Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Turbulent flow high complexity makes it difficult to describe complex phenomena,
such as the transport of vector and scalar quantities at the lower atmosphere,
making the analysis of experimental data, such as time series, largely employed. The
method mostly used by the micrometeorological community to quantify such turbulent
transport is associated with the determination of the statistical covariance between
two variables. It is known that the determination of statistical quantities for very long
temporal windows leads to a large flux uncertainty. At the same time, the theory indicates
that the association between fluxes and statistical covariance is only valid for
temporally stationary series. The aim of the present study is to test the hypothesis that
the estimate uncertainty is directly related to the series non-stationarity. To better understand
this issue, we use a methodology based on a group of parametric and nonparametric
statistical tests. The tests considered here are the T-test, F-test, median
test, U-test and run test. Furthermore, the test results are compared with the outputs
of two signal decomposition procedures: multiresolution analysis and empirical mode
decomposition. The results suggest that the flux variability over large temporal scales
characterizes the existence of temporal trends and low frequency components in the
time series considered, so that it is more associated with an observational limitation
of the analysis than with non-stationarity, as this concept should be the property of an
ensemble, rather than of a single realization. Such limitation suggests the definition of
a practical single order stationarity, associated with temporal trends and low frequency
components whose energy is similar or larger to that of the turbulent fluctuations. For
that reason, we affirm that the interactions test is, among all considered, the best suited
for analyzing atmospheric data, because it is the most sensible to the existence
of temporal trends. Furthermore, such test allows obtaining a temporal scale beyond
which mesoscale events become important. / A complexidade de escoamentos turbulentos causa dificuldade para a descrição de
fenômenos complexos, como o transporte de grandezas vetoriais e escalares na baixa atmosfera,
fazendo com que a análise de dados experimentais, principalmente séries temporais,
seja amplamente utilizada. O método mais utilizado pela comunidade micrometeorológica
para quantificar esse transporte pela turbulência está associado à determinação da
covariância entre duas variáveis. Sabe-se que a determinação de quantidades estatísticas
para janelas temporais muito longas resulta em uma grande incerteza nos valores dos fluxos
obtidos através desse método. Ao mesmo tempo, a teoria indica que o procedimento
de associar fluxos a covariâncias estatísticas só vale para séries temporalmente estacionárias.
O objetivo deste trabalho é testar a hipótese de que a incerteza das estimativas esteja
relacionada diretamente com a não-estacionariedade das séries temporais. Para entendermos
melhor isso, usamos uma metodologia baseada em um conjunto de testes estatísticos
paramétricos e não-paramétricos de hipótese nula. Os testes considerados são o teste-T,
teste-F, teste da mediana, teste-U e o teste das interações. Os resultados dos testes são
ainda comparados com os obtidos com dois métodos de decomposição de sinais: a análise
de multiresolução e a Decomposição Empírica de Modos. Os resultados sugerem que
a variabilidade dos fluxos nas grandes escalas temporais está associada diretamente com
a presença de tendências e componentes de baixa frequência nas séries analisadas, e que
este fato está mais ligado à limitação observacional em que a análise é realizada do que propriamente
com a não-estacionariedade, já que esta última é uma propriedade de ensemble e
não de apenas uma realização. Esta limitação sugere a definição de um conceito mais prático
de estacionariedade de primeira ordem, que seja associado à presença de tendências
ou componentes de baixa frequência com energias da ordem ou maiores que a energia das
escalas turbulentas. Por esse motivo podemos afirmar que na análise de dados atmosféricos
o teste das interações mostrou-se, entre todos os considerados, o mais sensível à presença
de tendências, permitindo inclusive a obtenção de uma escala temporal na qual os eventos
de meso/submesoescala ganham importância.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/9220 |
| Date | 11 August 2011 |
| Creators | Martins, Luís Gustavo Nogueira |
| Contributors | Acevedo, Otávio Costa, Dias, Nelson Luís da Costa, Degrazia, Gervásio Annes |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Física, UFSM, BR, Física |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100500000006, 400, 500, 500, 300, 500, 4239c892-611b-4128-ac89-6b924ba480e5, 90fd0809-76d4-418e-a91f-584b59cebcf2, b4c30c82-d23a-4cd5-8653-df29cab34190, 11de0c56-471f-4dd1-a1c6-c2f0925146ca |
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