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Analyse de series temporelles (SSA) en écologie, climat et économie

L’atelier "Méthodes quantitatives : analyse de données" a été offert pour la première fois au printemps 2009, quand il a attiré plus de 30 inscriptions, allant d’élèves en L3 de biologie au M2 en DMA. Il a donc été proposé une deuxième fois à l’automne 2009. Cet atelier utilise un logiciel de recherche, le SSA-MTM Toolkit, développé par Michael Ghil avec une douzaine de collaborateurs sur 3 continents.

Les projets d’application des méthodes quantitatives enseignées collectivement par David Claessen, Michael Ghil, Andreas Groth et Jean Roux dans cet atelier ont donné naissance à trois nouvelles collaborations de recherche au sein du CERES : une chaque sur l’écologie, l’économie et le paléoclimat, respectivement. Dans les trois cas, il s’agit de l’analyse de series temporelles à l’aide d’un outil d’analyse spectrale appelé Singular Spectrum Analysis (SSA) ; les jeux de données respectifs avaient été proposés aux élèves dans le cadre de l’atelier. La methode SSA permet de trouver des périodicités, ainsi que des tendances non-stationnaires dans les séries temporelles, et de les quantifier. L’extension multi-channel SSA (M-SSA) permet d’analyser plusieurs séries temporelles simultanément et d’étudier les interactions entre les variables représentées par ces séries. Les jeux de données ont été fournies par des chercheurs dans chacun de ces trois domaines, et n’avait pas encore été analysés d’une manière aussi quantitative et approfondie auparavant. Les étudiants ont donc travaillé sur des vrais mini-projets de recherche.

  • Ecologie : dynamique des populations de poissons au Lake Windermere - pêche et épidémiologie. (Eric Edeline, David Claessen, Michael Ghil, Andreas Groth). Through an onging collaboration of Eric Edeline and David Claessen with CEH, Lake Windermere (UK) and CEES, Oslo (Norway), catch data from fisheries in Lake Windermere are available from 1944 and onward. The data contain age-specific perch and pike estimations, as well as fisheries effort and abiotic conditions (temperature, nutrient loading) over the same period. We are using SSA and MSSA to analyse the fluctuating population dynamics of the fish species, and in particular trying to detect interactions between the fish species, the influence of fisheries pressure and climate, and of a well-documented epidemic in the perch population.
  • Economie : cycles économiques et l’économie des Etats-Unis d’Amérique. (Andreas Groth, Michael Ghil)
  • Paléoclimat : la température et les poussières au Groenland et en Antarctique. (Denis-Didier Rousseau, David Claessen, Michael Ghil, Andreas Groth) Long-term climate data based on isotope measurements in ice cores from Groenland and Antarctica. The two measured isotopes (d18 oxygen and calcium) represent variations in temperature and dust, respectively. The data cover 110 ky (Groenland). Using SSA, we try to detect periodic signals in these data sets, and will compare the results from Groenland and Antarctica.