martes, 12 de junio de 2012

Pronóstico de Temperatura Mínima y Máxima por medio de Series de Tiempo


Pronóstico de Temperatura Mínima y Máxima por medio de Series de Tiempo
Camila Aguilera, Francisco González, Paloma Maldonado, Valentina Olivo
Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Industrial, Universidad de Santiago de Chile

Resumen

En este artículo se presentan los resultados de un trabajo, en el cuál el objetivo era hacer un pronóstico de temperaturas mínimas y máximas para el 1, 2 y 3 de mayo por medio del método de Series de Tiempo.
Para realizar el pronóstico utilizamos cuatro métodos: Promedio móvil simple, promedio móvil ponderado, suavización exponencial y suavización exponencial con ajuste de tendencia. Además consideramos tres tipos de errores para decidir qué método tiene un mejor rendimiento para llevar a cabo el pronóstico.

Introducción

Los pronósticos son los posibles sucesos que se espera ocurran en un futuro, son utilizados para las consideraciones de juicio en muchas áreas, ya sea la médica o en la meteorológica. Además tienen una gran relevancia en el ámbito empresarial como una forma de predecir las ventas o la demanda.
Las Series de Tiempo son un método de pronóstico que utiliza información histórica que sólo se refiere a la variable que se quiere pronosticar. Este método se basa en la suposición de que el patrón de esta variable en el pasado, continuará en el futuro. Es por esto que en el análisis de Series de Tiempo se identifican los patrones para generar el patrón histórico observado en la variable dependiente que en este caso corresponde a la temperatura mínima y máxima desde el 4 de marzo al 24 de abril del presente año. Nuestro objetivo con este trabajo es pronosticar las temperaturas mínima y máxima del 1, 2 y 3 de mayo por medio de distintos métodos de Series de Tiempo.
  
Metodología

Marco Teórico

Para pronosticar las temperaturas se utilizaron cuatro métodos de Series de Tiempo: Suavización Exponencial,  Promedio Móvil Simple, Promedio Móvil Ponderado y Suavización Exponencial con ajuste de Tendencia.
Suavización Exponencial: Es un método de promedio móvil ponderado muy refinado que permite calcular el promedio de una serie, asignando a los datos recientes mayor ponderación que a los datos anteriores. Es el método de pronóstico formal que se usa más a menudo, por su simplicidad y por la reducida cantidad de datos que requiere. Para su cálculo se requiere el pronóstico del último periodo, los datos de ese período y un parámetro suavizador, alfa α, cuyo factor fluctúa entre 0 y 1.
Dónde 






                                                      
El valor de α más grandes hacen énfasis en los niveles más recientes de los datos y dan lugar a pronósticos que responden mejor a los cambio en el promedio fundamental. Por otro lado los valores de α más pequeños producen pronósticos más estables a los cambios. En nuestro pronóstico utilizaremos un valor de α= 0,7 puesto que la tendencia deberá considerar como prioridad las últimas temperaturas.

Promedio Móvil Simple: Es un método que resulta útil cuando no hay tendencias pronunciadas ni influencias estacionales y consiste en calcular el promedio de los n periodos más recientes, con el fin de utilizarlo como pronóstico para el siguiente período. En nuestro caso utilizaremos cinco periodos para calcular el pronóstico del periodo siguiente.
La fórmula aplicada sería:
Promedio Móvil Ponderado: En este método cada uno de los datos históricos que intervienen en el promedio pueden tener su propia ponderación. El resultado de la suma de las ponderaciones es 1. En nuestro trabajo dimos ponderación de 0,3 al último dato y seguimos bajando la ponderación hasta llegar al quinto dato, como se muestra en la fórmula siguiente:

Suavización Exponencial con Ajuste de Tendencia: Ahora al método de suavización exponencial le incluiremos una tendencia. Una tendencia consiste en un incremento o decremento sistemático de los promedios de la serie a través del tiempo.
La fórmula es la siguiente:













Selección de un método con Series de Tiempo

Una consideración para elegir qué método de pronóstico consideraremos válido será por medio de los errores en el pronóstico mismo. Por ello utilizaremos los siguientes métodos.

Error del Pronóstico: Corresponde a la diferencia entre el pronóstico y el dato real.
MAD o Desviación Media Absoluta: Se trata de la media de los errores de pronóstico en una serie de periodos de tiempo, sin considerar si dichos errores consistieron en estimaciones excesivas o en subestimaciones.
MAPE o Error Porcentual Medio Absoluto: Relaciona el error de pronóstico con el nivel de los datos reales del pronóstico. 

Desarrollo del Trabajo

Para hacer el trabajo utilizamos una planilla Excel, en la cuál ingresamos los datos de las temperaturas máximas desde el 4 de marzo hasta el 24 de abril. Luego calculamos los 4 métodos de pronóstico mencionados anteriormente comenzando por el mismo orden, es decir que el primer resultado corresponde a el método de Suavización Exponencial (α = 0,7), Promedio Móvil Simple, Promedio Móvil Ponderado y por último el método de Suavización Exponencial con ajuste de Tendencia (α = 0,7 y β = 0,7).

Tabla 1: Pronóstico Temperatura Máxima

Tabla 2: Pronóstico Temperatura Mínima

Dado que los datos que estamos buscando son ocho días al futuro de los datos que tenemos disponibles (estamos a 25 de abril) sólo podremos pronosticar para el día siguiente y los demás datos serán una prolongación de este resultado. Es decir, el pronóstico servirá para la semana.

A continuación calculamos el error de pronóstico en valor absoluto para ambos casos:

Tabla 3: Error de Pronóstico Temperatura Máxima

Tabla 4: Error de Pronóstico Temperatura Mínima

La primera tabla muestra el error de pronóstico en valor absoluto para la temperatura máxima y la segunda para la temperatura mínima.

Tabla 5: Desviación Media Absoluta Temperatura Máxima

Tabla 6: Desviación Media Absoluta Temperatura Mínima


Tabla 7: Error Porcentual Medio Absoluto Temperatura Máxima

Tabla 8: Error Porcentual Medio Absoluto Temperatura Mínima


Resultados

En las tablas anteriores hemos marcado de color naranjo el ultimo dato válido para comparar los errores. A partir de lo mostrado podemos concluir lo siguiente:
Para la temperatura máxima los resultados de los errores el día 24 de abril muestran que tanto para error de pronóstico en valor absoluto, la desviación media absoluta y el error porcentual medio absoluto el método de pronóstico más válido sería el método del promedio móvil ponderado. Lo cuál implicaría una temperatura máxima de 20,5º Celcius.
Por otro lado para la temperatura mínima según el error de pronóstico valor absoluto nos da como que el mejor método, es la suavización exponencial con ajuste de tendencia. Pero además según la desviación media absoluta y según el error porcentual medio nos indica que el método elegido sigue siendo el mismo que para la temperatura máxima, es decir, el método del promedio móvil ponderado.
Dada esta diferencia existente en la temperatura mínima, confiaremos en el resultado de los dos últimos métodos, ya que son métodos más generales, en cambio el método de valor absoluto sólo nos da una aproximación local. Según esto la temperatura mínima pronosticada es de 9,4º Celcius.

Discusión o Conclusiones

A partir de los resultados mostrados debemos considerar que estos son sólo una aproximación por medio de datos históricos y que dejamos de lado los otros factores determinantes del clima como la presión, la humedad y el viento, que son las variables utilizadas generalmente para predecir fenómenos meteorológicos.
Además la temperatura máxima del 25 de abril fue de 20.6 º C y la mínima fue de 9º C, por lo tanto estuvimos muy cercanos a este pronóstico, pero para el 1, 2, 3 de mayo se presentaron las siguientes temperaturas:
Día
Temperatura máxima
Temperatura mínima
01/05/2012
26,4
5,4
02/05/2012
24,2
5,4
03/05/2012
24,8
6,6

En este caso como la fecha del último dato fue muy distante del objetivo del pronóstico, se hacía más difícil acertar, puesto que justo en esta fecha las temperaturas tienden a bajar. Además dentro de esta misma semana hubo precipitaciones en la ciudad de Santiago, por lo que la tendencia de los datos cambió.

Bibliografía

KRAJEWSKI, Lee y RITZMAN, Larry. Administración de Operaciones. Estrategia y Análisis. 5º Edición. México,  Pearson Educacion, 2000. Pp. 491 – 533.
Dirección General de Aeronáutica Civil. Dirección Meteorológica de Chile.Climatología. Disponible en: http://www.meteochile.gob.cl/pronostico.html









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