Exploring climate variability in the Mataquito river basin of the Maule region, Chile: a spectral analysis approach

Abstract

Ecosystems are regulated by independent factors (climate, material, topography, biota, weather, human activities) and by interactive factors (resource supply, microenvironment, disturbance regime, and types of organisms), with their stability and resilience depending on forces and interactions between negative stabilizing feedback and positive amplifying feedback (Chapin et al., 2011). Human reliance on ecosystem services underlines the need to understand the dynamics of these regulating and driving forces. The climatic variables of most excellent and most significant interest for the study of impacts are those that develop at the lowest levels of the atmosphere (Universidad de Chile, 2006). Indeed, understanding climate variability is fundamental to analyzing the interaction of the natural system and the social system, and interpreting the effects on activities, resources, population health, infrastructure, and services (Ferrelli et al., 2017). To understand the behavior of climate variables, the occurrence and intensity of their variations must be analyzed, depending on their location could be subject to diurnal, annual, or decadal temporal variations. Harmonic analysis allows us to know and represent the fluctuations of meteorological data series, depending on their frequency domain. This type of technique allows us to see separately the contributions of processes that vary at different speeds to a time series (Wilks, 2020). Among this type of techniques, the Fourier.

Los servicios ecosistémicos de provisión de agua dulce y regulación del clima dependen de la variabilidad climática, porlo que es fundamental comprender la variabilidad climáticapara analizar la interacción entre los sistemas naturales y sociales. La cuenca del río Mataquito, ubicada en la Región delMaule en Chile, presenta transiciones de terreno montañoso azonas costeras, dando lugar a diversos paisajes, actividadesindustriales y condiciones microclimáticas. Este trabajo tuvo como objetivo analizar la variabilidad climática en la cuenca del río Mataquito mediante la aplicación de técnicas de análisis espectral. El método de trabajo consta de tres etapas: (i) descarga y consolidación de las series de datos meteorológicos;(ii) aplicación de las técnicas de Transformada Rápida de Fourier (FFT) y Wavelet; y (iii) análisis de las escalas de variabilidad climática estacional, anual, interanual y decadal. Los resultados indican que existen variaciones estacionales, anuales e interanuales. Por último, las frecuencias más bajas del espectro de precipitaciones y temperaturas reflejan fenómenos con una duración típica de 3 a 7 años, coincidiendo con la duración del fenómeno El Niño-Oscilación Austral (ENOS).

Os serviços ecossistêmicos de abastecimento de água doce e regulação climática dependem da variabilidade climática, portanto, é fundamental entender a variabilidade climática para analisar a interação entre os sistemas naturais e sociais. A bacia do rio Mataquito, localizada na região de Maule, no Chile, passa de um terrenos montanhosos e áreas costeiras, dando origem a diversas paisagens, atividades industriais e condições microclimáticas. Este trabalho teve como objetivo analisar a variabilidade climática na Bacia do Rio Mataquito aplicando técnicas de análise espectral. O método de trabalho consiste em três etapas: (i) download e consolidação de séries de dados meteorológicos; (ii) aplicação das técnicas de Transformada Rápida de Fourier (FFT) e Wavelet; e (iii) análise das escalas de variabilidade climática sazonal, anual, interanual e decadal. Os resultados indicam que há variações sazonais, anuais e interanuais. Por fim, as frequências mais baixas do espectro de precipitação e temperatura refletem fenômenos com duração típica de 3 a 7 anos, coincidindo com a duração do fenômeno El Niño-Oscilação Sul (ENSO).