Drought Indices in Panama Canal

Bc. Julián Eli Gutiérrez Hernández

Master's thesis

Abstract:

Panama má teplé, deštivé a tropické počasí. Oproti zemím, které se nacházejí dál od rovníku, Panama nezažije sezóny charakterizované teplotními změnami. Přes to, že v Panamě existuje letní a zimní sezóna. Letní sezóna začíná většinou okolo půlky prosince, ale to může kolísat nejdéle o 3 až 4 týdny. V tomto období, silné severovýchodní větry také známé jako "pasáty", začínají foukat a prší málo anebo vůbec po několik týdnů za sebou. Denní teploty vzduchu se jemně zvyšují na 30 --31 Celsius (86-88 Fahrenheit), ale v noci teploty zůstávají okolo 22-23 Celsius (72-73Fahrenheit). Relativní vlhkost klesá při sezóně, dosahuje průměrných hodnot okolo 70 percent. Zimní sezóna obvykle okolo 1. Května, ale také se to může různit o 1 nebo 2 týdny. Květen je často jeden z nejdeštivějších měsíců, hlavně v okolí panamského průplavu, takže přechod suchých okolností letní sezóny na zimní sezónu může být velmi dramatický. Když přijde déšť, teploty klesají trochu přes den a pasáty zanikají. Relativní vlhkost se rychle zvyšuje a zůstane okolo 90 až 100 percent při celé zimní sezóně. Předpovědi sucha mohou být efektivní pomůcka k zmírňování několika nepříznivých následků sucha. Tato diplomová práce porovnává předpovědi indexů sucha na základě použití sedm různých modelů umělého nervového modelu sítě. Analyzované indexy sucha jsou SPI i SPEI-ANN předpověď sucha, a odpovídají období 1985-2014 u povodí panamského průplavu; Vybral jsem sedm ze šedesáti jedné hydrometeorologických sítí, existující v povodí panamského průplavu. Meteorologická data byly získané od úřadu panamského průplavu, oddělení vodních zdrojů, úřad panamského průplavu, Panama. Výkon všech těchto modelů byl porovnáván použitím ME, MAE, RMSE, NS, a PI. Výsledky předpovědí indexů sucha , vysvětlené hodnotami výkonových indexů sedmi modelů, ukazují, že v panamském průplavu existuje problém se suchem. Přes to, že Panama je obecně známá jako dešťová země, sucho může působit těžké problémy. Významné podmínky sucha jsou pozorované v indexu na základě precipitačního a potenciálního vypařování, který se nachází v této práci; Standardizovaný precipitační index(SPI) a standardizovaný precipitační index evapotranspirace (SPEI), byly používané ke kvantifikování sucha v povodí panamského průplavu v období 1985-2014. Výsledky ukazují, že indexy sucha uložené na základě různých proměn ukazují stejné hlavní případy sucha. Indexy sucha na základě precipitace a potenciální evaporace jsou více proměnlivé vůči času oproti indexům sucha na základě výboje. Prostorová distribuce meteorologického sucha je nepravidelná po celém panamském průplavu.

Abstract:

Panama has a warm, wet, tropical climate. Unlike countries that are farther from the equator, Panama does not experience seasons marked by changes in temperature. Instead, Panama's seasons are divided into Wet and Dry. The Dry Season generally begins around mid-December, but this may vary by as much 3 to 4 weeks. Around this time, strong northeasterly winds known as "trade winds" begin to blow and little or no rain may fall for many weeks in a row. Daytime air temperatures increase slightly to around 30-31 Celsius (86-88 Fahrenheit), but nighttime temperatures remain around 22-23 Celsius (72-73 Fahrenheit). Relative humidity drops throughout the season, reaching average values as low as 70 percent. The Wet Season usually begins around May 1, but again this may vary by 1 or 2 weeks. May is often one of the wettest months, especially in the Panama Canal area, so the transition from the very dry conditions at the end of the Dry Season to the beginning of Wet Season can be very dramatic. With the arrival of the rain, temperatures cool down a little during the day and the trade winds disappear. Relative humidity rises quickly and may hover around 90 to 100% throughout the Wet Season. Drought forecasts can be an effective tool for mitigating some of the more adverse consequences of drought. The presented thesis compares forecast of drought indices based on seven different models of artificial neural networks model. The analyzed drought indices are SPI and SPEI-ANN Drought forecast, and was derived for the period of 1985-2014 on Panama Canal basin; I've selected seven of sixty-one Hydro-meteorological networks, existing in the Panama Canal basin. The rainfall is 1784 mm per year. The meteorological data were obtained from the PANAMA CANAL AUTHORITY, Section of Water Resources, and Panama Canal Authority, Panama. The performance of all the models was compared using ME, MAE, RMSE, NS, and PI. The results of drought indices forecast, explained by the values of seven model performance indices, show, that in Panama Canal has problem with the drought. Even though The Panama is generally seen as a wet country, droughts can cause severe problems. Significant drought conditions are observed in the index based on precipitation and potential evaporation found in this thesis; The Standardized Precipitation Index (SPI), the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), were used to quantify drought in the Panama Canal basin, Panama Canal, at multiple time scales within the period 1985-2014. The results indicate that drought indices based on different variables show the same major drought events. Drought indices based on precipitation and potential evaporation are more variable in time while drought indices based on discharge. Spatial distribution of meteorological drought is uniform over Panama Canal.

Keywords

Drought, Forecasting, the ANN, Multilayer perceptron, MAE, PI, SPI-SPEI

Keywords

Forecasting, SPEI, SPI, the ANN, Multilayer perceptron, MAE, RMSE, Drought

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Petr Máca, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Science

Master programme / field:
Landscape Engineering / Environmental Modelling