Análisis Multifractal de la temperatura y precipitación en la Cuenca Hidrográfica del Río Negro, Argentina

Abstract

El objetivo del estudio es comprender la estructura espacio - temporal de la temperatura media de superficie y la precipitación en la cuenca hidrográfica del Río Negro, Argentina. El principal aporte del trabajo es el empleo del análisis multifractal como una metodología que permite caracterizar el comportamiento temporal de cada parámetro y la ocurrencia de eventos extremos. Los valores diarios de la temperatura media de superficie (°C) y precipitación (mm) fueron obtenidos de NASA POWER, el cual es un repositorio de datos de reanálisis globales y resolución espacial de 0.5°. Los registros corresponden a 12 estaciones de medición ubicadas a lo largo de toda la cuenca. El período de estudio fue desde enero 1982 hasta diciembre 2020 (38 años). El uso de los datos NASA POWER se validó estadísticamente con bases de datos in situ del Sistema Meteorológico Nacional (SMN) y del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Los datos fueron analizados mediante el Análisis Multifractal de Fluctuaciones sin Tendencia (MFDFA). El exponente de Hurst es utilizado para analizar el comportamiento de las series a lo largo del tiempo y permite determinar si tienen variaciones similares a las características de fractalidad (persistencia o anti-persistencia). Se realizó una validación cualitativa de los resultados por medio del inventario de desastres DesInventar (DesInventar.org). El índice de correlación de Pearson demostró un 0.99 de correlación para la temperatura media entre las bases NASA POWER y las observaciones in situ (SMN e INTA). La precipitación obtuvo un 0.99 de similitud en la cuenca inferior y un 0.89 en su sector superior. En toda la zona de estudio, la temperatura fue anti-persistente. Las series anti-persistentes poseen un comportamiento estacionario con incrementos y decrecimientos (y viceversa) en el tiempo que se compensan entre sí. Otra característica es la escasa dependencia entre los valores medidos, es decir los eventos de un período no influyen en los períodos subsiguientes. El espectro multifractal tuvo simetría derecha, lo cual identifica una mayor contribución de las pequeñas fluctuaciones a la multifractalidad. La precipitación fue persistente. En este caso, sí existe una dependencia entre los valores observados, es decir, los eventos de un período influyen en los períodos subsiguientes. La probabilidad de que suceda a futuro lo mismo que lo registrado en el período de estudio fue aproximadamente del 58 % en la cuenca inferior, el 69% en la zona media y el 66% en la cuenca alta. La complejidad de la variable aumentó hacia el continente. En la mayor parte de la cuenca existe un predominio de pequeñas fluctuaciones en la serie de precipitación, excepto en el sector superior donde fue aleatorio. En conclusión, el empleo del análisis multifractal logró una buena descripción de las series de tiempo de la temperatura media de superficie y la precipitación en la cuenca de Río Negro. La variable que exhibe mayorpersistencia en su serie de tiempo y complejidad es la precipitación. La distancia respecto a la costa influye en el valor de los parámetros multifractales de ambas variables.