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n VOL. I No. 5 ESTIMACION DE: LA PERIODICIDAD EN LA PRECIPI- TACION PLUVIAL Y UN ESTUDIO DE .4CUMULACIUN - DE LLUVIAS A TRAVES DEL ARO. POR: BLANCA ROSA PEREZ SALVADOR Este trabajo es la tesis de Licenciatura de la autora,presentada en l a FacultaddeCiencias de la UNAM, dirigida por el Dr. Alberto Castillo y elaboradaenelDepartamento de Materndticas de la Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa. .

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VOL. I No. 5

ESTIMACION DE: L A PERIODICIDAD EN LA PRECIPI- TACION PLUVIAL Y UN ESTUDIO DE .4CUMULACIUN - DE LLUVIAS A TRAVES DEL ARO.

POR: BLANCA ROSA PEREZ SALVADOR

Este trabajo es la t e s i s de L icenc iatura de la autora, presentada en l a Facultad de Ciencias de l a UNAM, d i r i g i d a por el Dr. A lbe r to Ca s t i l l o y elaborada en el Departamento de Materndticas de l a Un i ve r s i dad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa.

.

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Con c a r i s o y respeto a m i madre, que

COD su entereza y amor mid mis pasos.

-4 Armando

A mis h i j o s , h n a n d o y Slanca.

-4 m i s hermanas y a m i hermano.

4 la memoria de m i padre.

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Con res3e to y admira.cibn, agra.dezco a l

U r . Alberto Csst i l lo Mora les , por su

valiosa, nyuda an l a direccidn y a c e r t a c

aos c o n s e j o s , sin l o s c u a l e s no h u b i e

ra s i d o posible l a ela.bora.ci6n de este

t raba.jt,.

Agradezco a l ingeniero Serg io Arturo

LeSn Zarnudio, por su a.yuda al haberme

f a c i l i t a d o l o s d a t o s utilizados en e s t e

t r a b a j o

Apa.dezco a. Todas y cada una de las per-

sonas que directa o indirec tamente cola-

boraron en l a r e a l i z a c i d n de e s t e traba-

jo .

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Indice.

I . Introducci4n . . . . . . . O 1

XI. Revisidn de l i t e r a t u r a . . . . . 2

III. La l l u v i a como fendmeno periódico . . . . . . . . 6

1) PrelirninRres . . ., . . . . . . . . . . . . 6

2 ) Un ejenplrJ ilustrativo . . . . . . . . . . 7

3 ) Estirnaci6n d e l 2eriodo ( m ) . . . . . . O 9

4 ) AnRlisis nurnerico riel problema . . . . . . . . 13

I V . La probabi1ida.d de lluvia basada en su c i c l o p e r i 6 d i c o

e s t i m a d o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1 ) Preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2 ) Estimaci6n de l a pm5abil id9d anra un n i v e l de

lluvia determinad3. . . . . . . . . . . . . . 17

3 ) Una e s c e l a de l l u v i l . . . . . . . . . . . . . 19

4) .4nAlisis numBrico :y arbfico d e l problema . . . 19

V. Conclusiones y comentarios . . . . . . . 33

V I . Sugerencias para trabajos futuros . . . . . . 35

Datos de l l u v i a . . . . . . . . O 37

Bibliografia . . . . . . . , . . . . . . . . . . 41

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I. Introduccidn.

& t e t r s S a j o se. hizo basaÍ)ciose en dos problemas terir icos, que a l

con j u n t a r s e se han rea. l izado y llew3do a cabo corno le. a p l i c a c i b n a. un solo

problema prdctico.

En e s t e t r a . b a j o s e c o n s i d e r a a l perfodo anual un subperiodo de un

periodo mfis amplio que c o n s i s t e en un ndmero determinado de años. L a venta-

j-2 d e que l a l l u v i a sea per iddice :; de c o n o c e r e l ndmero de afios que a.baxca.

el periodo es e l t e n e r e s t i m a c i o n e s de menor v a r i e n z a en las probabil idades

de l i u v i a , por c u a l q u i e r a de los metodos usados 2or los d i f e r e n t e s i n v e s t i -

gadores.

La i n q u i e t u d t e d r i c s s e puede r e d u c i r a.1 es tudio de dos proble-

mas :

lo.- L a comparacidn de v a r i a s muestras p a r a decidir c u a l e s t i e n e n l a

misma d i s t r i b u c i b n .

2O.- L a est imación de l a masa de probabil idad que existe en m puntos

determinados.

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Debido 21 carrjcter p e n e r s l d e l t r a . b a j 3 , se u t i l i z a n metodos e s t a -

d í s t i c o s y de probabi l idad que requieren s410 de un conocimiento bS.sico en

e s t a s materi?s. Se da por hecho que se conoce In dis t r ibuc idn normal , l a

binomial y la. uniforme. Se supone Z-JdemSs, que se s a b e c u a l es e l "mejor"

estimador de los paraketros en cada uno de l o s c a s o s , p o r o t r o l a d o , se re-

f i e r e a l a s e s t a d í s t i c a s de orien c,on l a s c u a l e s se u s a l a notaci6n de pa-

r e n t e s i s ( .Kt,), X l z ) , X ( 3 , , * .. , X,,,) p a r a r e p r e s e n t a r e l orden.

La no+.acio$ constituye un problema importante por la gran c a n t i -

dad de elementos que intervienen.

Se debe hacer notar que pqr-3 a p l i c p r .y saca.r provecho a l conteni-

iio g e n e r a l de e s t e t r a b a j o , en a p l i c a c i o n e s a. la. i n v e s t i g a c i b n d e l a l l u v i a ,

se d e b e t e n e r r e p o r t e s de muchos aÍíos. Xsto es d i f f c i l , debido a l a f a l t a .

de d a t o s , ya que, cctnndo es tos son conf i a .b l e s son de pocos años , y cuando

son de un buen ntimero de a.fios su veracidad es dudable.

Se espera que en u n f u t u r o este t r s b a j o s e a d e mayor u t i l i d a d , ya

que i a toma de datos es cada vez mejw.

Se i n c l u y e l o s r e s u l t a d o s de un progrpma, que r e a l i z a los ctllcu-

los ae todo e l t r a b a j o en f o rma general para. n AIIOS. E l r e s u l t a d o que se da

es p a r a e l c a s o 2 a . r t i c u l a r de n = L4, con datos obtenidos en l a e s t a c i d n

meteorol6gica de Chspingo, Edo. de MBxico.

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SI. RevisiQn de l i t e r a t u r a .

E l tema de p r e c i p i t a c i d n d e l l u v i a h a a t r a i d o l a a tenc iQn de un

p a n nfimero de i n v e s t i g a d o r e s , que deseosos de conocer por lo menos en par-

t e su comportamiento, han estudiado y desarrollado algunos m6todos de pro-

b a b i l i d a d y a s t a d f s t i c a , y l o s han apl i cado a l o s d a t o s d e p r e c i p i t a o i h y

escurr imiento.

Las est imaciones se han div id ido en t res t i p o s :

1.- Est imaciones a cor to p lazo .

2.- Est imaciones a mediano plazo.

3.- Est imaciones a largo plazo.

Las est imaciones a c o r t a p l a z o t i e n e n la v e n t a j a de que cons ide ;

ran l a i n f l u e n c i a de o t r o s a s p e c t o s c l i m l i t i c o s para la est imacibn de la

p r e c i p i t a c i 6 n p l u v i a l , e s t e t i p o die problema h a quedado ya, s a t i s f a c t o r i a c

mente r e s u e l t o p o r medio de un prooeso basado en un modelo de cadenas de

Markov, elaborado y probado por Ca.briel y Ne~rnann'~) en TeL Avip, Israel.

Las es t imac iones de l a p r e c i p i t a c i b n p l u v i a l a mediano y l a rgo

plazo no tornan en considera.cidn otros elementos d e l clima, sino que se con-

s i d e r a a l a l l u v i a . como un fendmeno a i s lado , deb ido a, l a complej idad de las

r e l a c i o n e s e i n t e r a c c i o n e s e n t r e los di ferentes e lementos de l clima.

Este problema sigus siendo estudiado y e x i s t e n d i s c r e p a n c i a s so-

bre e l rn6todo y la d i s t r i b u c i 6 n que expl ican mejor e l fendmeno. En g e n e r a l

se h a 1lega.do a probar que no hay una d i s t r i b u c i 6 n que se a j u s t e m e j o r a l

comportamiento de l a l l u v i a para c u a l q u i e r clima, l a t i t u d o tamaEo de la

muestra , lo mismo o c u r r e s i l o que se e s t u d i a es p r e c i p i t a o i d n o e s c u r r i -

miento

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Los e s t u d i o s se han d i r i g i d o a tratar de determinar cual es l a

d is t r ibuc idn que nos d e s c r i b e e l compostamiento de l a l l u v i a en una frac-

c ibn d e l año; que puede s e r una semana, un mes, un número determinado de

d € a s e t c ; suponiendo que l a precipi tac idn pluvia .1 en ese i n t e r v a l o de

tiempo es semejante año con año, y que s e r e p r e s e n t a con una v a r i a b l e

a l e a t o r i a .

Entre las d i s t r i b u c i o n e s m5s favorec idas est&: l a gamma, l a

normal y l a 1ognorma.l.

En Mexico, se han r e a l i z a d o a l g u n o s t r a b a j o s s o b r e este tema.

dn l a r e v i s i d n e f e c t u a d a s e e n c o n t r ó w e :

C a r r i l l o y Casas(2) efec tuaron es t imac iones a largo plazo usando la

función gamma, Estimaron los Fnrámtttros, h i c i e r o n l a bondad de a j u s t e c o n

datos de dos lugares muy d i f e r e n t e s e n t r e s i , y concluyeron que e l

modelo que presentaban era c o n s i s t s n t e .

r e a l i z ó u n a s e r i e de bondades de a j u s t e a l o s d a t o s de l l u -

v i a con v a r i a s d i s t r i b u c i o n e s . Una de las cosas s o b r e s a l i e n t e s d e e s t e

t r a b a j o es que e l metodo se puede a p l i c a r a h con un ndmero reducido de

datos

.Garcia proporciona una s e r i e de g r d f i c a s a j u s t a d a s a l a f u n c i d n .

gamma con datos de l l u v i a de 19 estados de l a repf ib l i ca , en e s t e t r a b a j o

&lo se aplicaron algunos m6todos c .esarrollados por i n v e s t i g a d o r e s est+

douni den ses

(4)

Mosiiío t r a d u j o un f o l l e t o del inglés, auspiciado por e l Conacyt.

La importancia de este t r a b a j o es que considera a l o s fendmenos climato-

16g icos y e n t r e e l l o s a. l a l l u v i a , como cambiantes a traves de los a i ios ,

(6)

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pero no menciona que tipo de r e w 1 a r i d a . d s i g u e , es to e s : se dice que, hay

lugares que teniendo hoy l luvia abundante , en e l pasa.do o en e l fu turo

fueron o ser5n reg iones secas y v i c e v e r s a ; p e r o los i n t e r v a l o s de tiempo

considerados son d e c ientos y ailn de miles de años.

Por o t r o l a d o , Box y Jenkins‘’’ consideran l a p e r i o d i c i d a d de

l a v a r i a b l e ; p e r o no dan un metodo de estirnaci6n para su valor.

E l metodo de estimacidn que se propone en este t r a b a j o es prel i -

minar, y s i g u e l a ldgica d e l autor. No se i n v e s t i g a r o n las propiedades de

l o s es t imadores , s in embargo se espera ha .cer lo mas adelante.

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111. La l l u v i a como fendmeno per i6dico .

1. Prel iminares .

La mayoria de los fen6menos que observamos, s i no e s que todos ,

se repi ten per ibdicamente , e jemplo de e l l o son e l d i a y l a noche y las es-

tac iones del año; pero d n es p o s i b l e o b s e r v a r a l q o mas, que e x i s t e n fend-

menos complejos que cubren variaciones pequeñas con perlodos mas c o r t o s ;

por ejemplo: cada 12 horas s e p r e s e n t a un lapso de oscuridad, pero este va-

r i a a t r a v e s del año con una regularidad peribdica; de t a l manera que las

noches son mds l a r g a s o cor tas se&n l a dpoca d e l año que estemos obser-

vando . Por o t r o l a d o , t a n b i e n s e ha observado que hay dias del aco en

los que l l u e v e mucho, y, o t r o s en que no l l u e v e ; ademilrs hay años de 1111-

v i a abundante, y, o t r o s de escasa l l u v i a .

Es to nos l l eva a suponer c i e r t a s c o s a s con respec to a l a preci-

p i t a c i d n p luvia l . SS razonable pensar que e l t i p o de l l u v i a a t r a v e s de l o s

aiios s igue una l ey per i6dica .

En l a pr imera parte de e s t e t r a . b a j o , b a j o la suposicidn de que

e x i s t e d i c h a l e y p e r i b d i c a , s e i n t e n t a r & l l e g a r a. determinar l a amplitud

de l per fodo , mediante e l cual s e a e p i t e l a p r e c i p i t a c i d a p l u v i a l ; a esta

amplitud l a llamaremos m.

N u e s t r o a n & l i s i s s e hard suponiendo que s e c u e n t a con los datos

de n aiios y que cada año e s t a d i v i d i d o en grupos de 5 d i a s , l o cual nos da

un t o t a l de 73n datos.

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Por convenci6n nuestra .y p a r a evitar oonfusibn; l lamaremos semanas

a los grupos de 5 dlas, a menos que a n t e s se aclare otra cosa. Esto se hace

porque l a pa labra "grupo" ser5 usada en o t ro sent ido .

P a r a l o s años b i s i e s t o s , , en l o s que hay 366 d f a s , el 5 no es divi-

sor e x a c t o ; en este c a s o , se t e n d r h 72 semanas de 5 dfas y una de 6 dlas.

Por comodidad y p a r a fac i l i tar problemas num6ricos, en l o s años b i s i e s t o s

l a d l t i m a semana, o sea la ndmero '13, tendrB 6 días.

Con e s t o se t iene una matr iz X = (xrj ), i = 1 , 2 , ..., u ; j = 1,

2, . . ., 73, que nos da un t o t a l de 73n datos. ( i = año, j m semana).

2. Un e j e m p l o i l u s t r a t i v o .

Vamos a j u s t i f i c a r l a estimacidn de m con un e jemplo senc i l lo .

Supondremos que sdlo son de i n t e r & t res semanas d e l año, por lo tanto con-

tamos con 3n d a t o s , adernss tambien supondremos que e l perfodo de r e p e t i c i d n

p l u v i a l es e l namero entero m.

ED l a tabla 1 , cada renglón r e p r e s e n t a un año, nbtese que est&

ordenados por grupos, en los que de acuerdo a l a suposicidn de que l a l l u -

v i a es s i m i l a r cada m aiios, l o s datos de las h i l e r a s c o r r e s p o n d i e n t e s de

cada grupo son i g u a l e s , a e x o e p c i b de l a v a r i a c i d n a l e a t o r i a i n v o l u c r a d a

en e l fenbmeno. La xq r e p r e s e n t a l a cantidad observada d e l t o t a l de l l u v i a

acumulada, en l a semana j del aiio i.

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Tabla. 1. Arreglo por grupos de los t o t a l e s de l l u v i a pa.ra

n años, con tres semanas en cada a.iío.

. . . . .

x 2'*++] I . . X 2mcz.1 . . . . . . . . . . . .

Si d e l grupo i t i e: 1, 2 , o *, m; tomamos l o s d a t o s de 106 &OS i

e i +m, obtenemos las V. a. Xi,, XiL, x ¿ 3 y Xi+-,? X;+n.l* %m,; y debido a que lo

d i s t r i b u c i d n d e l a l l u v i a en ambos aíios es la misma, se e s p e r a que los va-

l o r e s a b s o l u t o s d e las d i f e r e n c i a s ; I Xi,] - X m , , I * l Xi,L - X;*& 19y [Xi , - XL,m,3 1; sean "pequeños", Entendiendose por pequeiío que 3 r > O I &j - Xi+m,j I < r, p a r a j = 1, 2, 3.

El promedio de estas d i f e r e n c i a s para cada una de las semanas s e

o b t i e n e p o r medio de:

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Para. cada. semana s e t i e n e n m v a l o r e s , r e p r e s e n t a t i v o s d e cada uno

de l o s d i f e r e n t e s grupos, y e l promedio de e s t o s e s un va lor i ln ioo , repre-

s e n t a t i v o de cada una de las semanas. En sfmbolos se tiene:

y s e e s p e r a q u e e s t e v a l o r sea "pequeño".

3. Estimaci6n del perio-do ( m ).

Como ya se d i j o a n t e s ; p a r t i r e m o s de l a suposicidn de, que e x i s t e ,

un perLodo, se& e l c u a l se r e p i t e la p r e c i p i t a c i d n p luvia l . Lo dnico que

s e had, a q u i , e s estimar l a amplitud d e l perfodo, y no se r e a l i z m 6 la

prueba de . e x i s t e n c i a de dicho perZo,30e

Dado que los datos que tenemos son de n años, e l tanraño del per io -

do estimado estar6 acotado superiormente.

Por razones prgcticas l a c o t a s u p e r i o r d e m ser& - , e s t o se ha- E 1 c e para e v i t a r que un grupo de al& periodo contenga menos de dos datos,

l o que conducirfa a no poder de terminar d i ferenc ia alguna. As$ , cuanto rnb

grande sea n , mas a c e r t a d a sera l a e s t i m a c i d n de l a amplitud del pergodo m.

En la tabla 2 tenemos l o s 73n datos , xlj representa e l t o t a l de

l l u v i a que cay6 en l a 6emana j d e l aíio i.

Como m puede tomar valores enteros desde e l 1 h a s t a e l - , E l

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{ m = 1 o c u r r e si t o d o s l o s años t i e n e n igual p r e c i p i t a c i b p l u v i a l ) . Anali-

zaremos los cagoa para cada uno de los v a l o r e s , y luego mediante un estudio

comparativo escoeeremos e l valor para m mas a c e p t a b l e , se& e l ariterio

propuesto.

Tabla 2. Datos de los , t o t a l e s de l luv ia para n años

con 7 3 semanas.

. . e

e *

e . .

Asi, cuando m = 1, el dnico grupo que se nos forma e6 e l de la

m u e s t r a t o t a l , y las d i f e r e n c i a s p a r a ca.da columna ser& como s igue.

E l nlLmero d e d i f e r e n c i a s para cada columna es ( ) . Y e l praae- n

dio de todas las d i f e r e n c i a s p a r a una misma semana esta dado por:

Los subindices 1 , l , s se refieren al perfodo supuesto l,,al b i c o

grupo 1 y a Is semana. S ( n 6 t e s e que ?ara el perS.sdo 1 hay un sdlo grupo ,

para el periodo k habrd k grupos) .

ih el caso g e n e r a l ; cuando m = p , 1 G p ,< - ; nuestros datoe [:I quedan d iv id idos como sigue:

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X1 grupo 1 c o n s t a de los datos de los aEos 1 , l + p , 1+2p, ..., l+kp;

con k = [G] . 21 ~ r u p o 2 c o n s t a de los d a t o s de l o s aiios 2, 2+p, 2+2p, ..., 2+kp;

con k = [+] etc. Entonces , un grupo a r b i t r a r i o e d e l perfodo p, c o n s t a r 6 d e l o s

datos de l o s años i tales que i 5 g (mod p ) , para. 1 6 i 6 n.

E l ndmero de d i f e r e n c i a s q u e se o b t i e n e para cada semana d e l

[y] )r.

j I: i+l

es el v a l o r promedio de las d i f e r e n c i a s p a r a e l grupo g (g = 1, 2 , ... , P), d e l perfodo p ( p = 1, 2 , . .., [+] ), en la semana S ( S = 1, 2 , . .., 7 3 ) .

Para t e n e r un v a l o r r e p r e s e n t a t i v o en cada semana de los diferen-

t e s p e r f o d o s se obtendrd A S = 1, 2 , 0 . 0 , 73.

Asi, se o b t i e n e u n a m a t r i z de v a l o r e s de dimensi6n[ +]X 7 3 ,

comr, s e ve en l a t a b l a 3 ; e n t o n c e s , bajo l a s u p o s i c i 6 n d e que e l perfodo es

m , se espera que sea e l mfnimo de los ; e s t o e8 (3,c- &,,S p a r a

cada semana S

. .

S e puede t e n e r un estima.dor d e l p e r h d o , p a r a cada semana de la

forma s i g u i e n t e A ms = P

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" " " "-

12

La s i g u i e n t e v a . r i a b l e a l e a t o r i a . f a c i l i t a encontrar un estimador

que considere a las 7 3 semanas.

~ 1 si = 3!tt, y,, = ?

\

O en o t r o c a s o . 7 3

s m l

y Yp = r Y p , , indica p a r a cuantas semanas m = p , e s t o es; P a r a cuantas

semanas p es e l estimador de m.

A

Tabla 3 . Promedio de los valores absolutos de las d i f e r e n c i a s

por periodo y por semana,

1 2 3 . . . . 7 3

3 o . (33 1 \3 3 t

e . o

. . "

p 3 . 3 . . . . (33,+3

o . . . . o . . . . . . . . e . .

Como se puede ver, debido a l metodo usado, e l v a l o r de m no es A

6 n i c o ; ya que puede haber dos o rn5s v a l o r e s de p con igual Y,.

Por esta razbn, se dar5 u n a prueba adic iona l encontrandose o t ro

est imador, que ademas de ayudar a d e s c a r t a r a alguno de los v a l o r e s ya

encontrados , permi te rev isar l a p o s i b i l i d a d de que los mdlt ip los de m

t a m b i h se comporten como periodo, y s i r v e p a r a v e r i f i c a r en c i e r t a forma

A

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13

l a est imacibn.

Con a, un v a l o r e n t r e c e r o y uno, que nos ayuda a medir cuant i -

t a t i v a y proporcionalmente a a )s , todos los va lores

73 Entonces Y: = Yp" nos indica cuantas semanas t i e n e n e l

Y íP t a . 1 que Y& = max Y; , e s o t r o estima- P

dor de m.

! 1

4. Anal is is numeric0 d e l problema.

Los datos que se usaron para. los c a l c u l o s de este y e l pmjxirno

c a p i t u l o son de l o s aiios de 1931 a 1974 i n c l u s i v e , r e c o p i l a d o s en l a esta- .

c i 6 n m e t e o r o l 6 g i c a de Chapingo en e l estado de Mbxico, y medidos en milime; 1

t r o s . Los datos se e n c u e n t r a n e n l i s t a d o s a l f i n a l del t r a b a j o . I f

4 1

Los c á l c u l o s p a r a l a est imacidn d e l periodo se l l e v a r o n a l cabo 1 con un programa en lenguaje PL-I en l a computadora IB# de l a Universidad

Autonoma Ketropolitana. . Se h i c i e r o n c o r r i d a s pa.ra v a l o r e s d e ty, = O , 0.05,

0.1, 0.15 y 0.2.

Zn la tabla 4 se observar1 los d i f e r e n t e s r e s u l t a d o s obtetnidbs. A l

i n s p e c c i o n a r d i c h a ta.bla, s e puede ver que persiste e l mismo p e d o d o para

todas las a l f a s empleadas, este periodo es e l 21.

Ademas se hizo una corrida a d i c i o n a l agrupando l o s d a t o s en Bema-

n a s de 10 y 15 d i s s , l o s r e s u l t a d o s s e e n c u e n t r a n en la tabla 5. T a m b i h

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aqui s e presenta el 21 como estimador del per fodo , por lo que podemos con -

c l u i r que, con los elementos que contamos, se puede c o n s i d e r a r a l 2 1 como

nuestro est imador del per iodo m.

Tabla 4. Ndmero de semanas que tuvieron como estimador e l

perfodo correspondiente p a r a e l valor de Q

e s p e c i f i c a d o . (sempna. de 5 dfas).

Perfodo a = O a = .o5 a = .1 = . 15 Iy. = 02

1

2

3

4

5 6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

O

O

O

O

1

O

1

2

2

1

2

2

3

3

6

5

6

7 6

7

11

. 8

1

1

O

2

1

1

5

4

3

3

6

3

4

5

9 11

10

11

11

11

14

12

9

6

7

5

13

6

10

10

7

12

10

5

9 10

12

15

15

18

17

17

20

15

18

18

21

18

19

17

19

19

19

19

14

14

14

16

21

25

2 1

24

21

24

29

27

30

29

32

28

33

29

26

25

33

30

2 4

20

23

28

29

33

32

32

33

34

39

34

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Tabla 5. Ndrnero de semanas que tuvieron como estimador el

perlodo correspondiente, para a = O y semanas con

10 y 15 dfas.

Periodo semana de 10 dfas, a = O semana de 15 d f a s , Q. = O

1

2

3

4

5

6

7 8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

1

1

2

1

1

2

1

2

2

1

1

1

2

3

2

4

3

5 6

4

7 6

1

1

1

1

1

1

1

1

2

1

1

1

2

3

1

1

4

2

5

4

6

4

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" - - "" ---

16

I V . 'La probabi l idad de 1.luvia basada en su cic lo

peribdico estimado.

1. Prel iminares . .

Quisa& l o mas i m p o r t a n t e p a r a n o s o t r o s , c o n r e s p e d o al fenbmena

de l a l l u v i a , es conocer l a precipitacidn p l u v i a l t o t a l p a r a cada una de

las semanas d e l año; p e r o , debido a que la l l u v i a es un fendmeno a l e a t o r i o ,

no e s posible decir determinis t i camente cua.1 es l a cant idad de l l u v i a que

ca.e en cada semana; sino dnicamento se puede hacer es t imac iones o in feren-

cia8 basadas en los datos que tenemos.

P a r a d a r l e un poco m&s d e f l e x i b i l i d a d a n u e s t r o a n b l i s i s , no se

p e d i r & l a est imacidn del v a l o r d e l n i v e l a l c a n z a d o p o r la l l u v i a en una se-

ma.na e s p e c f f i c a ; s i n o q u e se e s t i m a . r & h i c a m e n t e s i ese valor es mayor a un

ndmero dado. E s t o se hace por l o d i . f € c i l q u e r e s u l t a e s t u d i a r a un fendmeno I

tan comple jo como es l a precipi ta .c i .6n pluvial . I

P a r a h a c e r e l a n a l i s i s , usaremos l a v a r i a b l e a l e a t o r i a XK que m i -

de e l n i v e l de l a l l u v i a a l c a n z a d o en la k-esima semana del año. O

En la tabla 6 , 1a.s semanas es tan representadas con l a letra si y

los datos de l l u v i a C o r r e s p o n d i e n t e s , c o n x;; . Real izaremos nuestro estu-

dio usando estos datos para cada una de la.s semanas.

En base a l r e s u l t a d o de 1.a p a r t e 111, modificaremos la forma de

hacer la inferencia. Suponiendo que l a l l u v i a t i e n e un c i c l o de p r e c i p i t a -

c idn de m años, los años de cada uno de l o s d i f e r e n t e s m grupos t i enen una

d i s t r i b u c i d n de l l u v i a similar. En base a e s t o , 8s l d g i c o d a r como un mejor

. ~. """ " "

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.- ""'" "-

modelo e l estudio de c a d a grupo por separado en lugar de hacer lo con l a

m u e s t r a t o t a l .

Tabla 6. Datos de l o s t a t a . l e s de l l u v i a p o r semana.

1 2 3 o . . . 7 3 I

. e

. O . . . . . . . . . .

m . . . . . . . o . . m

As€, en l u g a r de u t i l i z a r l o s datos de la tabla 6 p a r a r e a l i z a r

n u e s t r a i n f e r e n c i a , u t i l i z a r e m o s los datos de l a t a b l a . 7 p a r a cada grupo

del per iodo, donde las Xq;.,,,,son una muestra de la v a r i a b l e a l e a t o r i a X,&,

e = 1, 2, 3 , ...( m ; k 5 1, 2 , 3 , ..., 7 3 .

Tabla 7. Datos de los t o t a l e s de l l u v i a d e l grupo g

teniendo una amplitud de per€odo m.

. . . . . . m . . m . . . m m . . . . . . m . . . .

2. Estimacidn de l a probabi l ida ,d para un n i v e l de. l luvia determinado.

Para cada grupo g vamos a d e f i n i r un con junto como Sigue:

B~~ = {S / 1, con L 3 O 1.

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Nuestra meta es encontrar las semanas d e l grupo g que e s t h en

el oonjunto BqL . Es c l a r o que no podernos responder con certeza a esta pre-

gunta; pero s i podemos tratar de es t imar l a probabi l idad de que cada semana

e s t 6 o no ahl. Esto es:

Dada la v a r i a b l e a l e a t o r i a .

1 s i x,, 1, L.

O s i x,, < L. Y S L ' =

E l ndmero de Bxitos en una semana determinada del grupo g t i e n e

una diatribuoibn binomial con parametros f - nig ] +1 Y P ~ , , . De aqui, e l '*me- - jar"' estimador de pqL, es Y4Lr.

Para e l c a s o p a r t i c u l a r de l a l l u v i a , cuando l a probabi l idad de

6 x i t o BII una semana determinada es m y "peqnefia", puede que 6 s t a no t e n g a

importancia y en ese caso se puede se puede considerar que es cero, entoa-

ces modificaremos e l modelo en l a s iguiente forma: - si ygL, > cc .

p'( S e %,S ) = en o t r o caso.

O < a < 1 ; donde d es un valor propuesto por e l investigador.

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19

3. Una esaala de l l u v i a .

Las d i f e r e n t e s i n t e n s i d a d e s de l l u v i a se puedan separar mediaate

la s i g u i e n t e escala:

0 6 L, < L , < 1, L, < L, 0..

Para cada uno de estos nllimeros, constmxiremoe los aon juatos &, Ba5* , B,%, . . . ; que t i e n e n las s iguientes propiedades :

a) s i L ; c Lj , entonces BfLj C BgLi.

b) B,,, es e l t o t a l y P(s 6 B,k) = 1,

Que c o n t i e n e las semanas con prec ip i tao idn p luvia l en e l in ter -

va lo [ L;, Lj ) y como Bq c B,, . p ( s 4 B9Li - B,, ) = Ppc;,, - P g q

A s i , paps conocer el i n t e r v a l o [ L; , L;,,) , en:doxide* se.c$entra+&8

.prec ip i tao ibn de l l u v i a , se u t i l i z a la s i g u i e n t e r e l a o i b n .

4. A a d l i s i s num6rico y g r a f i c o de1 problema,

Los c a l o u l o s r e q u e r i d o s en las es t imac iones de este o a p i t n l o , .-%e

r e a l i z a r o n . c o n un programa en l engua je PL-I en l a computadora IBM de la

Universidad Autdnoma Metropol i tanau

Notese que los resultados, para. cada. pupa, proceden de-una

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20

muestra muy chica , dos o t res d a t o s , axln asf e s i n t a p e s a n t e ver l o s r e s u l t -

dos.

Para extraer l a infarmaci6n de los r e s u l t a d o s de). a n d l i s i s , con

mayor f a c i l i d a d , e s t o s se presentan gr&ficamente.

Los r e s u l t a d o s que se presentan son p a r a l o s c a s o 8 partiaularee.

de L = 1 y L P 2 , s iendo la unidad el m i l i m e t r o , c o n l o c u a l se o b t i e n e

la probabi l idad de que la p r e c i p i t a c i d n p l u v i a l se encuentre en e l i n t e r n &

l o [ I , m), m B f i c a s 1.1 a 1.21.; y [ 2 , ~ 9 ) ~ graficas 2.1 a 2.21, respectiva-

mente.

En l o s dos conjuntos de grdf icas es p o s i b l e o b e e r v a r que e x i s t e n

d i f e r e n e i a s e n t r e l o s d i f e r e n t e s grupos. Hay grupos que se c a r a c t e r i z a n por

tener probabi1ida.d de l l u v i a grande s d l o a mitad d e l afio, como ejemplo tenet-

mos a l grupo 8 ; hay o t r o s en cambio que no s610 a mitad del año, s ino que

en t o d o e s t e , p r e s e n t a e s t a caracterfst ica, como e l grupo 17.. .

de donde [L; ,LL*, ) U [i , i + h ) . Los maesultados de l a es t imac i6n e s t a m 1-

g r b f i c a s 3.1 a 3.21. Es te con junto de graficas t i e n e n al f i n a l de cada barra

un cuadr i to en b lanco , que repmsewta al in%ervalo est imado; s i e l i-esimo

c u a d r i t o es e l que esta . en b l a n c o , e n t o n c e s e l i n t e r v a l o que se encontrd es

e l (i-l,i). E s t a s g r d f i c a s muestran clmamente la cant idad de l l u v i a espera-

da en una semana determinada..

!

La in formacidn resul tante de l o s t r e s t i p o s de grdficas son de

u t i l i d a d a l o s a g r i c u l t o r e s , ya que e l l o s s a b e n las necesidades de agua de

acuerdo a l d e s a r r o l l o del c u l t i v o de i n t e r e s .

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..- - -

Grupo Ehbabii idad

7

8

9

10

11

12

13

1

O

1

o

1

O

1 1

O

- 1

O

1

O

1

O

1

O

1

" o

1

O

1

0

. I

1 - - o

.3

.- . ( j

em f e b m a r abr mayo jun jul agos . s ep t oat: n o i dio . . -* - .. - -

- .*_

. " ........

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22

5

6'

.7

.8

21

.I . ,., "_ " . . ._ - ." . . . "

Frobabi 16dad''' . _ , 1

O

1

O

1

O

1

O

1

O

1

O

1

O

1

O

semana

.

, ... .

. .. . " _. . . de dos milimeSros por semana.

.- 4 .

4

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i - - "-

23

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1

O

1

O

. . .~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , ... , . . , . . . . ,

1

O

ene feb mar abpo mays $m j u l ago8 sept o c t nov dio

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WPO

4

5

6

7

8

9

!O

!1

3 emana

" i !

_ _ _ +

1

0.

Y

O

1

O

1

O

1

O

1

O

1

O

1

O

1

....

. . . . . . . .

. . .

i

. .

" -

. . . . - .......... - . .

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45 . . - -

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28

"

m i 1 i m e t r O

e

-

"

I

m i 1 i m e t r

- 0 S

-

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29

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"

m i 1 i m e t r o s

m i 1 2 m 9

t F O

S

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- . . . . . . . . .

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m i 1 i m e t r O

S

40

35

30

25

20

15

10

5

40

m i 1 i m e

t r O

S

35

30

25

20

15

10

C r A f ica 3.20

G r u p o 20.

1950' 1971.

5

".

Graficas 3.1 a 3.21. C a a t i d d d e l l u v i a esparada e i n t e r v a l o de . .. l o c a l i z a c i d n de la l l u v i a , p a r a las 7 3 semaaas de lo8

2 1 d i f e r e n t e s grupos. El extremo en blanco de cada bacra

i n d i c a e l intervalo estimado.

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3 3

V. Conclusiones y comentarios.

1.- Se enaontr6 un metodo empirico p a r a l a obtenci6n de l a perio-

d i c i d a d de la l l u v i a , t e n i e n d o en cuenta que, l a d i s p e r s i ó n de una muestra

formada por variables a l e a t o r i a s p r o v e n i e n t e s de dos o mbs d i s t r i b u c i o n e s

con d i f e r e n t e media es mayor que l a d ispers inn que presenta una muestra

formada por var iables a leator ias provenientes de una s51a funcidn de d i s -

t r i b u c i b n , cuando las v a r i m z a s d e cada. funci6n son iguales.

Al tomar valor abso luto a l a d i f e r e n c i a entre dos v a r i a b l e s d e

una muestra, de c ier ta forma s e esta midiendo la. d i s p e r s i ó n de l a muestra,.

Por e l l o a l escoger e l v a l o r que p r e s e n t a e l promedio de d i f e r e n c i a s en

v a l o r absoluto menor, se esta escogiendo como estimador de l perfQdo e l va-

lor que p r e s e n t a menor d ispers idn en sus datos.

2,- En los resu1ta.dos del anelisis num6rico de este t r a b a j o , 8 8

encontrd que l a l l u v i a es peribdica , con per iodo de 2 1 años.

3.- De a.cuerdo con los d a t o s , tambien e s un valor fac t ib le p a r a

ser e l periodo de lluvia el 2 2 (observense tablas 4 y 5), ya gue Y' esta

"cerca" de Y' , pero sólo con datos a d i c i o n a l e s s e puede refinar esta i d e a ,

4.- Debe n o t a r s e que para un perfodo de 21 alios, e¡ tamaiío de l a

muestra en cada. grupo f u e de dos o t res d a t o s , y e s t o es una muestra m y

chica. , d n asi, e l metodo funciona pero los r e s u l t a d o s deben de tomarse con

reservas.

5.- A diferencia de o t r o s t r a b a j o s , se e s t i m a la probabi l idad de

w e l a l luvia o c u r r a en i n t e r v a l o s especfficos. La tecnica e s t a d f s t i c a . uti-

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~ I . _"" ""

l i z a d a no e s nueva n i so f i s t i cada , pero responde a una pregunta usual del

agricul tor . ¿&e probpbi l idad ha.y cie que l i u e v a una cantidad de agua que

e s t a e n t r e e l minimo y e l meximo soportable por i a planta. en l a semana si-

guiente?. Combinando se obt iene , cuando la l l u v i a e6 c r i t i c a por exceso o

p o r d e f e c t o .

6.- bas graficas muestran claramente l a precipi tac idn de l i u v i a

para . cada. uno de l o s 21 d i f e r e n t e s ~ r u i > o s . Se mede ver en que Bpoca hay

l l u v i a y el promedio de est&, tanbien se encuentra l a probabi l idad de que

l a l l u v i a e s t e 1 o c a l i z a . d a en un i n t e r v a l o dado. dsto nos ayuda a poder de-

t e rminar cuando s e debe sembrar, debido a. que es p o s i b l e l o c a l i z a r l a Bpoca

de siembra y c r e c i m i e n t o d e l c u l t i v o . & t o s r e s u l t a d o s ayuaapáu a implemen-

tar e l metodo de manera 'Fenera1 en e l p a í s , por media de programas agrfco-

las sexenales .

7.- dl niímero o tamaño de la muestra. es mug importante; p a r a este

t r a b a j o s e r e c p i e r e un gran nfimero de datos , N Al sñcs &n siendo .ya cons i -

derable? da muestras pequeñas pasa obtener las d i f e r e n c i a s de l l u v i a

e n t r e &os d k f e r e n t e s , pero cr~rrespondientes a, l mismo c i c l o t i e n t r o d e l pe-

r iodo espec i f i ca .do . La metodolog€a da resul tado? pero deber6 comprobarse"

con estudios basados en o t r o s datos.

Por dl t imo se e s p e r a poder t e n e r un msyor aprovechamiento de 88-

t e t r a b a j o por medio de estudios futuros, ampliando y refinando los r e s u l -

tados obtenidos. Ademe8 debe tenerse en cuenta que para l a a p l i c a c i 6 n de

e s t e m6todo e s n e c e s a r i a l a a.puda tie una computadora, ya que por m6todos

aritméticos manuales no e s p o s i b l e o b t e n e r los resul tados .

I

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3 5

V I . Sugerencias para t r a b a j o s f u t u r o s .

Dado como un hecho que l a per iodlc idad de l a l l u v i a se m a n i f i e s t a

con sus e f e c t o s en l a a g r i c u l t u r s ; c p i z b s , t o m a r los datos ta .1 y como nos

llegan no es l o mas conveniente para obtener buenos resul tados .

Puede ser que el "cocinar" estos datos para d e j a r l o s con las ca-

r a c t e r i s t i c a s "mas importantes" o "mas r e l e v a n t e s " en l a agr icu l tura nos r-

porten un resul tado mejor.

LOS cambios que s e s u g i e r e n hacer en los datos son:

1 ) No tomar en cuenta l a l i u v i a en la temporada que no hay siembra.

Se puede c o n s i d e r a r en es te tiempo u n a l l u v i a nula, e s t o s e debe

a cue s i e l e f e c t o de per iodic idad nos l o dan los resul tados de las cosechas

sdlo en e l tiempo en que estas t i e n e n l u g a r es cuando debe ser considerada

l a l l u v i a

2 ) Agrupar en un solo v a l o r t o d o s l o s datos que tengan un e f e c t o seme j a n t e

en l a planta .

Por Ejemplo, sabiendo cual es el n i v e l mfnimo de agua requerido

p a r a e l d e s a r r o l l o de la p l a n t a ; t o d o s l o s va.lores menores que 81 s e pueden

cons iderar nulos e i d e n t i f i c a r s e con O. Y asi en g e n e r a l , s i da lo mismo

que l l u e v a x cant idad de agua o y cant idad de agua , en e l desarrollo de l a

p lanta , es tos dos ndmeros ndmeros s e podrfan i d e n t i f i c a r con un solo v a l o r ;

ya sea, e l punto medio d e l i n t e r v a l o d e l o s puntos que t i e n e n igual efecto

o , e l pun<o mfnimo de los mismos. Para e s t e e s t u d i o s e r e q u i e r e trabajar em

conjunto con un especialista en ei c u l t i v o de interes.

Estas dos recomendaciones se sugieren, considerando que con ealss

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s e obtendr5 un resul tado rugs afin a 1

en las cosechas.

3b

o que se persigue: a.provechar la l l u v i a

Como sugerencia a d i c i o n a l .

3 ) La metodologia debe probarse con

l o s resultados son c o n s i s t e n t e s .

d a t o s de diferentes zonas p a r a ver si

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9- 5 39- O 11.6 10-0 33-0 1 1 - 7 4- 5 6- 5 1-5

17.. 7 65-0 21.5 19-6 42- 8 38.0 17-6 3?-O l 1 t R 13.6 60. 8 33- R 14.3

h. 5 0 0

68. 3 15-6

1-5 18.5

O 0 74.1 7.3

16- 5 7-0

10*9 3b. O

9- 5 45.7

5.7 14-2

7 - 2 16.8

2- 8 6-0 4- 2

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D A T O S DE LLUVIA 1 9 3 1 58.1 13-5 14.7 1932 o 0 76-6 5.5 1933 19.7 5 .8 32.1 1934 49.R 8.0 1.0 1935 25-0 20-8 4.3 1 9 3 6 908 - 8 12.5 1937 29.0 2505 1.0 1938 1.205 o 0 -0 1 9 3 9 6.5 60.6 -0 1940 05 0 0 -0 1941 3 7 - 0 23.6 17.0 1942 21.0 24.5 1.5 1943 2206 5.6 1307

1 1944 10.2 35.5 60.6 ! 1945 28.7 20.2 8 . 2 ! A946 19.2 2.8 12.5 ' 1947 18 .1 2.5 1.6 I 1948 4-1 13-0 -0

1949 9-0 1216 3.3 I 1950 90.0 17.3 7 . 9 i A951 11.5 17-L 5.5

1952 18.5 4.7 7.5 1953 13.5 14.5 A200 1954 -0 -0 of3

I 1955 -0 40.0 3505

i I

1 1956 4-5 .o .o 1957 9.5 907 0 7 1958 l o 5 0 0 6.0 1959 .o O 0 -0 1960 33.0 - 1 9.8 1961 2-5 1.7 9 0 2 1962 16-5 13-0 22.0 1963 5.6 38.2 22-5 1964 5.2 18.8 13.3 A965 1602 1900 601 1966 3405 -0 -0 A967 -0 36.1 2.0

9- O .o .o .O .o - 0 O 0 .o .o DO .o .o 05 .o 05

2.0 ?4 . 5

1.0 .o

2 1 . 3 1 . 1 3.1 60 5 1 . 1 40 o

.o 00 .o .o -0

1.0 15-8

3. R 10.1 13.0

10.5 10.5 .o .o -0 .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o O 0 -0 .o .o .o .o .o .o

2.7 1.2 .o .o

35.7 .o 3 3 . 1 3.5

.o 7.0 13.0 22.0

8 . 2 .o 4 4 s 5 ? e 0 10.5 .o

.u .o 3 . 5 -0

57.0 19 .7 3 - 0 305

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.o .o on .o .o .o

1 2 . 1 2.9 05 59.3

9.5 O 0

.o 7.1

.o 22 .0

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?3.1 11.0 970 2

, o 1.0

10-3 4 4 0

, o 18.0

a0 .o .o .O -0 .o .O .O

3. o 2.6

-0 .o

14.5 O 0 .o - 1 .O .o

6.2 3. 3

76.0 .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o -0 .o .o .o .o .o .o .o .o -0 .o .o .o 00 19.2 - 3 .o

1.H .o 0 5 11.0 * o 1.5 .o .o

1,s -0 - 7 7 2 . 0 .o 3.0

5.2 2 8 . 0 -0 2.2 -0 .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o 0 1 .o .o

5.7 .o .o 0 2 * o .o 00 .o

0.5 .o -0 .o

2 . 1 .o 5.5 02

O 0 .o O 0 1.2

8.0 1 2 . 6 6.5 00 1

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.O * O .O .O O 0 .O - 0 O 0 .O .O .O .O O 0 .o - 2 .I) .o .O .o

2.0 11.5 6 - 5 7 . 8 L. 1

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105 .O .O . o O 0

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1 . 1 .o .o .o * o

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3.0 O 0

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4.7 02

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R. R .o .o .o .o .o .o .o -0 .o .o .O .o .o .o .o .o .o .o

4. 5 .o .o .O o c

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80

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1.1 O 0 eo O 0 .o .o .o -0 .o .o o

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4 - O O 0 .o O 0

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9. 1 .o 00 * o .o .o -0 .o -0 .o - 0

75.6 .O .O .o -0 .o -0

9. o .o -0 -0 O 0

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7 - 6 .o .o

13.3 .o .o o 2 .o 0 0

03 2 3 . 6

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.o -5

.o .o .r

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DATOS 1931 1932 1933 1934 1935 19 36 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 i950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 19157 195R 1959 1960 1961 1962 1963 1964

DE L L U V I A .o .O .O .O .o .O .O .O .O .O .o .O .O .O .O .O .O .o 05 -0 .O .o .O .O .O .O .O .O .O .O .O .O .O .O

19b5 14-6 1966 .O

.o * O .o .o .O .o .o .O .o .o .O -0 .o

2 02 .O

2.5

.o 00 .o .o .o .o .O * o .O .o .o .o .o .o .O .o

4.5 24.0 eo e o

6.6 -0 -0 S r 3

.o .o O 0 O 0

O 0 .o .o .o .o .o .o O 0 -0 .o .o .o .o O 0 .o .o .o .o .o .o

7.6 12-8 .o .o

2.0 .o .o 7.5

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.o

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.o

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.O O 0 .o .O .o -6 .O

5- O 3.1

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.o - 0 * o O 0

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.o O 0

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.o O 0 O 0

4. 7 .o .o

58.0 .o .o 07

3.3 .o . S .o

.o

.o

.o 09 .o .O .o .o .O - 0 .o O 0

-0 .o .O .o

14. 5 .o .o - 0 .o .o * o .o .o .o a 0 O0 .o * o .o .o .o .o .o .O

3-0 1-3

.O

.O

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.O 01

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.o O 0

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.O 3.0 4.5

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.o O 0 00 .o

o S 34-6

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.o 00 .O .O .o .o .O on .o .O .O e o

.o 1 - 5 6. 7

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.O 00 - 0 . o -0

5.0 .O 00 * o .O 00 .o .O .O .O .O O 0 .o .o O 0 .o .O .O .o .o .O

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.O -0 O 0 O 0

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.O 0 2 O 0 .o o 0 .o * o .o * o -0

22.7 00 .O .o 0 0

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60 8 4.0

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6 - 1 .O

1-5 .O -0 O 0

1.7

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.O

.o

.O O 0 .o .O .O .o .o .O .o O 0

.O 7.5 .o .o .o

0 IJ

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1.8 -0 .o .O

* O 22.1

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34.0 , o

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26- 5 4.5

.o .O .O .O .O .O .O .o

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