Caracterización multifractal de variables térmicas validadas en andalucía y sus aplicaciones

Resumen

1. introducción o motivación de la tesis El rango térmico diario (DTR, del inglés Diurnal Temperature Range), definido como la diferencia entre la temperatura máxima y mínima del día, tiene un papel fundamental en diversas áreas científico-técnicas, como en el área de la medicina, la energía, o en las últimas décadas en el análisis del cambio climático. También destaca como variable de entrada en modelos y aplicaciones, como por ejemplo aquellas orientadas al cálculo de otras variables poco medidas como la radiación solar o la evapotranspiración de referencia. Sin embargo, los estudios encaminados a conocer la variable DTR en comparación con otras variables meteorológicas, como pueden ser la precipitación o la temperatura, son poco numerosos, existiendo una escasez de información acerca de su comportamiento o estructura espacio-temporal. A este respecto, en la presente tesis doctoral, se ha establecido como objetivo principal profundizar en el estudio del comportamiento espacial y temporal de la variable temperatura y del DTR a partir de la misma. Para ello, es requisito indispensable contar con series de datos de confianza que aseguren la calidad de los resultados y las conclusiones obtenidas, y además con la suficiente longitud para que los resultados sean significativos. En este sentido, se ha planteado como primer objetivo de la tesis el control de calidad y validación de las series de datos térmicos, con la intención de detectar valores sospechosos y, en su caso, eliminar los errores. Se plantea una segunda fase que consiste en el análisis de la estructura temporal de la variable DTR desde una perspectiva multifractal. El análisis multifractal se considera una herramienta eficiente para estudiar y definir la estructura temporal de variables meteorológicas (Jimenez-Hornero et al., 2011, Burgueno et al., 2014, Kalamaras et al., 2017, Krzyszczak et al., 2017). Como tercer objetivo se incluye la regionalización de la variable en la zona de estudio, utilizando los parámetros multifractales obtenidos en el análisis anterior. El procedimiento se sido aplicado a otras variables meteorológicas como la precipitación (Garcia-Marin et al., 2015a, b, Medina-Cobo et al., 2017). En este sentido se ha seguido el procedimiento de análisis regional de frecuencias (Hosking y Wallis, 1997). Por último, con la intención de ahondar y obtener una mejor descripción del comportamiento de la variable, se han analizado y comparado las tendencias y la homogeneidad de seis índices térmicos en dos zonas geográficamente distantes dentro del clima mediterráneo. 2. Contenido de la investigación Para el desarrollo de la tesis doctoral se ha contado con dos bases de datos en dos localizaciones distintas, una compuesta por 192 estaciones meteorológicas distribuidas por la Comunidad Autónoma de Andalucía (España), y otra compuesta por 7 estaciones meteorológicas en la región de Umbría (Italia). Las estaciones de la región de Umbría han sido analizadas en el último capítulo de la presente tesis doctoral, en el cálculo de tendencias y homogeneidad de las series térmicas. Todas las estaciones de la región Andaluza han sido sometidas a un procedimiento de control de calidad y validación de datos. El procedimiento ha constado de tres fases claramente diferenciadas. La primera etapa está dedicada a comprobar que la estructura de la base de datos era la adecuada, que las variables habían sido medidas adecuadamente, y la presencia de huecos o blancos. En una segunda fase se ha aplicado el análisis automático, compuesto por distintos algoritmos: test de rango (fijo y dinámico), test de salto térmico, test de consistencia interna y test de persistencia. Por último, tras eliminar los valores erróneos, se ha llevado a cabo la inspección visual de todos los registros marcados como sospechosos. Tras la validación de las series históricas de DTR, se han aplicado dos metodologías de análisis multifractal, que han permitido conocer el carácter multifractal de la variable DTR diario y, definir intervalos temporales para los que muestra invarianza de escala. Los parámetros obtenidos de ambos análisis multifractales han servido de base en la regionalización de las variables DTR diario y DTR máximo anual. Finalmente, se han analizado las tendencias y la homogeneidad de seis índices térmicos para un conjunto de estaciones localizadas en el Valle de Guadalquivir (Andalucía – España), y otras localizadas en la región de Umbría (Italia), lo que ha permitido detectar diferencias de comportamiento de los índices entre zonas, así como puntos de cambio en las series de datos asociados a procesos climáticos. 3. Conclusión De acuerdo con los resultados obtenidos en la tesis doctoral, el control de calidad debe de ser parte fundamental en cualquier investigación o estudio que trabaje con series de datos meteorológicas, con el objetivo de eliminar registros erróneos y obtener resultados y conclusiones de confianza. En base a los resultados obtenidos del análisis multifractal, puede afirmase que la variable DTR diario en Andalucía presenta un carácter multifractal, además de un comportamiento autosimilar para distintos intervalos de tiempo. También se concluye que las variables DTR diario y DTR máximo anual, en base a sus características fractales, no forman ninguna región homogénea dentro de la zona de estudio y, por tanto, se puede concluir que Andalucía forma una región heterogénea para las variables DTR diario y máximo anual. El análisis de tendencias confirma la existencia de tendencias significativas en las dos zonas de estudio analizadas, siendo generalmente positivas. Solo en un caso, localizado en la región de Umbría, las tendencias fueron negativas. El análisis de homogeneidad ha permitido detectar la existencia de puntos de cambios en todos los índices calculados en ambas zonas, que se asocia al impacto de diversos procesos climáticos sobre las series de datos analizadas. 4. bibliografía BURGUENO, A., LANA, X., SERRA, C. & MARTINEZ, M. D. 2014. Daily extreme temperature multifractals in Catalonia (NE Spain). Physics Letters A, 378, 874-885. GARCIA-MARIN, A. P., ESTEVEZ, J., MEDINA-COBO, M. T. & AYUSO-MUNOZ, J. 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