Individual and combined techniques for gap filling in daily rainfall data in the city of São Gonçalo (RJ)

Authors

DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v35i20.17396

Keywords:

Time Series, Gap filling, Methods combination

Abstract

Precipitation is an important variable for climatological characterization of a location. The existence of missing records in a rainfall time series reduces the amount of information available for analysis, often limiting the usefulness of the series. This study evaluated the individual filling techniques inverse distance weighting (IDW), normal ratio (NR) and multiple linear regression (MLR) along with the combination of these techniques using simple average and the optimal combination with minimum variance for daily rainfall data from the UERJ/FFP Climatological Station, located in the municipality of São Gonçalo, Rio de Janeiro State. For this, observations from five neighboring stations were used to fill time series with 35, 87 or 351 consecutive days of failures. The simulations indicated that the individual estimate obtained by multiple linear regression had the best adjustment with R2 > 0.9 in the three failure period configurations analyzed. Among the combined methods, the combination by simple average was the most accurate, with R2 = 0.97 and RMSE of 0.55 mm. The results indicated that the overestimation obtained by the gap filling methods was not statistically significant at α = 5%. This analysis was based on local data made available by different agencies to determine the most suitable gap filling methods to minimize the impacts caused by incomplete series in climatological studies for the municipality.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Anna Regina Corbo, Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET/RJ)

Degree in Mathematics (UERJ), Master in Applied Mathematics (IMPA) and PhD in Civil Engineering (UFRJ). She is currently an associate professor at the Department of Mathematics at the Federal Center for Technological Education Celso Suckow da Fonseca (DEMAT-CEFET / RJ).

Suellen Araujo Franco dos Santos, Faculdade de Formação de Professores – Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ/FFP)

Bachelor and Master in Meteorology from the Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ). She currently works at the Geosciences Laboratory of the Faculdade de Formação de Professores - State University of Rio de Janeiro (UERJ/FFP).

Ana Valéria Freire Allemão Bertolino, Faculdade de Formação de Professores – Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ/FFP)

Bachelor, Master and Doctorate in Geography from the Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ) and Postdoctoral from the University of Coimbra. She is currently Associate Professor and Procientist at the Faculdade de Formação de Professores - State University of Rio de Janeiro (UERJ / FFP).

Ana Beatriz de Souza Pinto, Defesa Civil de São Gonçalo - RJ

Bachelor's Degree in Meteorology from the Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ). She currently works in the Civil Defense of São Gonçalo - RJ.

References

ATIYA, A. F. Why does forecast combination work so well? Int. J. Forecast., v. 36, n. 1, p. 197-200, nov. 2020. DOI 10.1016/j.ijforecast.2019.03.010. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.ijforecast.2019.03.010. Acesso em: 28 set. 2024.

BATES, J. M.; GRANGER, C. W. J. The combination of forecasts. J Oper Res Soc, v. 20, n. 4, p. 451-468, dec. 1969. DOI 10.2307/3008764. Disponível em: https://doi.org/10.2307/3008764. Acesso em: 28 set. 2024.

BERTOLINO, A. V. F. A.; COSTA, A. R. C.; BERTOLINO, L. C.; FIALHO, E. S. Análise da dinâmica climatológica no município de São Gonçalo RJ - triênio 2004 - 2007. Revista Tamoios, São Gonçalo, v. 4, p. 1-13, jul./dez. 2007. Disponível em: https://www.e-publicacoes.uerj.br/tamoios/article/view/624. Acesso em: 28 set. 2024.

BERTOLINO, A. V. F. A.; BERTOLINO, L. C.; MERAT, G. S.; LEMES, M. W. Movimentos de massa no município de São Gonçalo. In: SANTOS, M. G. Biodiversidade e sociedade no Leste Metropolitano do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: Eduerj, 2016, p. 243-263.

BIELENKI JUNIOR, C.; SANTOS, F. M.; POVINELLI, S. C. S.; MAUAD, F. F. Alternative methodology to gap filling for generation of monthly rainfall series with GIS approach. RBRH, Porto Alegre, v. 23, p. e29, 2018. DOI 10.1590/2318-0331.231820170171. Disponível em: https://doi.org/10.1590/2318-0331.231820170171. Acesso em: 30 set. 2024.

BRUBACHER, J. P.; OLIVEIRA, G. G.; GUASSELLI, L. A. Preenchimento de falhas em séries temporais de precipitação diária no Rio Grande do Sul. Rev. Bras. Meteorol., São Paulo, v. 35, p. 335-344, 2020. DOI 10.1590/0102-7786352035. Disponível em: https://doi.org/10.1590/0102-7786352035. Acesso em: 30 set. 2024.

CORREIA, T. P.; DOHLER, R. E.; DAMBROZ, C. S.; BINOTI, D. H. B. Aplicação de redes neurais artificiais no preenchimento de falhas de precipitação mensal na região serrana do Espírito Santo. Geociências, Rio Claro, v. 35, n. 4, p. 560-567, 2016. Disponível em: https://www.periodicos.rc.biblioteca.unesp.br/index.php/geociencias/article/view/12000. Acesso em 30 set. 2024.

DELAZERI, E. M. Análise pluviométrica e sua relação com as enchentes em São Gonçalo, uma análise espacial por georreferenciamento das ocorrências dos anos de 2006 a 2014. 2015. Monografia (Graduação em licenciatura em Geografia) - Faculdade de Formação de Professores, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, São Gonçalo-RJ, 2015.

DEPINÉ, H.; CASTRO, N. M. R.; PINHEIRO, A.; PEDROLLO, O. Preenchimento de falhas de dados horários de precipitação utilizando redes neurais artificiais. RBRH, Porto Alegre, v. 19, n. 1, p. 51-63, jan./mar. 2014. Disponível em: http://hdl.handle.net/10183/229616. Acesso em: 30 set. 2024.

IBGE – INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Cidades e Estados: São Gonçalo-RJ. 2021. Disponível em: https://www.ibge.gov.br/cidades-e-estados/rj/sao-goncalo.html. Acesso em: 25 mar. 2023.

JUNQUEIRA, R.; AMORIM, J. S.; OLIVEIRA, A. S. de. Comparação entre diferentes metodologias para preenchimento de falhas em dados pluviométricos. Sustentare, Três Corações, v. 2, n. 1, p. 198-210, 2018. DOI 10.5892/st.v2i1.4982. Disponível em: http://dx.doi.org/10.5892/st.v2i1.4982. Acesso em: 30 set. 2024.

KIM, J.; RYU, J. H. A heuristic gap filling method for daily precipitation series. Water resources management, v. 30, p. 2275-2294, 2016. DOI 10.1007/s11269-016-1284-z. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s11269-016-1284-z. Acesso em: 30 set. 2024.

LITTLE, R. J. A.; RUBIN, D. B. Statistical analysis with missing data. New York: John Wiley & Sons, 2019.

LONGMAN, R. J.; NEWMAN, A. J.; GIAMBELLUCA, T. W.; LUCAS, M. Characterizing the uncertainty and assessing the value of gap-filled daily rainfall data in Hawaii. J Appl Meteorol Climatol., v. 59, n. 7, p. 1261-1276, 2020. DOI 10.1175/JAMC-D-20-0007.1. Disponível em: https://doi.org/10.1175/JAMC-D-20-0007.1. Acesso em: 30 set. 2024.

MARTINS, V. L. M.; WERNER, L. Comparação de previsões individuais e suas combinações: um estudo com séries industriais. Production, São Paulo, v. 24, n. 3, p. 618–627, jul. 2014. DOI 10.1590/S0103-65132013005000066. Disponível em: https://doi.org/10.1590/S0103-65132013005000066. Acesso em: 30 set. 2024.

MARTINS, L. L.; MARTINS, W. A.; RODRIGUES, I. C. D. A.; XAVIER, A. C.; MORAES, J. F. L. D.; BLAIN, G. C. Gap-filling of daily precipitation and streamflow time series: a method comparison at random and sequential gaps. Hydrological Sciences Journal, v. 68, n. 1, p. 148-160, 2023. DOI:10.1080/02626667.2022.2145200 Disponível em: https://doi.org/10.1080/02626667.2022.2145200. Acesso em: 30 set. 2024.

MENDONÇA, M. J. C.; MEDRANO, L. A. T. Um modelo de combinação de previsões para arrecadação de receita tributária no Brasil. Texto para discussão. Rio de Janeiro: Ipea, 2016. Disponível em: https://repositorio.ipea.gov.br/bitstream/11058/6610/1/td_2186.pdf. Acesso em: 30 set. 2024.

MURARA, P. G. Técnicas de interpolação para a pesquisa em climatologia regional e agroclimatologia. Revista Brasileira de Climatologia, [S. l.], v. 25, 2019. DOI 10.5380/abclima.v0i0.66602. Disponível em: https://doi.org/10.5380/abclima.v0i0.66602. Acesso em: 30 set. 2024.

NAGHETTINI, M.; PINTO, E. Regional Frequency Analysis of Hydrologic Variables. Fundamentals of Statistical Hydrology, p. 441-495, 2017. DOI 10.1007/978-3-319-43561-9_10, Disponível em: https://doi.org/10.1007/978-3-319-43561-9_10. Acesso em: 30 set. 2024.

OLIVEIRA, A. C. B. Dinâmica e espacialização dos movimentos de massa no município de São Gonçalo - RJ. 2015. Monografia (Graduação em licenciatura em Geografia) - Faculdade de Formação de Professores, Universidade do Estado do Rio de Janeiro. São Gonçalo-RJ, 2015.

PAPACHARALAMPOUS G., TYRALIS, H. Hydrological time series forecasting using simple combinations: Big data testing and investigations on one-year ahead river flow predictability. J. Hydrol, v. 590, p. 125205, 2020. DOI 10.1016/j.jhydrol.2020.125205. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125205. Acesso em: 30 set. 2024.

PEREIRA, G. C. Correlação dos dados de intensidade de chuva com as enchentes mais expressivas ocorridas no município de São Gonçalo – RJ no período de 2005 a 2008. 2009. Monografia (Graduação em licenciatura em Geografia) - Faculdade de Formação de Professores, Universidade do Estado do Rio de Janeiro. São Gonçalo-RJ, 2009.

PEREIRA, V. C. M.; BERTOLINO, A. V. F. A.; KEDE, M. L. F. M.; CORBO, A. R.; BERTOLINO, L. C.; FIALHO, E. S. Contribuições para a análise da dinâmica climatológica no município de São Gonçalo/RJ 2008-2018. Revista Tamoios, São Gonçalo, v. 17, n. 2, p. 111-136, 2021. DOI 10.12957/tamoios.2021.58214. Disponível em: https://doi.org/10.12957/tamoios.2021.58214. Acesso em: 30 set. 2024.

POLETTI, M. L.; SILVESTRO, F.; DAVOLIO, S.; PIGNONE, F.; REBORA, N. Using nowcasting technique and data assimilation in a meteorological model to improve very short range hydrological forecasts, Hydrol. Earth Syst. Sci., v. 23, p. 3823–3841, 2019. DOI 10.5194/hess-23-3823-2019. Disponível em: https://doi.org/10.5194/hess-23-3823-2019. Acesso em: 30 set. 2024.

QUEIROZ, W. P.; NUNES, A. C. Proposta de ações do programa VIGIDESASTRES, os sistemas de informação e vigilância no município de São Gonçalo-RJ, Brasil. Pesquisa & Educação a Distância, América do Norte, v. 2, n. 28, 2022. Disponível em: http://revista.universo.edu.br/index.php?journal=2013EAD1&page=article&op=view&path%5B%5D=9739&path%5B%5D=5196. Acesso em: 30 Set. 2024.

RUEZZENE, C. B.; MIRANDA, R. B.; TECH, A. R. B.; MAUAD, F. F. Revisão bibliográfica dos principais métodos de preenchimento de falhas em dados de precipitação. Brazilian Journal of Business, Curitiba, v. 2, n. 3, p. 2057-2071, jul./set. 2020. DOI 10.34140/bjbv2n3-015. Disponível em: https://doi.org/10.34140/bjbv2n3-015. Acesso em: 30 Set. 2024.

RUEZZENE, C. B.; MIRANDA, R. B.; TECH, A. R. B.; MAUAD, F. F. Preenchimento de falhas em dados de precipitação através de métodos tradicionais e por inteligência artificial. Revista Brasileira de Climatologia, [S. l.], v. 29, p. 524–544, 2022. Disponível em: https://ojs.ufgd.edu.br/rbclima/article/view/15563. Acesso em: 30 set. 2024.

SILVA, J. C. Relação entre dados pluviométricos e as ocorrências de movimentos de massa no município de São Gonçalo - RJ nos anos de 2005 e 2006. 2007. Monografia (Graduação em licenciatura em Geografia) - Faculdade de Formação de Professores, Universidade do Estado do Rio de Janeiro. São Gonçalo-RJ, 2007.

SILVA, K. R.; LAMEGO, C. R. S.; SANTOS, M. C. F. dos. Percepções de alunos do ensino médio sobre impactos socioambientais causados pela chuva no município de São Gonçalo, RJ. In: SIMPÓSIO DE GESTÃO AMBIENTAL E BIODIVERSIDADE, 6., 2017, Três Rios. Anais [...]. Três Rios: Sigabi, 2017. Disponível em: https://www.itr.ufrrj.br/sigabi/wp-content/uploads/6_sigabi/Sumarizado/JEFERSON_SILVA.pdf. Acesso em: 30 set. 2024.

SILVA, P. M. de O.; MELLO, C. R.; SILVA A. M.; COELHO, G. Modelagem da hidrógrafa de cheia em uma bacia hidrográfica da região Alto Rio Grande. Rev. bras. eng. agríc. ambient., Campina Grande, v. 12, n. 3, p. 258-265, mai. 2008. DOI 10.1590/S1415-43662008000300006. Disponível em: https://doi.org/10.1590/S1415-43662008000300006. Acesso em: 30 set. 2024.

TABONY, R. C. The estimation of missing climatological data. Journal of Climatology, v. 3, n. 3, p. 297-314, 1983. Disponível: https://doi.org/10.1002/joc.3370030308. Acesso em: 30 set. 2024.

TIMMERMANN, A. Forecast combinations. In: ELLIOTT, G.; GRANGER, C.; TIMMERMANN, A. (Ed.). Handbook of economic forecasting. 1st ed. v. 1. p. 135-196. Amsterdam: Elsevier, 2006. DOI 10.1016/S1574-0706(05)01004-9. Disponível em: https://doi.org/10.1016/S1574-0706(05)01004-9. Acesso em: 30 set. 2024.

TÓRNIO, C. A. A. Dinâmicas atmosféricas e a gênese das chuvas no município de São Gonçalo (RJ) no período de 2005 a 2016. 2019. Monografia (Graduação em licenciatura em Geografia) - Faculdade de Formação de Professores, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, São Gonçalo-RJ, 2019.

TÓRNIO, C. A. A.; KEDE, M. L. F. M. Os impactos das chuvas nos municípios de São Gonçalo (RJ) e Niterói (RJ) no decênio 2010-2019. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE CLIMATOLOGIA GEOGRÁFICA, 14., 2021, João Pessoa. Anais [...]. João Pessoa: ABClima, 2021. Disponível em: https://www.xivsbcg.com/anais. Acesso em: 30 set. 2024.

TUCCI, C. E.M. (Org). Hidrologia: Ciência e Aplicação. 2° Ed. Porto Alegre: ED. UFRGS: ABRH, 2001. 943p.

YOUNG, K. C. Three-way model for interpolating for monthly precipitation values. Mon. Weather Rev., v. 120, n. 11, p. 2561-2569, 1992. DOI 10.1175/1520-0493(1992)120<2561:ATWMFI>2.0.CO;2. Disponível em: https://doi.org/10.1175/1520-0493(1992)120<2561:ATWMFI>2.0.CO;2. Acesso em: 30 set. 2024.

Published

17/10/2024

How to Cite

Corbo, A. R., Santos, S. A. F. dos, Bertolino, A. V. F. A., & Pinto, A. B. de S. (2024). Individual and combined techniques for gap filling in daily rainfall data in the city of São Gonçalo (RJ). Brazilian Journal of Climatology, 35(20), 401–427. https://doi.org/10.55761/abclima.v35i20.17396

Issue

Section

Artigos