La técnica de estimación de densidad de kernel para la distribución y mapeo espaciotemporal de las alturas de lluvia sobre Sudáfrica: los efectos en la atenuación inducida por la lluvia
Autores: Lawal, Yusuf Babatunde; Owolawi, Pius Adewale; Tu, Chunling; Van Wyk, Etienne; Ojo, Joseph Sunday
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
La técnica de estimación de densidad de kernel para la distribución y mapeo espaciotemporal de las alturas de lluvia sobre Sudáfrica: los efectos en la atenuación inducida por la lluvia
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Atenuación inducida por la lluvia
Calidad de la señal
Alturas de lluvia
Rendimiento de la red
Estimación de densidad de kernel
Variabilidad estacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 10
Citaciones: Sin citaciones
Los efectos devastadores de la atenuación inducida por la lluvia en los enlaces de comunicación que operan por encima de 10 GHz durante eventos de lluvia pueden degradar significativamente la calidad de la señal, lo que lleva a interrupciones en el servicio y a una reducción del rendimiento de datos. Comprender la distribución espacial y estacional de las alturas de lluvia es crucial para predecir estos efectos de atenuación y para la optimización del rendimiento de la red. Este estudio utilizó diez años de datos de temperatura atmosférica y altura geopotencial en siete niveles de presión (1000, 850, 700, 500, 300, 200 y 100 hPa) obtenidos del Copernicus Climate Data Store (CDS) para deducir las alturas de lluvia en nueve estaciones en Sudáfrica. Se aplicó el método de estimación de densidad de kernel (KDE) para estimar la variación temporal de la altura de lluvia. Una comparación de las alturas de lluvia medidas y estimadas muestra un coeficiente de correlación de 0.997 con una diferencia porcentual máxima del 5.3%. Los resultados muestran que la altura de lluvia varía desde un mínimo de 3.5 km durante el invierno en Ciudad del Cabo hasta un máximo de aproximadamente 5.27 km durante el verano en Polokwane. La variación espacial muestra una tendencia estacional dependiente de la ubicación, con alturas de lluvia máximas predominando en las estaciones de baja latitud. La variabilidad estacional indica que las alturas de lluvia más altas dominan en las regiones (Polokwane, Pretoria, Nelspruit, Mahikeng) donde hay una ocurrencia frecuente de lluvia durante la temporada de invierno y viceversa. También se desarrollaron mapas de contorno de las alturas de lluvia durante las cuatro estaciones (otoño, primavera, invierno y verano) para Sudáfrica. Las alturas de lluvia estacionales estimadas muestran que las atenuaciones inducidas por la lluvia fueron subestimadas en gran medida por las alturas de lluvia recomendadas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) en la mayoría de las estaciones durante otoño, primavera y verano, pero se sobreestimaron bastante durante el invierno. Durban tuvo una atenuación máxima de 15.9 dB durante el verano, mientras que Upington registró la atenuación más baja de aproximadamente 7.7 dB durante el invierno en un 0.01% de tiempo de excedencia. La planificación futura del sistema y los ajustes de la infraestructura existente en las estaciones de estudio podrían mejorarse integrando estos datos de propagación de radio estacionales y localizados en el diseño del presupuesto de enlace.
Descripción
Los efectos devastadores de la atenuación inducida por la lluvia en los enlaces de comunicación que operan por encima de 10 GHz durante eventos de lluvia pueden degradar significativamente la calidad de la señal, lo que lleva a interrupciones en el servicio y a una reducción del rendimiento de datos. Comprender la distribución espacial y estacional de las alturas de lluvia es crucial para predecir estos efectos de atenuación y para la optimización del rendimiento de la red. Este estudio utilizó diez años de datos de temperatura atmosférica y altura geopotencial en siete niveles de presión (1000, 850, 700, 500, 300, 200 y 100 hPa) obtenidos del Copernicus Climate Data Store (CDS) para deducir las alturas de lluvia en nueve estaciones en Sudáfrica. Se aplicó el método de estimación de densidad de kernel (KDE) para estimar la variación temporal de la altura de lluvia. Una comparación de las alturas de lluvia medidas y estimadas muestra un coeficiente de correlación de 0.997 con una diferencia porcentual máxima del 5.3%. Los resultados muestran que la altura de lluvia varía desde un mínimo de 3.5 km durante el invierno en Ciudad del Cabo hasta un máximo de aproximadamente 5.27 km durante el verano en Polokwane. La variación espacial muestra una tendencia estacional dependiente de la ubicación, con alturas de lluvia máximas predominando en las estaciones de baja latitud. La variabilidad estacional indica que las alturas de lluvia más altas dominan en las regiones (Polokwane, Pretoria, Nelspruit, Mahikeng) donde hay una ocurrencia frecuente de lluvia durante la temporada de invierno y viceversa. También se desarrollaron mapas de contorno de las alturas de lluvia durante las cuatro estaciones (otoño, primavera, invierno y verano) para Sudáfrica. Las alturas de lluvia estacionales estimadas muestran que las atenuaciones inducidas por la lluvia fueron subestimadas en gran medida por las alturas de lluvia recomendadas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) en la mayoría de las estaciones durante otoño, primavera y verano, pero se sobreestimaron bastante durante el invierno. Durban tuvo una atenuación máxima de 15.9 dB durante el verano, mientras que Upington registró la atenuación más baja de aproximadamente 7.7 dB durante el invierno en un 0.01% de tiempo de excedencia. La planificación futura del sistema y los ajustes de la infraestructura existente en las estaciones de estudio podrían mejorarse integrando estos datos de propagación de radio estacionales y localizados en el diseño del presupuesto de enlace.