Llenando brechas en series de datos meteorológicos de estaciones automáticas

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v35i20.17599

Palabras clave:

Relleno de lagunas. Datos meteorológicos. Hidrología estocástica.

Resumen

Uno de los grandes problemas que surgen al trabajar con datos medidos en estaciones meteorológicas es la cantidad de lagunas encontradas en las bases de datos. El análisis de series incompletas puede generar resultados inciertos, impactando negativamente en la gestión de los recursos hídricos. Con el objetivo de solucionar estas deficiencias, el presente trabajo tuvo como objetivo realizar la imputación de los valores faltantes utilizando el método que arroja los errores más bajos. Los datos utilizados como caso de estudio son referentes a la estación meteorológica automática de Iguatu-CE. Para la imputación de los valores faltantes, se aplicaron métodos como la interpolación, el promedio móvil, la media, el valor faltante descompuesto estacionalmente y el valor faltante dividido estacionalmente. Las simulaciones de valores faltantes se realizaron siguiendo el esquema de muestreo de ausencia aleatoria (MAR), generadas para porcentajes de 10% y 20% de fallas. La eficiencia de cada método se probó utilizando medidas de error, error absoluto medio (MAE) y raíz del error cuadrático medio (RMSE). Los métodos probados mostraron buenos resultados para llenar los datos faltantes en la serie.

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Biografía del autor/a

Ana Rute Batista Pereira, Universidade Federal do Cariri - UFCA

Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento Regional Sustentável pela Universidade Federal do Cariri - UFCA. Graduada em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Cariri - UFCA (2019). Técnica em Edificações pelo Instituto Federal do Ceará - IFCE (2015). Atuou como monitora no IFCE - Juazeiro do Norte. Atuou como, bolsista de Iniciação Acadêmica, bolsista de Iniciação Tecnológica e bolsista de Extensão na Universidade Federal do Cariri. Atuou como estagiária de Engenharia Civil na Companhia de Gestão de Recursos Hídricos do Ceará - COGERH, desenvolvendo atividades na área de Monitoramento de Reservatórios e Gestão de Bacias Hidrográficas. Membro do Grupo de Pesquisa em Modelagem Estatística, Simulação, Otimização e Risco - MESOR e do Grupo de Pesquisa Tecnologia, Recursos Hídricos e Meio Ambiente na Região do Cariri/CE.

Celme Torres Ferreira da Costa, Universidade Federal do Cariri - UFCA

Professora Titular da Universidade Federal do Cariri. Graduada em Engenharia Civil pela Universidade de Pernambuco (1993), Especialização em Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Pernambuco (1998), Mestrado em Tecnologias Energéticas Nucleares pela Universidade Federal de Pernambuco (2000) e Doutorado em Engenharia Civil (Recursos Hídricos) pela Universidade Federal do Ceará (2005). Exerceu de 2013 ? 2015 o cargo de Pró-Reitora de Pesquisa e Inovação da Universidade Federal do Cariri (UFCA). Foi Vice-Coordenadora (2010 ? 2013) e Coordenadora (2016 ? 2017) do Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento Regional Sustentável - Proder/UFCA . Líder do Grupo de Pesquisas Tecnologia, Recursos Hídricos e Meio Ambiente na Região do Cariri/CE. Docente permanente do Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento Regional Sustentável (PRODER/UFCA ? Conceito 4 na CAPES). Bolsista de Inovação Tecnológica - BIT da FUNCAP no Projeto Cientista Chefe - Recursos Hídricos. Desenvolve pesquisas na área de Recursos Hídricos, com ênfase nos seguintes temas: Hidrologia Estocástica, Modelagem Hidrológica, Mudanças Climáticas, Água subterrânea, Governança de água, Planejamento e Gerenciamento de Recursos Hídricos, Sócio-hidrologia e Gestão Participativa. Coordenou projetos de pesquisa financiados pelo CNPq, entre os quais estão Produtividade em pesquisa (2009 ? 2012) e Universal (2022 ? 2025). Possui 24 artigos publicados em periódicos científicos, mais de 83 artigos completos publicados em anais de eventos nacionais e internacionais e 71 resumos publicados. É autora de 3 livros e de 12 capítulos de livros na sua área de atuação. Orientou e co-orientou 100 alunos: 25 dissertações de Mestrado, 52 monografias de final de curso de graduação e 23 bolsistas PIBIC. Atua como revisora de revistas nacionais e internacionais.

Paulo Renato Alves Firmino, Universidade Federal do Cariri - UFCA

Graduado em Estatística pela Universidade Federal de Pernambuco (2003), mestre (2004) e doutor (2009) em Engenharia de Produção pela mesma instituição. Tem experiência em Pesquisa Operacional, com ênfase em Modelagem, Simulação e Previsão, atuando principalmente na Análise Probabilística de Riscos. De 2010 até 2013 foi Professor Adjunto do Departamento de Estatística e Informática da Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE). Desde 2014 é Professor de Estatística da Universidade Federal do Cariri (UFCA), lotado no Centro de Ciências e Tecnologia. É docente permanente dos Programas de Pós-Graduação em Desenvolvimento Regional Sustentável e Ciências da Saúde, ambos da UFCA. É colaborador do Programa de Pós-Graduação em Biometria e Estatística Aplicada da UFRPE.

Ticiana Marinho de Carvalho Studart, Universidade Federal do Ceará - UFC

Professora Titular do Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental da Universidade Federal do Ceará no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil-Recursos Hídricos, com avaliação 7, pela CAPES. Graduada em Engenharia Civil, pela UFC (1985), com Mestrado em Engenharia Civil ? Recursos Hídricos pela UFC (1991), Doutorado em Engenharia Civil pela UFC (2000) e Pós-Doutorado no Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa (2018-2019). É bolsista PQ-2 CNPq e Bolsista de Inovação Tecnológica - BIT da FUNCAP no Projeto Cientista Chefe - Recursos Hídricos. É Coordenadora Adjunta do Colégio de Estudos Avançados da UFC (CEIA). Desenvolveu como Coordenadora, no âmbito do Projeto Cientista Chefe - Recursos Hídricos, os Planos de Recursos Hídricos da Bacia Sertões de Crateús (2021), Bacia do Acaraú (2021-2022), Bacia do Salgado (2022). Desenvolveu, como pesquisadora, as Diretrizes para Gestão Proativas de Secas para o Estado de São Paulo, para a SABESP, com financiamento do World Bank (2022). Desenvolve pesquisas na área de Recursos Hídricos, com ênfase nos seguintes temas: Mudanças Climáticas, Modelagem Hidrológica, Hidrologia Estocástica, Governança Adaptativa de Água, Planejamento e Gerenciamento de Recursos Hídricos, Sócio-Hidrologia, Variabilidade Climática, Gestão Proativa de Secas e Gestão Participativa. Coordenou vários projetos de pesquisa financiados pelo CNPq, entre os quais nos editais CT-Hidro (2003-2006), Universal (2004-2007), Universal (2009-2012) e Universal (2012 - 2015). Tem 46 artigos publicados em periódicos arbitrados e cerca de 140 artigos completos publicados em anais de eventos nacionais e internacionais. É autora de 6 livros e de 28 capítulos de livros na sua área de atuação. Orientou e co-orientou 103 alunos: 8 teses de Doutorado, 28 dissertações de Mestrado, 18 monografias de Especialização, 16 monografias de final de curso e 32 bolsistas PIBIC. Foi Representante da Associação Brasileira de Recursos Hídricos no Estado do Ceará por 12 anos. Foi Vice Coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil-Recursos Hídricos (2017-2019). Foi Coordenadora do Curso de Graduação em Engenharia Civil (1992 a 1996), Coordenadora de três cursos de Especialização em Gestão de Recursos Hídricos (2005 a 2010) e Coordenadora do Mestrado Profissional em Gestão de Recursos Hídricos (2011 a 2014) da mesma instituição. Atua como analista de projetos para diversas Fundações Estaduais de Apoio a Pesquisa e como revisora em diversas revistas nacionais e internacionais.

Carlos Wagner Oliveira, Universidade Federal do Cariri - UFCA

Possui graduação em Engenheiro Agrônomo pela Universidade Federal do Ceará (1994), mestrado em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal do Ceará (1997) e doutorado em Biosystems Engineering - University of Tennessee (2003). Atualmente é professor da Universidade Federal do Cariri. Atua no Curso de Agronomia e no Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento Regional Sustentável, atual Coordenador. É líder do grupo de pesquisa e extensão Laboratório Estatística Modelagem e Geoprocessamento (LEMGE). Tem experiência na área de Engenharia Agrícola, com ênfase em Sensoriamento Remoto, Irrigação e Drenagem, atuando principalmente nos seguintes temas: manejo de água e solo, sensoriamento remoto, uso e ocupação, consumo de água e evapotranspiração.

Citas

BECK, Marcus W.; BOKDE, Neeraj Dhanraj; ASENCIO-CORTÉS, Gualberto; KULAT, K.D. R Package imputeTestbench to Compare Imputation Methods for Univariate Time Series. The R Journal, v.10, p.1-16, 2018.

BIER, Anderson Augusto; FERRAZ, Simone Erotildes Teleginski. Comparação de Metodologias de Preenchimento de Falhas em Dados Meteorológicos para Estações no Sul do Brasil. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 32, n. 2, p. 215-226, 2017. Disponível em: https://doi.org/10.1590/0102-77863220008.

CLEVELAND, Robert B.; CLEVELAND, William S.; MCRAE, Jean E.; TERPENNING, Irma. STL: A Seasonal-Trend Decomposition Procedure Based on Loess. Journal of Official Statistics, v. 6, n. 1, p. 3-73, 1990.

CORREA, Marcele de Jesus; LIMA, Kellen Carla; SILVA, Jonathan Mota da; MEDEIROS, Gilvandro César. Filling of faults in climatological air temperature series in brazilian state capitals from 1980 to 2017. Revista Brasileira De Climatologia, v. 29, p. 251–272, 2021. Disponível em: https://ojs.ufgd.edu.br/index.php/rbclima/article/view/15176.

CORREIA, Tamíres Partélli; DOHLER, Rafael Esteves; DAMBROZ, Carlos Silva; BINOTI, Daniel Henrique Breda. Aplicação de Redes Neurais Artificiais no Preenchimento de Falhas de Precipitação Mensal na Região Serrana do Espírito Santo. Geociências, v. 35, n. 4, p.560-567, 2016.

CUNHA JÚNIOR, Rubens Oliveira da; FIRMINO, Paulo Renato Alves. Simulação de valores ausentes em séries temporais de precipitação para avaliação de métodos de imputação. Revista Brasileira De Climatologia, v.30, n.18, p.691–714. 2022. Disponível em: https://doi.org/10.55761/abclima.v30i18.15243.

DOURADO, Wesley Barbosa. Avaliação de técnicas de interpolação de imagens digitais. 2014. 141 f. Dissertação (Mestrado em Matemática Aplicada e Computacional) - Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente. 2014. Disponível em: https://repositorio.unesp.br/server/api/core/bitstreams/a4a2c492-32c3-4a27-8573-d5f543980736/content. Acesso em: 27 set. 2023.

GNAUCK, Albrecht. Interpolation and approximation of water quality time series and process identification. Analytical and bioanalytical chemistry, v. 380, p. 484-492, 2004. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s00216-004-2799-3.

HODSON, Timothy O. Root-mean-square error (RMSE) or mean absolute error (MAE): when to use them or not. Geoscientific Model Development, v. 15, n. 14, p. 5481-5487, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.5194/gmd-15-5481-2022, 2022.

INSTITUTO DE PESQUISA E ESTRATÉGIA ECONÔMICA DO CEARÁ – IPECE. Perfil Municipal 2017: Iguatu. Fortaleza: IPECE, 2017.

JUNQUEIRA, Rubens; AMORIM, Jhones da Silva; OLIVEIRA, Alisson Souza de. Comparação entre diferentes metodologias para preenchimento de falhas em dados pluviométricos. Sustentare, v.2, n.1, p. 198-210, 2018.

MACHIWAL, Deepesh; JHA, Madan Kumar Jha. Hydrologic time series analysis: theory and practice. Springer Science & Business Media, 2012.

MELLO, Yara Rúbia de, KOHLS, Werner; OLIVEIRA, Therezinha Maria Novais de. Uso de diferentes métodos para o preenchimento de falhas em estações pluviométricas. Boletim de Geografia, v. 35, n.1, p.112-121, 2017. Disponível em: https://doi.org/10.4025/bolgeogr.v35i1.30893.

MORITZ, Steffen; BARTZ-BEIELSTEIN, Thomas. imputeTS: Time Series Missing Value Imputation in R. R Journal, v. 9, n. 1, p. 207, 2017.

OLIVEIRA, Luiz F. C. de; FIOREZE, Ana P.; MEDEIROS, Antonio M. M.; SILVA, Mellissa A. S. Comparação de metodologias de preenchimento de falhas de séries históricas de precipitação pluvial anual. Revista Brasileira De Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 14, n. 11, p. 1186-1192, 2010. Disponível em: https://doi.org/10.1590/S1415-43662010001100008.

OLIVEIRA, Thiago Alves; SANCHES, Fabio de Oliveira; FERREIRA, Cássia de Castro Martins. (2021). Aplicação e avaliação de técnicas para o preenchimento de falhas de dados pluviométricos em anos habituais, secos e chuvosos. ENTRE-LUGAR, v.12, n. 24, p. 301–320. Disponível em: https://doi.org/10.30612/rel.v12i24.15137.

R CORE TEAM. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. 2023. URL: <https://www.R-project.org/>.

RSTUDIO TEAM. RStudio: Integrated Development for R. RStudio, PBC, Boston, MA, 2023. URL: http://www.rstudio.com.

SABINO, Marlus; SOUZA, Adilson P. de. Gap-filling meteorological data series using the GapMET software in the state of Mato Grosso, Brazil. Revista Brasileira De Engenharia Agrícola e Ambiental, v.27, n.2, p.149–156, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.1590/1807-1929/agriambi.v27n2p149-156.

TURICCHI, Jake; O'DRISCOLL, Ruairi; FINLAYSON, Graham; DUARTE, Cristiana; PALMEIRA, A. L.; LARSEN, Sofus. C.; HEITMANN, Berit L.; STUBBS, R James. Data imputation and body weight variability calculation using linear and nonlinear methods in data collected from digital smart scales: simulation and validation study. JMIR Mhealth Uhealth, v. 8, n. 9, p. e17977, 2020. Disponível em: https://doi.org/10.2196/17977.

WIJESEKARA, Lakmini, LIYANAGE, Liwan. Comparison of Imputation Methods for Missing Values in Air Pollution Data: Case Study on Sydney Air Quality Index. In: ARAI, K., KAPOOR, S., BHATIA, R. (eds) Advances in Information and Communication: Proceedings of the 2020 Future of Information and Communication Conference (FICC). Springer International Publishing, vol 1130, p. 257-269, 2020. Disponível em: https://doi.org/10.1007/978-3-030-39442-4_20.

ZENERE, Pedro Vinicius S.; VENTURA, Thiago M.; GOMES, Raphael S. R.; RODRIGUES, Thiago R. Uso de árvore de decisão para escolha de método de preenchimento de falhas em dados meteorológicos. In: BRAZILIAN E-SCIENCE WORKSHOP (BRESCI), 14, 2020, Cuiabá. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, p. 89-96, 2020.

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Publicado

19/07/2024

Cómo citar

Pereira, A. R. B., Costa, C. T. F. da, Firmino, P. R. A., Studart, T. M. de C., & Oliveira, C. W. (2024). Llenando brechas en series de datos meteorológicos de estaciones automáticas. Revista Brasileña De Climatología, 35(20), 22–44. https://doi.org/10.55761/abclima.v35i20.17599

Número

Vol. 35 (2024)

Sección

Artigos

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