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Análisis de Datos
Martes 7 de Agosto, 2018

Manteniendo la calidad del agua en el sur de la Florida con Minitab

Desde el Blog de Minitab

Las aguas costeras y fluviales son fundamentales para la economía de la Florida, ya que proporcionan empleos a través de la recreación, la pesca y el turismo. La protección de esas aguas ayuda a salvaguardar la salud económica de la Florida, pero las decisiones efectivas de gestión ambiental deben basarse en una investigación sólida. El Centro de Investigación Ambiental del Sudeste (SERC), ubicado en el campus principal de la Universidad Internacional de la Florida, reúne a investigadores de una variedad de disciplinas para realizar investigaciones científicas en entornos amenazados del sur de la Florida y el sur de los Estados Unidos. Los proyectos de investigación del centro en el Parque Nacional Biscayne, Big Cypress National Preserve, Everglades National Park, Florida Bay, Florida Keys y Florida Keys National Marine Sanctuary han proporcionado una base para las decisiones de gestión para mantener estos frágiles recursos. La combinación de datos de todos los proyectos del centro brindó a los investigadores la oportunidad de desarrollar una visión única y de alto nivel de las vías fluviales del sur de la Florida, pero unir y analizar 20 años de datos de calidad del agua recolectados de cientos de estaciones de monitoreo reto. Necesitaban entender qué revelaba su enorme cantidad de datos sobre la salud de las aguas de la Florida. Para eso, los investigadores de SERC confiaron en Minitab Statistical Software.

 

Crear esta visión general de las vías fluviales de Florida fue parte de una iniciativa del Servicio de Parques Nacionales para apoyar al Departamento de Protección Ambiental de la Florida y la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. Para desarrollar criterios numéricos de calidad del agua para la protección de la vida acuática y la salud humana. Años de monitoreo de datos ya han proporcionado algunos conocimientos sobre las relaciones entre los niveles de nutrientes del agua y la contaminación, por ejemplo, el aumento de los niveles de nutrientes, como el fósforo y el nitrógeno, produce un rápido crecimiento de algas. El rápido crecimiento de las algas hace que las aguas se vuelvan turbias y agota el oxígeno de la columna de agua, lo que hace que las poblaciones de peces mueran. Los investigadores de SERC querían investigar más a fondo y encontrar exactamente qué niveles de nutrientes desencadenarían floraciones de algas no deseadas en las aguas del sur de la Florida.

 

 Censored Probability Pilot

Una Parcela de Probabilidad Censored de Minitab del NOx contaminante presente en la Bahía de Florida Central facilitó a los investigadores de SERC ver cómo los niveles de contaminación cambiaron con el tiempo.

 

El Dr. Henry Briceño, investigador asociado de FIU e investigador principal en SERC, dirigió el proyecto. Él y su equipo se enfrentaron a la tarea de analizar literalmente millones de puntos de datos con muestras recolectadas de 350 estaciones en el sur de Florida.

 

Los parámetros de calidad del agua monitoreados en cada estación incluyeron nutrientes disueltos tales como nitrito, nitrato, amonio, nitrógeno inorgánico y fósforo reactivo. También se midieron las concentraciones totales de nitrógeno, nitrógeno orgánico, fósforo y carbono orgánico, así como la actividad de la fosfatasa alcalina, la clorofila a, la salinidad, el oxígeno disuelto, la temperatura, el pH y la turbidez. Todos los parámetros se midieron tanto en la superficie del agua como en el fondo de la columna de agua.

 
Cendored Boxplot
Un cuadro de caja censurado de Minitab del NOx contaminante presente en la Bahía de Florida Central facilitó a los investigadores de SERC ver cómo los niveles de contaminación cambiaron con el tiempo.
 

Algunas de estas observaciones fueron "no detectables", lo que significa que los contaminantes en estas muestras cayeron por debajo de los límites de los informes de los instrumentos de medición. Los no detectados son importantes porque incluso los contaminantes de bajo nivel pueden ser una parte integral de los datos en su conjunto. Esto planteó un desafío para los investigadores, ya que no estaba claro cómo contabilizar los no detectados utilizando procedimientos estadísticos estándar, particularmente dada la gran cantidad de datos involucrados.

 

Para ayudar, SERC alistó la experiencia del Dr. Dennis Helsel, propietario y científico principal de Practical Stats, una firma de consultoría y capacitación en estadísticas ambientales. El Dr. Helsel se especializa en estadísticas de datos con contaminantes de bajo nivel. Para este proyecto, utilizó Minitab Statistical Software y su poderosa función Macros para manejar de manera eficiente los cálculos estadísticos en los conjuntos de datos que contienen datos no detectables.

 

Una Macro de Minitab consiste en un conjunto de comandos almacenados en un archivo de texto que se puede adaptar para satisfacer las necesidades específicas de un analista. Con un solo clic, cada comando dentro de la macro se ejecuta instantáneamente y el análisis se completa. Las macros ahorran tiempo y se utilizan con frecuencia para automatizar tareas repetitivas y realizar rápidamente una amplia manipulación de datos. Y para tareas especializadas como esta, las macros también pueden expandir la funcionalidad de Minitab mediante el cálculo de procedimientos estadísticos personalizados. Utilizando los métodos que describió en su libro de texto: "No detectados y análisis de datos", el Dr. Helsel escribió macros que adaptaron las técnicas de datos censurados de Minitab -las técnicas que ayudan a dar cuenta de datos faltantes o no detectables- para trabajar con datos de calidad del agua de SERC. Esto hizo que la gran cantidad de datos sobre la calidad del agua fuera mucho más fácil para los investigadores de SERC para derivar las estadísticas requeridas para el análisis de datos.

 
Florida Map
El análisis multivariante de Minitab ayudó a los investigadores a reducir grandes cantidades de datos de calidad del agua en variables más manejables para la clasificación. Los investigadores de SERC pudieron agrupar estaciones de monitoreo en zonas geográficas por tipo de agua, en la foto de arriba.
 

El Dr. Helsel entrena a científicos como el Dr. Briceño para realizar estadísticas durante su investigación y aplaude a Minitab por su "facilidad de uso". "Minitab es muy fácil de enseñar", dice Helsel, "los científicos pueden aprender y usar el software de inmediato".

 

El Dr. Briceño no es un estadístico de profesión, y usó fácilmente las macros del Dr. Helsel y Minitab para calcular las estadísticas necesarias para analizar la calidad del agua en cada estación de monitoreo. Las estaciones de monitoreo con resultados estadísticos similares se agruparon en grupos que comparten características comunes con una combinación de herramientas de Análisis multivariante de Minitab. El análisis mutlivariante se usa para reducir grandes conjuntos de datos en un número menor de componentes, lo que hace que sea más eficiente para los investigadores enfocarse en variables específicas. Luego, SERC pudo agrupar estaciones de monitoreo en diferentes "tipos de agua" y hacer mapas detallados de su distribución geográfica (Fig. 2). Con los cuerpos de agua clasificados, los niveles de concentración, o umbrales, de fósforo y nitrógeno que causarían floraciones de algas mortales para prosperar se evaluaron para cada tipo de agua. Esto se logró trazando gráficos de suma acumulativa de clorofila-a a lo largo de los gradientes de nutrientes en Minitab. Estas tablas facilitaron a los investigadores leer rápidamente los niveles de umbral directamente sin más análisis.

 
Scatterplot
Los gráficos de suma acumulada de Minitab ayudaron a los investigadores de SERC a identificar fácilmente los niveles umbral de fósforo y nitrógeno que causan el crecimiento de las algas mortales.
 

Los investigadores de SERC pudieron formular metodologías innovadoras para derivar criterios de nutrientes protectores para cada cuerpo de agua individual. El conocimiento obtenido de los estudios de FIU y SERC y su análisis de Minitab ayudará a los científicos a planificar la conservación y restauración continuas. Lo mejor de todo es que la información aprendida en el sur de la Florida puede ser beneficiosa para los científicos que trabajan para corregir la contaminación en todo el mundo. Estas metodologías están siendo consideradas para su uso generalizado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.

 

El Dr. Briceño dice que este proyecto ha demostrado que la calidad del agua en el sur de la Florida es excelente, y gran parte de eso tiene que ver con un enfoque constante en la investigación para proteger estos recursos naturales críticos. Y en lo que respecta a la recopilación y el análisis de datos que subyace a esa investigación, "Minitab nos ha proporcionado herramientas invaluables para mejorar nuestro oficio", dice Briceño.

 
 

 

 

 

Este artículo apareció originalmente en el blog de Minitab y traducido a usted por Blackberry&Cross. Minitab es aliado de Blackberry&Cross.

 
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