Previsão da precipitação pluvial por meio de redes neurais artificiais treinadas utilizando diferentes variáveis climáticas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Mateus Alexandre
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFLA
Texto Completo: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/46327
Resumo: Methods for predicting rainfall help to avoid and mitigate damage caused by its deficit or excess, in addition to providing the necessary tools for decision-making in socio-economic sectors and for the development of water resources use adequate planning. Thus, the aim with this research was to predict monthly precipitation, one month in advance, in four municipalities of the metropolitan mesoregion of Belo Horizonte, MG, Brazil, using models of artificial neural networks trained with different climatic variables. Also, the aim was to indicate the suitability of such variables as these model inputs. The artificial neural networks were developed using MATLAB® software version R2011a, with NNTOOL toolbox. The artificial neural networks training was done using the multilayer perceptron architecture and the feedforward backpropagation algorithm. Initially, the sequential number corresponding to the month and total rainfall, on monthly scale, from the years 1970 to 1999 were used as input to training, to forecast the rainfall occurring in the years 2000 to 2009. Subsequently, the data of the sequential number corresponding to the month, total rainfall, compensated average temperature, average wind speed and average relative humidity, together with data of the ENSO phenomenon occurrence, also between the years 1970 to 1999, were used to training, to predict rainfall on a month scale, from 2000 to 2009, comparing the results. Finally, the correlation between the used variables and rainfall was calculated and, subsequently, the 3 most correlated variables were used for the training of the models. It was found that the variables most correlated to rainfall of the following month were the sequential number corresponding to the month, the total rainfall and the compensated average temperature, and that the training using them obtained a better performance than the others. It was concluded that artificial neural networks are suitable for forecasting rainfall but have a limitation for predicting months with high values of it.
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Also, the aim was to indicate the suitability of such variables as these model inputs. The artificial neural networks were developed using MATLAB® software version R2011a, with NNTOOL toolbox. The artificial neural networks training was done using the multilayer perceptron architecture and the feedforward backpropagation algorithm. Initially, the sequential number corresponding to the month and total rainfall, on monthly scale, from the years 1970 to 1999 were used as input to training, to forecast the rainfall occurring in the years 2000 to 2009. Subsequently, the data of the sequential number corresponding to the month, total rainfall, compensated average temperature, average wind speed and average relative humidity, together with data of the ENSO phenomenon occurrence, also between the years 1970 to 1999, were used to training, to predict rainfall on a month scale, from 2000 to 2009, comparing the results. Finally, the correlation between the used variables and rainfall was calculated and, subsequently, the 3 most correlated variables were used for the training of the models. It was found that the variables most correlated to rainfall of the following month were the sequential number corresponding to the month, the total rainfall and the compensated average temperature, and that the training using them obtained a better performance than the others. It was concluded that artificial neural networks are suitable for forecasting rainfall but have a limitation for predicting months with high values of it.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Métodos que preveem a precipitação pluvial auxiliam a evitar e mitigar danos ocasionados por seu déficit ou excesso, além de proporcionarem as ferramentas necessárias para a tomada de decisão em setores socioeconômicos e para o desenvolvimento de um planejamento adequado aos usos dos recursos hídricos. Diante disto, objetivou-se por meio da presente pesquisa, prever a precipitação mensal, com um mês de antecedência, em quatro municípios da mesorregião metropolitana de Belo Horizonte utilizando modelos de redes neurais artificiais treinadas com diferentes variáveis climáticas. Ainda, objetivou-se indicar a adequabilidade de tais variáveis como entradas destes modelos. Os modelos foram desenvolvidos por meio do software MATLAB® versão R2011a, utilizando a toolbox NNTOOL. O treinamento das redes neurais artificiais foi feito utilizando a arquitetura multilayer perceptron e o algoritmo feedforward backpropagation. Inicialmente, utilizou-se como entrada da rede neural artificial no treinamento o número sequencial correspondente ao mês e a série de precipitação total, em escala mensal, dos anos de 1970 a 1999 para a previsão das precipitações, em escala mensal, ocorridas nos anos de 2000 a 2009. Posteriormente, utilizou-se para o treinamento das redes neurais artificiais as entradas: número sequencial correspondente ao mês, e séries históricas mensais de precipitação total, temperatura média compensada, velocidade média do vento e umidade relativa média do ar, aliados a dados sobre a ocorrência do fenômeno ENOS, dos anos de 1970 a 1999, a fim de prever a precipitação em escala mensal, ocorridas nos anos de 2000 a 2009, comparando-se os resultados. Por fim, calculou-se a correlação entre as variáveis utilizadas e a precipitação do mês seguinte e, posteriormente, utilizou-se as 3 variáveis mais correlacionadas para o treinamento dos modelos. Constatou-se que as variáveis mais correlacionadas com a precipitação do mês seguinte foram o número sequencial correspondente ao mês, a precipitação total e a temperatura média compensada, e que o treinamento com estas obteve desempenho superior aos demais. Concluiu-se que as redes neurais artificiais são adequadas para a previsão da precipitação, porém apresentam uma limitação para prever meses com elevada precipitação.Universidade Federal de LavrasPrograma de Pós-Graduação em Recursos HídricosUFLAbrasilDepartamento de Recursos HídricosThebaldi, Michael SilveiraFerreira, Danton DiegoSchwerz, FelipeThebaldi, Michael SilveiraMello, Carlos Rogério deLacerda, Wilian SoaresFraga Junior, Eusimio FelisbinoSilva, Mateus Alexandre2021-05-20T18:02:35Z2021-05-20T18:02:35Z2021-05-202021-03-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSILVA, M. A. da. Previsão da precipitação pluvial por meio de redes neurais artificiais treinadas utilizando diferentes variáveis climáticas. 2021. 55 p. Dissertação (Mestrado em Recursos Hídricos) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/46327porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLA2021-05-20T18:02:58Zoai:localhost:1/46327Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufla.br/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2021-05-20T18:02:58Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)false
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