Keywords: Elevation Temperature Scatter-plot Trend-line Cenicafé Raster-calculator
A partir de las series agregadas de temperatura máxima y mínima a nivel anual, se estima la temperatura media anual en cada estación y se crea el mapa de temperatura requerido para la estimación de la evapotranspiración potencial.
- Calcular la temperatura media multianual en cada estación a partir del promedio de la temperatura máxima y mínima.
- Evaluar el rango de elevaciones y la localización de las estaciones con datos de temperatura disponible.
- A partir de relación entre los datos de temperatura y elevación, obtener ecuaciones zonales características.
- A partir de ecuaciones regionales o zonales, crear mapas de temperatura compuestos y por fenómeno climatológico de la zona de estudio, a partir de las elevaciones del modelo digital de elevación.
- ArcGIS Pro 2+
- ArcGIS for Desktop 10+ (opcional)
- QGIS 3+ (opcional)
- Estaciones hidroclimatológicas de la zona de estudio con validación de altitud a partir de información satelital. 🎓Aprender.
- Tablas de valores agregados promedio multianual por parámetro hidroclimatológico. 🎓Aprender.
- Modelo digital de elevación ALOS PALSAR. 🎓Aprender.
Convenciones generales en diagramas: clases de entidad en azul, dataset en gris oscuro, grillas en color verde, geo-procesos en rojo, procesos automáticos o semiautomáticos en guiones rojos y procesos manuales en amarillo. Líneas conectoras con guiones corresponden a procedimientos opcionales.
- En ArcGIS Pro, abra el proyecto ArcGISProSection04.aprx que se encuentra en la ruta D:\R.LTWB\.map y que fué creado en la actividad anterior.
Tenga en cuenta que previamente asignamos al mapa el sistema de coordenadas 9377 de Colombia, correspondiente a MAGNA-SIRGAS Origen-Nacional.
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Desde la tabla de contenido del mapa, renombre la clase de entidad CNE_IDEAM_OE_ZE como CNE_IDEAM_OE_ZE_Rain, para conservar la unión y los filtros previamente realizados con los datos de precipitación.
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Desde la tabla de contenido del mapa y dando clic derecho en CNE_IDEAM_OE_ZE_Rain, cree una copia de esta capa y nómbrela como CNE_IDEAM_OE_ZE_TempMinMax, luego elimine las uniones, gráficas y filtros existentes asociados a la capa copiada.
- Desde la carpeta .datasets/IDEAM_Agg disponible en el catálogo, agregue al mapa actual (botón derecho sobre el archivo / Add To Current Map) los archivos Agg_Impute_MICE_Outlier_IQR_Cap_Pivot_TMN_CON.csv y Agg_Impute_MICE_Outlier_IQR_Cap_Pivot_TMX_CON.csv correspondientes a las tablas de agregaciones multianuales de temperatura mínima y máxima por estación. Luego desde la tabla de contenido o Contents, abra los archivos; podrá observar que se componen de 25 registros o estaciones y que contienen datos compuestos y por fenómeno climatológico.
- Desde la tabla de contenido y dando clic derecho sobre cada tabla y mediante la opción Data / Export Table, exporte los archivos .csv a archivos dBase .dbf en la misma ruta original y con los nombres Agg_Impute_MICE_Outlier_IQR_Cap_Pivot_TMN_CON.dbf y Agg_Impute_MICE_Outlier_IQR_Cap_Pivot_TMX_CON.dbf
El proceso de conversión es requerido debido a que es necesario modificar la estructura de la tabla agregando un campo de atributos tipo texto que contendrá el código de la estación, lo anterior debido a que el campo Station es interpretado como un campo numérico entero y el código de las estaciones del catálogo del IDEAM ha sido definido como cadena de texto.
Luego del proceso de exportación, serán cargadas la tabla .dbf al mapa. Remover los archivos .csv de la tabla de contenido y abrir los archivos .dbf.
- Modifique la estructura de las tablas agregando un nuevo campo de atributos tipo texto de 255 caracteres con el nombre
CODIGO.
- Desde la cabecera del campo
CODIGOy utilizando la herramienta Calculate Field, asigne a este campo los valores contenidos en el campo Station.
- En la capa de estaciones CNE_IDEAM_OE_ZE_TempMinMax, realice dos uniones (clic derecho sobre la capa geográfica / Join) con los datos de las tablas de agregación Agg_Impute_MICE_Outlier_IQR_Cap_Pivot_TMN_CON.dbf y Agg_Impute_MICE_Outlier_IQR_Cap_Pivot_TMX_CON.dbf, utilice como llave de unión el campo
CODIGO.
Tenga en cuenta que los nombres de los campos de atributos AggComposi, AggNina, AggNino y AggNeutral son idénticos en las tablas de agregaciones de datos de temperatura máxima y mínima. Las uniones mantendrán el nombre de las tablas originales antes del nombre del campo, para que pueda identificar su correspondencia, para lo cual, las primeras columnas corresponderán a los datos de temperatura mínima y las columnas finales a temperatura máxima.
- Abra la tabla de atributos de la capa CNE_IDEAM_OE_ZE_TempMinMax y verifique los datos asociados mediante la unión, podrá observar que existen datos de temperatura en 25 de las 440 estaciones seleccionadas para la zona de estudio.
- Desde las propiedades de la capa CNE_IDEAM_OE_ZE_TempMinMax, realice un filtro (Definition Query con
Agg_Impute_MICE_Outlier_IQR_Cap_Pivot_TMN_CON.OID >= 0) para códigos OID mayores o iguales a cero correspondientes a los identificadores de ordenamiento de la tabla .dbf de agregaciones. Luego de dar clic en Ok podrá observar en pantalla la localización de las estaciones con datos de temperatura y los registros correspondientes en la tabla de atributos.
- Desde la tabla de contenido, exporte la capa geográfica CNE_IDEAM_OE_ZE_TempMinMax que contiene las uniones y el filtro como CNE_IDEAM_OE_ZE_TempMinMax.shp en el directorio
D:\R.LTWB\.shp. Automáticamente, será agregada la capa al mapa con la misma simbología de la capa original.
- Modifique la estructura de la capa CNE_IDEAM_OE_ZE_TempMinMax.shp agregando 4 campos de atributos numéricos dobles con los nombres
TMedComp,TMedNina,TMedNinoyTMedNeutra.
- Desde la cabecera de cada uno de los campos creados y utilizando la herramienta Calculate Field, calcule la temperatura media por estación utilizando las siguientes expresiones:
(!AggCompo_1! + !AggComposi!)/2(!AggNina_1! + !AggNina!)/2(!AggNino_1! + !AggNino!)/2(!AggNeutr_1! + !AggNeutral!)/2
Los campos cuyo nombre contienen el sufijo
_1corresponden a los valores de temperatura máxima.
- En la tabla de contenido, de clic derecho en la capa CNE_IDEAM_OE_ZE_TempMinMax y, seleccione la opción Create Chart / Scatter Plot. En el eje X seleccione el campo de atributos
DEMALOScorrespondiente a las elevaciones de las estaciones a partir del modelo digital de elevación ALOS PALSAR, en el eje Y seleccione el campoTMedCompcorrespondiente a valores de temperatura compuesta.
Como puede observar en la regresión, una de las estaciones se encuentra dispersa dentro del conjunto de datos incluidos en el análisis con temperatura de 29.19 °C y altitud 1285 msnm.
- Utilizando la tecla Ctrl, seleccione la estación e identifique su código en la tabla de atributos, observará que corresponde a la estación 28035070. Utilizando el Definition Query de la capa, exclúyala utilizando la expresión
CODIGO NOT IN ('28035070')
Para la exclusión realizada, la tendencia presenta la ecuación lineal y = 28.9 - 0.0053 x con R² = 0.53, donde x representa el valor de la altura y y corresponde a temperatura.
- Utilizando el mismo filtro de exclusión de la estación 28035070, obtenga las ecuaciones características lineales para los datos de temperatura correspondientes a fenómenos climatológicos, para todas las series obtendrá las siguientes expresiones zonales:
| Fenómeno | Expresión | R² |
|---|---|---|
| Compuesto | y = 28.9 - 0.0053 x | 0.53 |
| Niña | y = 28.7 - 0.0054 x | 0.55 |
| Niño | y = 29.1 - 0.0053 x | 0.49 |
| Neutro | y = 28.8 - 0.0054 x | 0.55 |
Como puede observar, los valores obtenidos de los coeficientes de determinación R² son bajos debido a la alta dispersión que existe entre los datos y a que disponemos solo de 24 estaciones IDEAM en la zona de estudio.
De acuerdo a las elevaciones DEMALOS de la tabla de atributos, los valores presentados en las expresiones corresponden a estaciones dentro del rango de elevaciones de 8 a 699 msnm.
Las expresiones obtenidas previamente, permiten describir la temperatura media en un rango limitado de elevaciones y debido a que para el balance hidrológico son requeridos datos de temperatura (para la estimación de la evapotranspiración potencial) con cobertura sobre toda la zona de estudio y para elevaciones superiores a la altitud 699 msnm, puede ser necesario el uso de ecuaciones regionales.
El Centro Nacional de Investigaciones de Café - Cenicafé de Colombia - Suramérica, ha realizado diferentes estudios relacionados con variables climatológicas, obteniendo ecuaciones que describen el comportamiento de la temperatura en función de la altitud para valores máximos, mínimos y medios. Las expresiones compuestas obtenidas para la región Atlántica dentro de la cual se encuentra la zona de estudio son:
| Expresión | Altitud, m | R² |
|---|---|---|
| Tm = 27.72 - 0.0055H | 2 - 4000 | 0.99 |
| Tmax = 33.06 - 0.0062H | 2 - 4000 | 0.79 |
| Tmin = 23.10 - 0.0061H | 2 - 4000 | 0.90 |
Las ecuaciones de Cenicafé describen el comportamiento compuesto de los datos de temperatura en un amplio rango de elevaciones y con coeficientes de determinación altos, sin embargo, los valores corresponden a datos analizados antes o hasta el año 1998.
Al comparar los valores estimados a partir de la ecuación regional de temperatura media de Cenicafé y la ecuación compuesta zonal obtenida a partir de 24 de las 25 estaciones de la zona de estudio, podemos observar una tendencia similar, sin embargo, las temperaturas de Cenicafé son inferiores en aproximadamente 1.25 °C respecto a las zonales evaluadas a partir de las series procesadas en este curso.
La diferencia de temperatura puede estar asociada a diferentes factores, por una parte, el análisis de temperatura media realizado por Cenicafé fue realizado a partir los registros de 239 estaciones, por otra parte, los análisis zonales realizados utilizan series hasta el año 2021 y pueden evidenciar el aumento en la temperatura media de la zona debida a los efectos del calentamiento global.
En el libro de Microsoft Excel Temperature.xlsx, hemos incluido un análisis comparativo entre datos proyectados utilizando la ecuación regional de Cenicafé y la ecuación zonal obtenida. Se puede observar que la pendiente de las gráficas es similar, así como la banda de diferencias para valores entre la cota 0 y 700 msnm.
Con el propósito de realizar balances hidrológicos compuestos y por fenómeno climatológico, la creación de los mapas de temperatura será realizada utilizando las expresiones zonales obtenidas a partir de series IDEAM.
Estimando, por las dos ecuaciones, valores hasta la cota 4000 msnm, es posible observar que la tendencia es similar, sin embargo, la pendiente de los datos zonales es menor, por lo que la diferencia para altitudes cercanas a la cota máxima es de hasta 1.98 °C.
Opcionalmente, para la creación del mapa de temperatura podríamos utilizar la expresión de Cenicafé para altitudes iguales o superiores a 700 msnm y la expresión zonal para elevaciones inferiores a esta altitud, sin embargo, las series corresponden a periodos diferentes de análisis.
- En ArcGIS Pro, agregue desde la carpeta
D:\R.LTWB\.dem\ALOSel modelo de terreno APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif, modifique la simbología de representación a Shaded Relief con la rampa de color continua denominada Greens. Establezca el color de las estaciones en negro.
Previamente en la Sección 2 de este curso, realizamos la descarga y procesamiento del modelo de terreno y asignamos el sistema de coordenadas 9377 de Colombia, correspondiente a MAGNA-SIRGAS Origen-Nacional.
- Utilizando la herramienta Geoprocessing / Raster Calculator, cree los mapas de temperatura a partir del modelo digital de elevación ALOS PALSAR, utilice las siguientes expresiones y archivos dentro de la carpeta
D:\R.LTWB\.grid:
| Fenómeno | Expresión Raster Calculator | Mapa de temperatura | Rango °C | Grilla 📂 |
|---|---|---|---|---|
| Compuesto | Con((28.9-0.0053*"APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif")>0,(28.9-0.0053*"APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif"),0) |
TemperatureMedComposite.tif | 0 - 29.1544 | Part1, Part2 |
| Niña | Con((28.7-0.0054*"APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif")>0,(28.7-0.0054*"APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif"),0) |
TemperatureMedNina.tif | 0 - 28.9592 | Part1, Part2 |
| Niño | Con((29.1-0.0053*"APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif")>0,(29.1-0.0053*"APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif"),0) |
TemperatureMedNino.tif | 0 - 29.3544 | Part1, Part2 |
| Neutro | Con((28.8-0.0054*"APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif")>0,(28.8-0.0054*"APFBSRT1MosaicArcGISProZE.tif"),0) |
TemperatureMedNeutral.tif | 0 - 29.0592 | Part1, Part2 |
Como observa en las expresiones utilizadas para la creación de los mapas, temperaturas con valores inferiores a 0 °C han sido establecidas en 0 °C, debido al sistema de unidades utilizado y debido a la localización específica de la zona de estudio en la cual se presentan celdas de terreno con valores negativos, correspondientes a zonas de explotación a cielo abierto de carbón.
Luego de creados los mapas, modifique la simbología de representación utilizando el esquema de color Temperature y establezca transparencia en 50%.
Mapa de temperatura media - Compuesto
Mapa de temperatura media - Niña
Mapa de temperatura media - Niño
Mapa de temperatura media - Neutral
Debido al tamaño de los archivos generados (aproximadamente 1.1 GB por cada grilla), cada grilla ha sido comprimida en archivos .rar en partes de 95 MB.
En este momento dispone de grillas de temperatura media, requeridas para la generación de los mapas de evapotranspiración potencial.
En la siguiente tabla se listan las actividades complementarias que deben ser desarrolladas y documentadas por el estudiante en un único archivo de Adobe Acrobat .pdf. El documento debe incluir portada (mostrar nombre completo, código y enlace a su cuenta de GitHub), numeración de páginas, tabla de contenido, lista de tablas, lista de ilustraciones, introducción, objetivo general, capítulos por cada ítem solicitado, conclusiones y referencias bibliográficas.
| Actividad | Alcance |
|---|---|
| 1 | Investigue y documente otras ecuaciones regionales a partir de las cuales se puedan construir mapas de temperatura media compuesta y por fenómeno climatológico. |
| 2 | A partir de las ecuaciones regionales investigadas, cree los mapas de temperatura y con algebra de mapas realice el análisis de diferencias. Evalúe e implemente en su caso de estudio, los mapas que mejor representen su zona de estudio. |
- Esta actividad puede ser desarrollada con cualquier software SIG que disponga de herramientas de algebra de mapas.
- https://biblioteca.cenicafe.org/bitstream/10778/860/1/arc%2049%283%29224-230.pdf
- https://biblioteca.cenicafe.org/bitstream/10778/859/8/6.%20Temperatura.pdf
| Versión | Descripción | Autor | Horas |
|---|---|---|---|
| 2023.02.17 | Guión, audio, video, edición y publicación. | rcfdtools | 2.5 |
| 2022.12.09 | Ecuaciones regionales y comparación con ecuaciones zonales obtenidas. Creación de mapas de temperatura compuesto y por fenómeno climatológico. Finalización documentación. Ilustración cabecera y diagrama de procesos. | rcfdtools | 5.5 |
| 2022.12.08 | Cargue de archivos .csv con valores agregados por estación para Tmax y Tmin, conversión a .dbf, creación de campo CODIGO, unión con estaciones, filtrado de estaciones con valores asociados, exportación a nuevo shapefile, exclusión de estaciones con datos atípicos, gráficos de dispersión, ecuaciones lineales para datos compuestos y por fenómeno climatológico. | rcfdtools | 4.5 |
| 2022.12.07 | Verificación de estadísticos de series originales de temperatura vs. series validadas, completadas y extendidas. Cálculo manual de temperatura media, identificación manual de estaciones con valores fuera de tendencia. Temperature.xlsx. | rcfdtools | 3 |
| 2022.12.05 | Inicio documentación y análisis con ArcGIS Pro. | rcfdtools | 3 |
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