Análisis de la dinámica de series temporales de variables meteorológicas en la estación climatológica Chone, Ecuador

Abstract

Estudiar el clima ha sido de gran interés a lo largo de la historia, desde el siglo XVII con la creación de los primeros instrumentos de medición de variables meteorológicas, siendo el principal motivo realizar predicciones acertadas. Se suelen utilizar métodos matemáticos, estadísticos y programas informáticos los cuales la mayoría son de naturaleza lineal. Esto provoca que en muchos casos la información relevante y los componentes no lineales permanezcan escondidos. En el trabajo se analizó el comportamiento dinámico, mediante técnicas de análisis no lineal, de las siguientes variables meteorológicas: precipitación, evaporación, temperatura y velocidad del viento, de la estación climatológica principal de Chone (M0162), cuyos registros fueron proporcionados por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI). Se utilizó el software Matlab para aplicar tres técnicas de medida del caos sobre las cuatro variables en estudio con el fin de buscar algún indicio de caos en las series. La primera técnica que se utilizó fue la distribución de probabilidades, seguida de la reconstrucción de diagramas de espacio de fases y finalmente se elaboraron mapas recurrentes. Se obtuvieron como resultados cuatro histogramas, cuatro diagramas de espacio de fases y cuatro mapas recurrentes correspondientes a las variables estudiadas. Los resultados fueron clasificados de acuerdo a su dinámica. Finalmente, mediante un test de sustitutos y el análisis de recurrencia cuantitativa, se pudo distinguir un leve grado de determinismo en las series, concluyendo así que las variables no son estocásticas.

Climate studies have been a subject of great interest through history, since the XVII century with the creation of the first measurement instruments for meteorological variables, being the main reason the performance of accurate weather forecasts. Mathematical, statistical and computational methods are commonly used for this purpose but most of them are linear in nature. This causes relevant information and nonlinear components to remain hidden. In this study, the dynamic behavior of the meteorological variables rainfall, evaporation, temperature, and wind speed, at the climatological 52 station of Chone (M0162) were analyzed. Weather observations were provided by the Ecuadorian Institute for Meteorology and Hydrology (INAMHI). The Matlab software allowed us to perform three chaos measurement techniques on the four variables studied in order to seek some hints of chaos in the time series. The first technique used was the probability distribution, followed by the reconstruction of the phase space diagrams, and finally the recurrence plot of each variable was constructed. As a result, four histograms, four phase space diagrams and four recurrence plots of the variables were obtained. The results were classified according to their dynamics. Finally, using the recurrence quantification analysis and a surrogate test it was possibly to distinguish a slight degree of determinism in the time series, concluding that the variables were not stochastic.