των ανωτέρω οδηγεί στη δημιουργία έμπειρων συστημάτων συνοπτικής ταξινόμησης των συστημάτων καιρού, η οποία βασίζεται σε μεθόδους επεξεργασίας εικόνας, ανάλυσης και ομαδοποίησης δεδομένων, αναγνώρισης προτύπων και θεωρίας γράφων. Η σκοπιμότητα της παρούσης έρευνας διαφαίνεται από τη πρωτοτυπία που παρουσιάζει, η οποία έγκειται στο γεγονός ότι οι τεχνικές που παρουσιάζονται και που έχουν αντιμετωπίσει επιτυχώς σειρά προβλημάτων ταξινόμησης σε διάφορους γνωστικούς τομείς, εφαρμόζονται για πρώτη φορά στην Ελλάδα σε θέματα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας-Φυσικής του Περιβάλλοντος και συγκεκριμένα για την συνοπτική ταξινόμηση των συστημάτων καιρού. Τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων μεθόδων επεξεργασίας εικόνας, θεωρίας γράφων και ανάλυσης δεδομένων, καθιστούν τις προτεινόμενες προσεγγίσεις αυτής της διατριβής ανταγωνιστικές τόσο σε επίπεδο ποιότητας ταξινόμησης όσο και σε υπολογιστικό χρόνο. / The synoptic classification of weather systems involves a variety of environmental applications. Recently, the synoptic classification has been found to be relevant with the cognitive area of air pollution. Knowing the synoptic climatology of a region, allows the prediction and possibly the prevention of pollution incidents, resulting in either local sources or in transport of pollutants. This knowledge is greatly enhanced by the categorization (classification) of the synoptic conditions in a given area. In recent years ‘automatic’, non-empirical, classification methods have been developed using computers. So far these efforts have been based on classical statistical methods. The aim of this PhD thesis is the development of methods and the implementation of algorithms to extract and process digital signals and environmental images. Consequently, expert systems for the synoptic classification of weather systems are created based on methods relative to image processing, data analysis and clustering, pattern recognition and graph theory. The objective of this research is demonstrated by its own originality which lies in the fact that the presented techniques have successfully addressed a number of classification problems in different topics. It is the first time that such methods have been applied on Meteorology-Climatology-Physics of the Environment in Greece, namely the synoptic classification of weather systems. The characteristics of the modern methods proposed in this PhD thesis are competitive both in classification quality and in computational time.