Análisis espectral de series temporales de variables geológicas con muestreo irregular
DOI:
https://doi.org/10.21701/bolgeomin.124.2.011Palabras clave:
frecuencia de Nyquist, muestreo irregular, periodograma de Lomb-Scargle, test de permutaciónResumen
En geociencias el muestreo más frecuente para las series temporales de variables geológicas es el muestreo irregular. Esto sucede bien porque el muestreo es aleatorio, por la ausencia parcial de datos (datos perdidos, hiatos,…), o por la transformación de la escala espacial a la escala temporal cuando la tasa de sedimentación no es constante. En todos estos casos la interpolación no es una estrategia aconsejable y es más correcto utilizar un método que trate directamente con los datos irregulares. En este trabajo se muestra cómo el periodograma de Lomb-Scargle suavizado es una elección apropiada. Se examinan los efectos del tipo de muestreo, la interpolación y la presencia de una deriva. Se propone el test de permutación como el método para calcular niveles de confianza estadística. A través de la aplicación del peridograma de Lomb-Scargle a una serie sintética se concluye la robustez del método ante los efectos anteriormente mencionados. Se ilustra la aplicación a una serie real con hiatos y que representa el espesor del bandeado anual de una estalagmita. El estudio de estos ejemplos pretende ayudar al investigador a la aplicación del periodograma de Lomb-Scargle a sus propios datos.
Descargas
Citas
Babu, P. and Stoika, P. 2010. Spectral analysis of nonuniformly sampled data - a review. digital Signal Processing, 20, 359-378. https://doi.org/10.1016/j.dsp.2009.06.019
Brockwell, P.J. and Davis, R.A. 1991. Times series: theory and methods. Second Edition. Springer Verlag, New York, 577 pp. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-0320-4
Chatfield, C. 1991. The analysis of time series: An introduction. Fourth edition. Chapman and Hall, London, 241 pp.
Davis, J.C. 1973. Statistics and data analysis in geology. John Wiley & Sons, New York, 550 pp.
Efron, B. and Tibshirani, R.J. 1994. An introduction to the bootstrap. Chapman and Hall, New York, 436 pp. https://doi.org/10.1201/9780429246593
Good, P. 2000. Permutation test: A practical guide to resampling methods for testing hypothesis. Second Edition. Springer, New York, 270 pp.
Hasselmann, L. 1976. Stochastic climate models: Part I. Theory. Tellus, 28 (6), 473-485. https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1976.tb00696.x
Heslop, D. and Dekkers, M.J. 2002, Spectral analysis of unevenly spaced climatic time series using CLEAN: signal recovery and derivation of significance levels using a Monte Carlo simulation. Physics of the earth and Planetary Interiors, 130, 103-116. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(01)00310-7
Lomb, N.R. 1976. Least squares frequency analysis of unequally spaced data. Astrophysics and Space Science, 39, 447-462. https://doi.org/10.1007/BF00648343
Mann, M.E. and Lees, J. 1996. Robust Estimation of Background Noise and Signal Detection in Climatic Time Series, Climatic Change, 33, 409-445. https://doi.org/10.1007/BF00142586
Marple, S.L. 1987. digital spectral analysis with applications. Prentice Hall. Englewood Cliffs, NY, 492 pp.
Papoulis, A. 1984. Probability, random variables and stochastic processes. Second Edition. McGraw-Hill International Editions, Singapore, 576 pp.
Pardo-Igúzquiza, E., Chica-Olmo, M. and Rodríguez-Tovar, F.J. 1994. CYSTRATI: a computer program for spectral analysis of stratigraphic successions. Computers & Geosciences, 20 (4), 511-584. https://doi.org/10.1016/0098-3004(94)90080-9
Pardo-Igúzquiza, E. and Rodríguez-Tovar, F.J. 2000. The permutation test as a non-parametric method for testing the statistical significance of power spectrum estimation in cyclostratigraphic research. earth and Planetary Science Letters, 181, 175-189. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(00)00191-6
Pardo-Igúzquiza, E. and Rodriguez-Tovar, F.J. 2004. POW-GRAF2: a computer program for graphical spectral analysis. Computers & Geosciences, 30 (5), 533-542. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2004.03.004
Pardo-Igúzquiza, E. and Rodríguez-Tovar, F.J. 2005. MAXEN-PER: a program for maximum entropy spectral estimation with assessment of statistical significance by the permutation test. Computers & Geosciences. 31 (5), 555-567. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2004.11.010
Pardo-Igúzquiza, E. and Rodríguez-Tovar, F.J. 2012. Spectral and cross-spectral analysis of uneven time series with the smoothed Lomb-Scargle periodogram and Monte Carlo evaluation of statistical significance. Computers & Geosciences, 49, 207-216. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2012.06.018
Park, J., Lindberg, C.R. and Vernon III, F.L. 1987. Multitaper spectral analysis of high frequency seismograms, Journal Geophysical Research, 92, 12675-12684. https://doi.org/10.1029/JB092iB12p12675
Pestiaux, P. and Berger, A. 1984. An optimal approach to the spectral characteristics of deep-sea climatic records. In, Berger A. (ed.), Milankovitch and Climate, Part 1. D. Reidel Publishing Company, Dordrecht, 417-445.
Polyak, V.J. and Asmerom, Y. 2001. Late Holocene Climate and Cultural Changes in the Southwestern United States. Science, 294, 148-151. https://doi.org/10.1126/science.1062771
Press, H. W., Teukolsky, S.A., Vetterling, W.T., and Flannery, B.P. 1992. Numerical recipes in Fortran (2nd ed.), Cambridge University Press, New York, 963 pp.
Scargle, J.D. 1982. Studies in astronomical time series analysis. II. Statistical aspects of spectral analysis of unevenly spaced data. Astrophysical Journal, 263, 835-853. https://doi.org/10.1086/160554
Schulz, M. and Mudelsee, M. 2002. REDFIT: estimating red noise spectra directly from unevenly spaced paleoclimatic time series. Computer & Geosciences, 28 (3), 421-426. https://doi.org/10.1016/S0098-3004(01)00044-9
Schulz, M. and Stattegger, K. 1997. SPECTRUM: spectral analysis of unevenly spaced paleoclimatic time series. Computers & Geosciences, 23 (9), 929-945. https://doi.org/10.1016/S0098-3004(97)00087-3
Stoica, P. and Sandgren, N. 2006. Spectral análisis of irregularly-sampled data: Paralleling the regularly-sampled data approaches. digital Signal Processing, 16, 712-734. https://doi.org/10.1016/j.dsp.2006.08.012
Weedom, G.P. 2003. Times-series analysis and cyclostratigraphy: examining stratigraphic records of environmental cycles. Cambridge University Press, Cambridge, 259 pp. https://doi.org/10.1017/CBO9780511535482
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2026 Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
© CSIC. Los originales publicados en las ediciones impresa y electrónica de esta Revista son propiedad del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, siendo necesario citar la procedencia en cualquier reproducción parcial o total.
Salvo indicación contraria, todos los contenidos de la edición electrónica se distribuyen bajo una licencia de uso y distribución “Creative Commons Reconocimiento 4.0 Internacional ” (CC BY 4.0). Consulte la versión informativa y el texto legal de la licencia. Esta circunstancia ha de hacerse constar expresamente de esta forma cuando sea necesario.
No se autoriza el depósito en repositorios, páginas web personales o similares de cualquier otra versión distinta a la publicada por el editor.
Datos de los fondos
Ministerio de Economía y Competitividad
Números de la subvención CGL2010-15498;CGL2012-33281
Ministerio de Ciencia e Innovación
Números de la subvención CGL2008-03007
Junta de Andalucía
Números de la subvención P08-RNM-03715







