Nowcasting de precipitación basado en técnicas de aprendizaje profundo de máquinas e imágenes de radar: Caso de estudio, Valle del Aburrá. Trabajo de Grado

El pronostico a muy corto plazo (nowcasting) cumple un rol crucial en la predicción meteorológica, donde el radar meteorológico constituye un instrumento clave para la observación de fenómenos atmosféricos. Sin embargo, los modelos tradicionales presentan desafíos importantes: los enfoques basados e...

Full description

Autores:
Bohórquez Hurtado, Julio Simón Pedro
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2025
Institución:
Universidad de Antioquia
Repositorio:
Repositorio UdeA
Idioma:
OAI Identifier:
oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/48132
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/10495/48132
Palabra clave:
Radar
Radar
Precipitación atmosférica
Precipitation
Pronóstico del tiempo
Weather forecasting
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openAccess
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description El pronostico a muy corto plazo (nowcasting) cumple un rol crucial en la predicción meteorológica, donde el radar meteorológico constituye un instrumento clave para la observación de fenómenos atmosféricos. Sin embargo, los modelos tradicionales presentan desafíos importantes: los enfoques basados en extrapolación tienen dificultades para representar procesos no lineales, mientras que los modelos numéricos requieren un uso intensivo de recursos computacionales. En respuesta a estas limitaciones, este trabajo implementa técnicas de aprendizaje profundo de maquinas en el contexto del nowcasting, aprovechando su capacidad para modelar relaciones no lineales y su mayor eficiencia computacional. En particular, se entreno un modelo basado en redes neuronales ConvLSTM, cuya estructura permite capturar dinámicas espacio-temporales, con el objetivo de predecir 30 minutos en el futuro (a intervalos de 6 minutos) a partir de una secuencia de 29 imágenes de radar consecutivas. Los resultados muestran que el modelo alcanza un buen desempeño en el primer paso de tiempo en comparación con el modelo de persistencia, lo cual se explica por su entrenamiento enfocado en la predicción de la imagen siguiente; no obstante, el rendimiento decrece conforme avanza el horizonte temporal, lo que sugiere la necesidad de ajustar la estrategia de entrenamiento para incluir múltiples pasos de predicción en el proceso de optimización.
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However, traditional models face significant challenges: extrapolation-based approaches struggle to capture nonlinear atmospheric processes, while numerical models demand high computational resources. To address these limitations, this study implements deep learning techniques for nowcasting task, leveraging their ability to model nonlinear relationships and their greater computational efficiency. Specifically, a ConvLSTM-based neural network model was trained to capture spatiotemporal dynamics, aiming to forecast 30 minutes into the future (at 6 minute intervals) using a sequence of 29 consecutive radar images as input. The results show that the model performs well for the first prediction step when compared to the persistence model, which is explained under its training strategy focused on predicting the next image in the sequence; however, performance deteriorates as the forecast horizon increases, suggesting the need for an improved training approach that includes multiple future steps in the optimization process.PregradoIngeniero Ambiental48 páginasapplication/pdfUniversidad de AntioquiaIngeniería AmbientalDepartamento de Ingeniería Sanitaria y AmbientalMedellín, ColombiaFacultad de IngenieríaCampus Medellín - Ciudad Universitariahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/info:eu-repo/semantics/openAccessCC0 1.0 Universalhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Nowcasting de precipitación basado en técnicas de aprendizaje profundo de máquinas e imágenes de radar: Caso de estudio, Valle del Aburrá. Trabajo de GradoTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPTexthttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcceinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/draftAgrawal, S., Barrington, L., Bromberg, C., Burge, J., Gazen, C., & Hickey, J. (2019). Machine Learning for Precipitation Nowcasting from Radar Images.Arias, P. A., Garreaud, R., Poveda, G., Espinoza, J. C., Molina-Carpio, J., Masiokas, M., Viale, M., Scaff, L., & van Oevelen, P. J. (2021). Hydroclimate of the Andes Part II: Hydroclimate Variability and Sub-Continental Patterns. Frontiers in Earth Science, Volume 8 - 2020. https://doi.org/10.3389/feart.2020.505467Bedoya Soto, J. M., Aristiz´abal, E., Carmona, A. M., & Poveda, G. (2019). Seasonal shift of the diurnal cycle of rainfall over medellin’s valley, central Andes of Colombia (1998–2005). Front. Earth Sci., 7.Chen, B., Wen, M., Shi, Y., Lin, D., Rajbahadur, G. K., & Jiang, Z. M. ( (2022). 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