Statistical spatial and temporal analysis of historical rainfall and evapotranspiration behavior for Ecuador

• Autores: Vladimiro Alexis Tobar Solano
• Directores de la Tesis: Guido Wyseure (dir. tes.), Patrick Willems (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Cuenca ( Ecuador ) en 2019
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Statistische ruimtelijke en temporele analyse van historische regenval en evapotranspiratiegedrag voor Ecuador
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  dspace.ucuenca.edu.ec  limo.libis.be 
• Resumen
  • español

    Análisis estadístico de datos temporales y espaciales: ejemplo de lluvia, temperatura y evapotranspiración en Ecuador Muchos estudios en Ecuador han llevado a cabo la caracterización del clima, principalmente referida a la lluvia y las temperaturas, y algunos otros a la estimación de la evapotranspiración en función de la disponibilidad de datos. Dichos estudios solo han tenido aplicación local y se han centrado en las estaciones de medición de lluvia; menos estaciones que tienen registros de temperatura y aún menos que tienen información de los diversos parámetros necesarios para la ecuación Penman - Monteith ampliamente utilizada para estimar la evapotranspiración. El principal desafío para modelar el clima en Ecuador proviene de su ubicación en la zona de convergencia intertropical, las corrientes marinas en el Pacífico, la cuenca del Amazonas y los Andes. Por lo tanto, La caracterización del clima es un primer paso para comprender su variabilidad espacial y temporal, y desde aquí emprender la tarea de generalizar los elementos meteorológicos a todo el país. Es necesario que haya un compromiso entre la disponibilidad de datos que establezca límites para lo que se puede hacer y los objetivos de investigación de los patrones climáticos espaciales. Con respecto a la información, se dispone de datos mensuales referidos a la lluvia, para un número menor de estaciones también está disponible la temperatura; y otros elementos, como la velocidad del viento, la humedad relativa, el punto de rocío, la presión y la radiación solar, solo están disponibles para un conjunto seleccionado de estaciones, por lo que es difícil contar con ellos. Las características de datos espaciales SIG también están disponibles, como el SRTM DEM 90m, de donde se pueden derivar las características morfológicas. El primer paso hacia el análisis es la validación de datos. Muchas circunstancias imprevistas afectan la medición y el registro de elementos meteorológicos hasta la presentación final de los datos sin procesar, y una de las técnicas más utilizadas para detectar errores sistemáticos es el análisis de la curva de doble masa, que se aplicará principalmente a la información de lluvia, los gráficos de series de tiempo también pueden ayudar identificando errores en otros elementos como las temperaturas. La distribución espacial de las precipitaciones se abordará mediante la distribución y los patrones de precipitaciones estacionales que permitirán clasificar las regiones climáticas. El análisis de correlación se usará para estimar valores perdidos y también para estimar parámetros no calibrados. El objetivo principal es contribuir a una mejor comprensión del clima en Ecuador; mediante modelos que incluyen la cordillera de los Andes y las regiones amazónicas y costeras, para la estimación de varios elementos como la lluvia, temperatura y evapotranspiración. Se identificarán regiones espaciales con diferentes comportamientos en lluvia, temperaturas y evapotranspiración. Por último, pero no menos importante, dado que Ecuador se ve muy afectado por las anomalías extremas de ENOS, cuya presencia provoca fuertes lluvias e inundaciones a largo plazo, la caracterización climática debe considerar su influencia.

  • English

    Statistical analysis of temporal and spatial data: example of rainfall, temperature and evapotranspiration in Ecuador Many studies in Ecuador had taken the endeavor of climate characterization, mainly referred to rainfall and temperatures, and some others to estimating evapotranspiration based on data availability. Such studies have only had local application and had focused on the rainfall gauging stations; fewer stations that have temperature records and even lesser that have information of the various parameters required for the widely used Penman - Monteith equation for estimating evapotranspiration. The main challenge in modeling climate in Ecuador comes from its location in the Intertropical convergence zone, the marine currents in the Pacific, the Amazon basin and the Andes. Therefore, characterization of climate is a first step in order to understand its spatial and temporal variability, and from here to undertake the task of generalizing meteorological elements to the whole country. There needs to be a compromise between data availability that sets boundaries to what can be done and the research objectives of spatial climate patterns. Regarding information, monthly data is available referred to rainfall, for a lesser number of stations temperature is also available; and other elements like wind speed, relative humidity, dew point, pressure, and solar radiation, are only available for a selected set of stations, making it difficult to count on them. GIS spatial data features are also available, like the SRTM DEM 90m, from which morphological characteristics can be derived. First step towards analysis is data validation. Many unforeseen circumstances affect meteorological elements measure and record until final presentation of raw data, and one of the most widely used technique to detect systematic errors is the double mass curve analysis, which will be applied mainly to rainfall information, time series plots may also help identifying errors in other elements like temperatures. Spatial distribution of rainfall will be addressed by means of distribution and seasonal rainfall patterns that will enable categorizing climatic regions. Correlation analysis will be used to estimate missing values and also to estimate ungauged parameters. The main aim is to contribute to a better understanding of climate in Ecuador; by means of models including Andes mountain range and Amazon and coastal regions, for the estimation of various elements like rainfall, temperature and evapotranspiration. Spatial regions with different behavior in rainfall, temperatures and evapotranspiration will be identified. Last but not least, since Ecuador is heavily affected by the extreme anomalies of ENSO, whose presence causes long term heavy rainfalls, and floods, climate characterization should consider its influence.