Física Estadística

¿Aleatoriedad o determinismo no lineal? Análisis de series temporales de contaminantes atmosféricos urbanos

J. H. Lucio* y C. Caballero**

* Departamento de Física, Universidad de Burgos, Escuela Politécnica Superior, Avda. Cantabria s/n, 09006 Burgos, España e–mail: jlucio@ubu.es

** Departamento de Física, Universidad de Burgos, Facultad de Ciencias, Plaza Misael Bañuelos s/n, 09001 Burgos, España

Recibido el 7 de agosto de 2004
Aceptado el 3 de enero de 2005

Resumen

El analisis clásico de series temporales se ha basado principalmente en un enfoque estocástico lineal (se suponía que la principal estructura de una serie era la autocorrelación lineal en diferentes retardos). En los últimos años han cobrado importancia los sistemas caóticos: una señal compleja puede explicarse en ocasiones por unas ecuaciones deterministas, generalmente no lineales. Este tipo de sistemas aparece en muchos ámbitos de la física y la ingeniería, también en la contaminación atmosférica. En este artículo analizamos series de los tres principales gases implicados en la contaminación fotoquímica: NO, NO₂ y O₃. Nuestro objetivo es aclarar si la estructura principal de estas series es estocástica y lineal o determinista y no lineal. Para ello tratamos de construir un espacio de inserción equivalente al espacio de fases del supuesto sistema determinista del que proceden los datos. En las tres series detectamos que existe una estructura determinista de baja dimensión, pero es más fuerte el componente estocástico.

Descriptores: Series temporales no lineales; caos; series temporales; ozono troposférico.

Abstract

Classical analysis of time series has been founded mainly on a linear stochastic approach (the main structure of a series was supposed to be the linear autocorrelation in several lags). In latter years chaotic systems have acquired importance: a complex signal can sometimes be explained by some deterministic, usually nonlinear, equations. This kind of systems is found in many areas of Physics and Engineering, also in atmospheric pollution. In this paper we analyze series of the three main gases involved in photochemical pollution: NO, NO₂ and O₃. Our aim is to clarify if the main structure of these series is stochastic and linear or deterministic and nonlinear. For this purpose we try to build an embedding space equivalent to the phase space of the hypothetic deterministic system from which the series are measured. In the three series we have found that a low–dimensional deterministic structure exists, but the stochastic component is stronger.

Keywords: Nonlinear time series; chaos; time series; tropospheric ozone.

PACS: 05.45.Tp; 47.52+j; 95.10.Fh; 82.50.Nd

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Agradecimientos

Los autores desean agradecer a la Junta de Castilla y León su gentileza en la donación de los datos y al arbitro su paciencia y profesionalidad al corregir errores en el trabajo.

Referencias

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