Anlisis Estadstico de
Datos Climticos
Anlisis Estadstico de
Datos Climticos
Facultad de Ciencias Facultad de Ingeniera2013
Marcelo Barreiro lvaro Daz- Juan Badagian
Objetivo del curso
Desarrollar habilidades para identificar y describir estructuras de datos climticos, tanto en sus valores medios como en su variabilidad espacial y/o temporal.
Realizar aplicaciones al diagnstico de relaciones entre distintas variables climticas, y al pronstico.
Temario Introduccin
Clima, Climatologa y variabilidad climtica (espacial y temporal). Escalas Datos climticos. Revisin sobre el concepto de probabilidad.
Datos univariados Anlisis exploratorio aplicado a datos climticos. Descripcin de poblaciones por medio de distribuciones empricas. Histogramas. Datos
apareados. Diagramas de dispersin. Coeficientes de correlacin. Aplicaciones al diagnstico y pronstico.
Distribuciones paramtricas. Distribuciones discretas y continuas. Distribuciones de probabilidad frecuentes en variables climticas. Estimacin de parmetros.
Pruebas de hiptesis. Aplicaciones. Modelos paramtricos de relaciones entre variables climticas. Regresin lineal simple y
mltiple. Regresin no lineal. Anlisis de estratificacin y composicin. Aplicaciones en diagnstico y en pronstico.
Series temporales o cronolgicas.
Datos multivariados Revisin de conceptos fundamentales sobre estadstica multivariada. Algebra de matrices. Distribucin normal multivariada. Anlisis de componentes principales. Ejemplos y aplicaciones. Anlisis de correlacin cannica. Aplicaciones a diagnstico y pronstico. Anlisis de agrupaciones (cluster analysis).
Verificacin y valor de los pronsticos
Bibliografa
Wilks, D., 2006: Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, Academic Press, 627 pp.
Von Storch and F.W. Zwiers. 1999.
Statistical Analysis in Climate Research.
Cambridge University Press, 484 pp.
Introduccin
Clima
Climatologa
Por qu los mtodos estadsticos?
Variabilidad climtica
Escalas
Clima (segn la RAE)(Del lat. clima, y este del gr. ).
1. m. Conjunto de condiciones atmosfricas que caracterizan una regin.
2. m. Temperatura particular y dems condiciones atmosfricas y telricas de cada pas.
Clima...
Es el conjunto de estados de tiempo atmosfrico que se producen en una determinada regin y que otorgan a sta una particular idiosincrasia. El concepto de clima incluye no slo los valores medios de las variables meteorolgicas, sino tambin sus extremos.
Prof. Gustavo Necco
Clima(segn la American Meteorological Society)
AMS Glossary: climateThe slowly varying aspects of the atmospherehydrosphereland surface system.
Est caracterizado tpicamente en trminos de promedios adecuados del sistema climtico en perodos de un mes o ms, tomando en consideracin la variabilidad temporal de los valores promediados. La clasificacin climtica incluye la variacin espacial de estas variables promediadas en el tiempo. En un principio, se consideraba el clima local como poco ms que el transcurso anual de promedios de largo plazo de la temperatura en superficie y la precipitacin. Actualmente, el concepto de clima se ha ampliado y evolucionado in dcadas recientes en respuesta a la comprensin creciente de los procesos subyacentes que determinan el clima y su variabilidad. See also climate system, climatology, climate change, climatic classification.
Clasificacin de Climas segn Kppen(basada en temperatura y precipitacin)
Clima
Climate may be defined as the multivariate,
multiple-time probability distribution of status of
the ocean-ice-atmosphere system. (North et al.
1982)
El clima puede definirse como la disribucin de
probabilidad multivariada y multi-temporal del
estado del sistema ocano-hielo-atmsfera
Climatologa
Descripcin y estudio cientfico del clima (segn la AMS)
Segn la RAE:
1. f. Tratado del clima.2. f. Conjunto de las condiciones propias de un
determinado clima.
Climatologa
Hay otro uso bastante frecuente de esta palabra, que refiere a valores estadsticos descriptivos de alguna variable.
P. ej. medias mensuales de temperaturas en un cierto lugar
Por qu los mtodos estadsticos
para analizar datos climticos?
Los procesos climticos presentan irregularidades
que son fuente de incertidumbre.
La estadstica permite:
describir los datos
cuantificar la incertidumbre
realizar inferencias.
Aplicacin de mtodos estadsticos
La aplicacin de mtodos estadsticos adecuados debe ayudar a la comprensin de los complejos fenmenos fsicos subyacentes
Valoracin de hiptesis
El anlisis estadstico de los datos puede sugerir la existencia (o no) de relaciones entre variables
Perono confundir relaciones estadsticas con relaciones causa-efecto!!
La descripcin de los datos observados puede ayudar a la prediccin
Pero, y los modelos numricos determinsticos?
En primer lugar, no son perfectos.
Y adems
Los modelos numricos son modelos matemticos,
que se corren en computadoras y se basan en las
ecuaciones de los fluidos, la termodinmica y la
qumica, aplicadas a la atmsfera y/o los ocanos.
1963: La atmsfera como sistemacatico (Ed. Lorenz)
Sistema de Lorenz
Sensibilidad a las condiciones iniciales
Modelo simplificadode conveccin
Deterministic Non-Periodic Flow
El Efecto Mariposa
Luego de tener xito en escribir ecuaciones
determinsticas para el flujo atmosfrico y
logrado integrarlas numricamente, surgi un
obstculo no previsto: La predictibilidad del
sistema es de solamente 2 a 3 semanas
El mundo despus de Lorenz
Consecuencias del caos determinstico:
El pronstico del tiempo (determinstico y limitado en su horizonte temporal) se separa conceptualmente del
pronstico climtico (necesariamente probabilstico).
Se abandona el objetivo de controlar del tiempo.
La predictibilidad del clima debe tener otros orgenes que el atmosfrico (otros subsistemas climticos con
mayor memoria).
Se puede mejorar la performance de los modelos numricos, post-procesando sus salidas, utilizando ensembles.
simulacin con la mejor condicin inicial
evolucin real
Ensemble de Pronsticos del Clima
Las series de datos no son suficientemente largas.
El clima puede cambiar y las series largas pueden no representar adecuadamente el clima presente.
Pero tambin hay que tener en cuenta que
Variabilidad climtica (espacial)
Los valores dependen del perodo! Aqu es 1961-1990
Temperatura media anual (C) Precipitacin media anual (mm)
Variabilidad climtica (temporal)
Pluvimetro Rivera (1914-1997)
Precipitacin agosto
La variabilidad interanual es muy relevante
Variabilidad interanual
Temperatura media anual en Paysand: 1951-2002
En el curso veremos un mtodo para analizar
simultneamente la
variabilidad espacio-temporal de variables
climticas. (Mtodo de componentes principales.)
Ciclo anual de temperaturas
Ciclos anuales de precipitaciones enSalto, Melo, Montevideo
Pisciottano et al1994
Regionalizacin de la precipitacin en Uruguay segn su ciclo anual
Terra y Pisciottano1994
La variabilidad climtica en una regin puede estar influida por fenmenos climticos (forzantes) que ocurren en otras regiones.
Un forzante del clima del sudeste de Amrica del Sur, al que pertenece Uruguay, es el fenmeno de El Nio Oscilacin Sur (ENOS).
Temperaturas deSuperficie del Mar (TSM)
Presin atmosfricaen superficie
El Nio Oscilacin Sur (ENOS)
Modo de variabilidad cuasi-peridica del sistema acoplado atmsfera-ocano en el Pacfico ecuatorial
ndices de ENOS
Tendencias en precipitaciones
1901-2005
1979-2005 IPCC 2008
% por siglo
% por dcada
Genta et al, 1998Medias Mviles Centradas de 30 aos
-1
0
1
2
3
4
5
1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
-0 .4
-0 .3
-0 .2
-0 .1
0
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
1 8 8 0 1 9 0 0 1 9 2 0 1 9 4 0 1 9 6 0 1 9 8 0 2 0 0 0
Paran
ParaguayUruguayNegro
TSM Pacfico
TSM Pacfico
Caudal Medio
Normalizados
Val./Desv.Tip.
Tendencias en caudales de ros Tendencias en caudales de ros
Concentracin del CO2 atmosfrico
en Mauna Loa, Hawai
Escalas (espaciales y temporales)
Son magnitudes (o rangos de magnitudes) que sirven para describir algunos fenmenos
La escala espacial es una longitud caracterstica del fenmeno; (ej., de una tormenta extratropical)
La escala temporal est asociada a la duracin y da idea de la memoria o persistencia del proceso (ejs. presin a nivel del mar)
Ambas suelen crecer o decrecer juntas.
Escalas de movimientos atmosfricos
Escalas espaciales y temporales de fenmenos meteorolgicos
(WMO No. 993, 2006)
PRONSTICO A LARGO PLAZO
PRONSTICO A CORTO PLAZO
PRONSTICO A MEDIANO PLAZO
(Tormenta severa)
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