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ANÁLISIS HOMOGÉNEO DE LA INFORMACIÓN SUBTAREA 2.5

SERVICIO ESEOO PARA

EL TRATAMIENTO DE

SERIES TEMPORALES A

TRAVÉS DE INTERNET

GUÍA DE UTILIZACIÓN

06/07/2006

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I. INTRODUCCIÓN

El servicio para el tratamiento automático de series temporales de datos a través de Internet es un producto desarrollado de acuerdo a los objetivos asociados a la subtarea 2.5, Análisis Homogéneo de la Información, del proyecto ESEOO.

Con este servicio se pretende facilitar que los miembros de ESEOO puedan analizar sus series temporales de datos utilizando los mismos procedimientos. Los resultados de dichos análisis formarán parte del Servicio de Datos Analizados que constituye la subtarea 6.1 del proyecto.

El servicio permite hacer el análisis de series temporales de datos horarios medidos en un punto de las siguientes variables:

• Corrientes

• Temperatura del agua

• Salinidad del agua

• Viento

• Temperatura del aire

• Presión atmosférica

• Oleaje (escalar y direccional)

pudiéndose obtener diversos productos como representación de las series o estadísticas.

En coherencia con lo establecido por la tarea 2.3 (Homogeneización de formato), solo serán aceptados ficheros de datos que se ajusten al formato ESEOOXML.

Los programas que realizan los cálculos están preparados para trabajar con series horarias, no obstante el servicio ofrece la posibilidad de efectuar una interpolación o filtrado para aquellas series no horarias.

El análisis de las series temporales se puede hacer simultáneo, es decir, se pueden analizar distintas series temporales a mismo tiempo.

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II. FILOSOFÍA DE TRABAJO

Este servicio está dirigido a los miembros de ESEOO. Por ello, y con el fin de mantener unas condiciones mínimas de seguridad, el acceso al mismo está restringido mediante usuario y contraseña. Para solicitarlos basta con rellenar el formulario que aparecerá en pantalla tras apretar el botón de “Solicitud de Alta como Usuario” (ver figura 1, en página 9). En un espacio breve de tiempo se le enviará esta información por correo electrónico a la dirección de contacto que el futuro usuario haya facilitado en el formulario.

Una vez habilitado como usuario se puede abrir una sesión introduciendo usuario y contraseña y así acceder a la página principal del servicio (ver figura 3). La sesión se puede abandonar en todo momento gracias al botón “Salir de la Sesión” situado en la zona superior derecha.

El procedimiento de trabajo habitual sigue 3 pasos:

1. La definición del punto de medida.

2. La carga de ficheros de datos en el servidor.

3. El tratamiento de las series de datos.

A continuación se va a describir detalladamente la metodología de cada uno de ellos. Además, en el capítulo 3, mediante un ejemplo concreto, se pueden ver el manejo de una forma más práctica.

1. Definición del Punto de Medida

Como paso previo al análisis de los datos, hay que introducir una mínima información sobre el punto en el que se han realizado las medidas. A cada punto de medida se le denomina “Estación”. En el menú lateral izquierdo de la página web hay un botón que reza “Crear Nueva Estación” (ver figura 3) que permite cumplimentar un formulario (ver figura 4) con dicha información que será almacenado en le servidor. Para cada estación se ha de introducirse:

• Nombre completo.

• Código de identificación de 5 letras.

• Latitud y longitud (en formato gg mm).

• Rango de las escalas que se empleará en los ejes para las representaciones gráficas de las series: valor máximo, mínimo e intervalo. Si no se modifica, se introducirán los valores que aparecen por defecto. Estas escalas se deben ajustar teniendo en cuenta las unidades en que vayan expresadas cada una de las variables. En la tabla que aparece en el Anexo I se pueden

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consultar las unidades en que deben ir expresadas las distintas variables.

Toda esta información es imprescindible, pues será utilizada por los procedimientos. Si en algún momento se desea modificar alguno de los datos, basta con apretar el botón “Reconfigurar Estaciones”.

También existe la posibilidad de que cada usuario pueda borrar aquellas de sus estaciones que considere obsoletas. Para entrar en el área para borrar estaciones presionar el botón “Borrar Estaciones”.

2. Carga de Datos.

Los datos de las series temporales se suben directamente del PC del usuario al servidor. El botón “Cargar Datos” del menú de la izquierda de la página (ver figura 3) permite entrar en el área de carga de datos. Para ello hay que especificar a qué estación pertenecen, que ha de ser creada previamente en caso de no existir. También se puede acceder directamente al área de carga de datos inmediatamente después de crear una nueva estación.

Los datos cargados han de cumplir con la especificación XML definida para ESEOO (ESEOOXML). Únicamente si se adaptan a este formato serán almacenados. Los ficheros XML pueden estar comprimidos en formato ZIP o GZ, efectuándose la descompresión y validación en el servidor de manera automática.

El servicio está preparado para analizar series de datos horarias. Para series con otros intervalos entre registros se ofrece la posibilidad de realizar una interpolación lineal o filtrado para obtener una serie horaria.

En cuanto al formato de los datos existen una serie de restricciones adicionales. Por un lado la relativa a las fechas, que deberán ir expresadas de la siguiente forma: AAAAMMDD HH. Por otro las relacionadas con las unidades de las variables. Éstas deben ser las fijadas en la tabla que aparece en el Anexo I de este documento.

De cada estación se podrá almacenar sólo un fichero XML, de forma que cada fichero nuevo que se cargue de una estación suplantará el que existiera previamente, si se diera el caso.

Los ficheros de todas las estaciones se borrarán automáticamente cada semana, con el fin de liberar espacio de disco.

Cada usuario podrá tener acceso única y exclusivamente a sus ficheros de datos.

3. Tratamiento de la Serie de Datos.

El tratamiento de datos se ha clasificado en cuatro áreas:

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• Procedimientos de Corrientes

• Procedimientos de Hidrografía

• Procedimientos de Oleaje

• Procedimientos de Atmósfera

cada una de las cuales permite analizar unos determinados parámetros.

Si se desean analizar series temporales de corrientes, se deben seleccionar los procedimientos de corrientes. De idéntica manera para tratar los datos de oleaje se deben seleccionar los procedimientos que llevan su nombre. Para tratar datos de salinidad y/o temperatura del agua, se deben seleccionar los procedimientos de hidrografía. Mientras que al seleccionar los procedimientos de atmósfera se podrán analizar datos de viento, presión y/o temperatura del aire.

Cada uno de estos procedimientos se puede aplicar a tantas estaciones como se desee, es decir tratar varias series temporales al mismo tiempo (siempre y cuando cada una de ellas sea de una distinta estación). Al acceder al área de cada tipo de procedimientos, se podrá hacer una selección de las estaciones sobre las que realizar el análisis. Una vez esto se ha hecho, se podrán elegir los productos que se desean obtener del análisis de los datos.

La selección de productos se puede hacer manualmente en el menú que aparecerá por pantalla, o automáticamente mediante el botón “Análisis ESEOO”. Este botón selecciona aquellos productos que se consideran relevantes para los objetivos de ESEOO y su fin último es facilitar el trabajo a los usuarios que analicen datos que vayan a formar parte del Servicio de Datos Analizados de ESEOO (subtarea 6.1).

Los cálculos pueden tardar unos minutos (dependiendo del número de estaciones y de productos seleccionados). Una vez terminen de ejecutarse los programas, el usuario podrá ver los resultados directamente en la web. Además se ofrece la posibilidad de descargarlos en su PC de dos formas: una carpeta que contiene todos los resultados gráficos en formato GIF y un informe PDF que resume todos los cálculos realizados.

3.1. Procedimientos de Corrientes.

El análisis de corrientes permite hacer el estudio, además de sobre la serie observada, sobre las tres contribuciones energéticas suelen caracterizarlas: corrientes de marea, subinerciales e inerciales. Éstas se obtienen de forma automática a partir de la serie original.

Una vez elegidas das las estaciones para las cuales se realizará el análisis, se pasa a seleccionar todos los resultados que se desean obtener del análisis de las corrientes, a saber:

• Representación directa y mensual de la serie observada, que se obtiene de tres formas: módulo-dirección, por componentes y el

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vector de corrientes. El criterio de direcciones es tal que 0° corresponde a una corriente hacia el norte y los ángulos se incrementan en el sentido de las agujas del reloj. Se ha optado por su representación mensual para evitar figuras confusas a causa de la alta variabilidad temporal.

• Representación del vector progresivo de la serie observada, por meses y/o del periodo completo. Este consiste en un dibujo de la trayectoria que seguiría una partícula virtual sometida a un campo de velocidades constante espacialmente y que toma los mismos valores en el tiempo que los medidos por el correntímetro. En estas figuras, los valores positivos del eje x corresponden al este y los del y al norte.

• Estadísticas mensuales de la serie observada en forma de tablas de evolución mensual de la velocidad de la corriente.

• Cálculos estadísticos de la serie observada, en los que se obtiene una distribución conjunta de intensidad y dirección. Contiene la siguiente información: una cabecera que incluye tanto por ciento de valores útiles, intensidad y dirección resultante media, velocidad media y velocidad máxima; histogramas de módulos y de direcciones de la corriente.

• Rosas de la serie observada, en las que se representan las velocidades y direcciones de la corriente asociadas a su probabilidad de ocurrencia. Se obtienen rosas tanto para la serie total como para cada una de las estaciones. Les acompaña una cabecera similar a la de los cálculos estadísticos.

• Cálculo del espectro de densidad de la energía de la serie observada mediante un análisis de Fourier con 13 grados de libertad. Sobre cada gráfico aparecen marcadas una serie de frecuencias de marea características (M2, N2 y S2 representando a las componentes semidiurnas y K1 a las diurnas) y la frecuencia inercial (f).

• Cálculo de las elipses de marea de la serie observada mediante el programa de Foreman. El criterio de ángulos es: corrientes hacia el este corresponden a 0° y hacia el norte a 90°. El signo del semieje menor marca el sentido de rotación de la elipse. Un signo menos indica un giro en el sentido de las agujas del reloj, mientras que un valor positivo corresponde al sentido contrario.

• Representación, cálculos estadísticos, rosas y análisis de Foreman de la serie de altas frecuencias, en las que toda la energía de la banda subinercial ha sido eliminada por medio de un filtro de paso alto.

• Análisis de las corrientes de residuos, que resultan de restar las de marea de las observadas. Se pueden generar representaciones de la serie análogas a las que se pueden obtener para la serie observada así como el espectro de densidad de la energía de las componentes.

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• Análisis de las series subinerciales, que se calculan aplicado un filtro de medias móviles del tipo A24A24A25. De manera análoga a la serie observada, se puede obtener la representación del periodo completo de la serie subinercial por componentes, módulo-dirección, vector de corrientes y vector progresivo, cálculos estadísticos así como rosas.

• Representación de la serie inercial, que se obtiene mediante un filtro en el dominio de las frecuencias para aislar las corrientes en una banda de frecuencia cercana a la inercial.

3.2. Procedimientos de Hidrografía.

Esta área compromete el análisis de las series temporales de salinidad y/o temperatura del agua. Este análisis se puede realizar sobre la serie observada y también sobre la subinercial, que se calcula automáticamente a partir de la serie original por medio de un filtro de medias móviles del tipo A24A24A25.

A la hora de hacer un estudio hidrográfico se puede seleccionar:

• Representación directa de la serie observada de salinidad y/o temperatura, tanto del periodo completo como por meses.

• Representación de la serie subinercial del periodo completo de salinidad y/o temperatura.

• Representación de la serie observada para el periodo completo en forma de diagrama TS.

• Representación de la serie subinercial en forma de diagrama TS tanto para el periodo completo como por meses.

3.3. Procedimientos de Oleaje.

El área de análisis de datos de oleaje está preparada para hacer un tratamiento de las siguientes variables:

altura significante del oleaje

periodo medio del oleaje

altura máxima del oleaje

periodo de pico del oleaje

dirección media en el pico del oleaje

El análisis comprende las siguientes posibilidades:

• Representación directa de las series observadas de cada una de las variables asociadas al oleaje. Las representaciones, pueden ser tanto del periodo completo como dividido por meses.

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• Estadísticas mensuales básicas mediante tablas de encuentro entre altura y periodo de pico del oleaje. Además de dicha tabla, la descripción estadística contiene una cabecera con información útil sobre el periodo analizado (altura significante media, altura significante máxima...), un histograma de la altura significante y otro del periodo de pico del oleaje.

• Distribuciones conjuntas de altura y dirección de oleaje, que muestra, para cada serie total y por estaciones, una descripción estadística de la serie que contiene la siguiente información: una cabecera que muestra fechas analizadas, número de datos medidos, tanto por ciento de valores útiles durante el periodo considerado, altura significante media y altura significante máxima.

• Rosas de oleaje, que representan la altura y dirección del oleaje

asociadas a su probabilidad de ocurrencia. Se han preparado rosas tanto para la serie total como para cada una de las estaciones del año. Estas figuras incluyen una cabecera análoga a la de las distribuciones conjuntas.

3.4. Procedimientos de Atmósfera.

Este área de trabajo permite hacer un tratamiento sobre series temporales de las siguientes variables atmosféricas: viento, presión y temperatura del aire.

El análisis de las series temporales de viento guarda un gran parecido con el de las series de corrientes. Para uniformizar criterios, las direcciones de los vientos de las series a analizar se rotarán antes de forma que en los resultados éstas indicarán “hacia” en lugar de “desde” donde sopla el viento.

El tratamiento de la serie de vientos permite obtener:

• Representación directa y mensual de la serie observada, que se ofrece de tres formas: módulo-dirección, por componentes y mediante vectores de viento. El criterio de direcciones es tal que 0° corresponde a una corriente hacia el norte y los ángulos se incrementan en el sentido de las agujas del reloj. Se ha optado por su representación mensual para evitar figuras confusas a causa de la alta variabilidad temporal.

• Representación del vector progresivo de la serie observada, por meses y/o del periodo completo. Este consiste en un dibujo de la trayectoria que seguiría una partícula virtual sometida a un campo de velocidades constante espacialmente y que toma los mismos valores en el tiempo que los medidos por el sensor. En estas figuras, los valores positivos del eje x corresponden al este y los del y al norte.

• Estadísticas mensuales de la serie observada en forma de tablas de evolución mensual de la velocidad del viento.

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• Cálculos estadísticos de la serie observada, en los que se obtiene una distribución conjunta de intensidad y dirección. Contiene la siguiente información: una cabecera que incluye tanto por ciento de valores útiles, intensidad y dirección resultante media, velocidad media y velocidad máxima; histogramas de módulos y de direcciones del viento.

• Rosas de la serie observada, en las que se representan las velocidades y direcciones del viento asociadas a su probabilidad de ocurrencia. Se obtienen rosas tanto para la serie total como para cada una de las estaciones. Les acompaña una cabecera similar a la de los cálculos estadísticos.

• Cálculo del espectro de densidad de la energía de la serie observada mediante un análisis de Fourier con 13 grados de libertad. Aunque carezca de sentido, sobre cada gráfico aparecen marcadas una serie de frecuencias de marea características (M2, N2 y S2 representando a las componentes semidiurnas y K1 a las diurnas) y la frecuencia inercial (f).

Para las demás variables atmosféricas (temperatura y presión) se pueden obtener representaciones directas de la serie observada en el periodo completo.

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III. MODUS OPERANDI

Con el fin de explicar con la mayor sencillez el método de trabajo que propone este servicio de análisis de datos, vamos a suponer que somos potenciales usuarios del sistema y seguir cada uno de los pasos que se deben dar para analizar una serie de datos de corrientes.

1. Solicitar el Alta como Usuario.

El primer paso para poder acceder al servicio es el de solicitar el alta como usuario, o lo que es lo mismo, solicitar un usuario y una contraseña aceptadas por el sistema.

Para ello basta con acceder al área de “solicitud de alta” de página de entrada (ver figura 1). Allí habrá que cumplimentar un formulario con información sobre la institución que solicita el alta así como un correo electrónico de contacto (ver figura 2).

Figura 1. Página de acceso al servicio de análisis de datos

Figura 2. Formulario de Solicitud de alta como Usuario

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Una vez enviado el formulario, y en un espacio breve de tiempo, la clave de acceso y el usuario las recibirá la persona de contacto por email.

Una vez el usuario ha recibido esta información, podrá acceder al servicio a través de la página de entrada utilizando su usuario y su contraseña (ver figura 3).

El sistema puede aceptar más de una sesión simultánea del mismo usuario, pero esto no es recomendable porque puede afectar al correcto desarrollo de los análisis de las series.

2. Crear una estación: descripción del punto de medida.

Lo que primero debe hacer un nuevo usuario que desee analizar una serie temporal de datos, es introducir una mínima descripción del punto donde se han tomado las medidas que será almacenada en el servidor y utilizada a la hora de hacer el tratamiento de datos. Así esta información servirá para todas las ocasiones en las que se analicen datos procedentes de ese punto. A cada punto de medida se le denomina estación, y para introducir la mencionada descripción, hay que entrar en el área denominada “Crear una Nueva Estación” del menú lateral izquierdo (ver figura 3) y rellenar el formulario que aparecerá (ver figura 4).

Figura 3. Página principal del Servicio

Figura 4. Formulario para describir el punto de medida

Menú para configurar estaciones

Menú para analizar datos

Enlace para salir de la sesión

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En el formulario se deberán cumplimentar: el nombre completo de la estación, un código de 5 letras con el que se va a identificar la estación, la latitud y longitud del punto de medida y el rango de valores que se tendrán en cuenta a la hora de hacer representaciones de la serie de datos (ver apartado 1 del capítulo II). Toda esta información es necesaria y se utilizará en el proceso de tratamiento de la serie temporal.

Si la estación se crea correctamente, aparecerá una ventana confirmándolo. Si existiera anteriormente una estación con el mismo nombre, solicitará que éste se modifique con el fin de que no se produzcan interferencias.

Una vez se ha creado la estación, el usuario está en disposición de cargar los datos que desea analizar de ese punto.

Al igual que la pestaña para crear una estación, en el menú lateral de la izquierda (ver Figura 3) existe la posibilidad de borrar estaciones, así como modificarlas si se desea cambiar alguno de los datos introducidos (ver figura 5).

3. Cargar datos del usuario en el servidor.

Para llevar a cabo el análisis de los datos es necesario cargarlos en el servidor. Esto se puede hacer de forma directa a través del servicio web. Basta con entrar en el área “Cargar Datos” a través del menú lateral izquierdo de la página. Cada fichero de datos quedará asociado a una estación (al punto de medida), es por ello que lo primero que se le solicitará al usuario es que seleccione entre las estaciones existentes (las que el usuario haya definido previamente) la que corresponde a los datos.

La primera pantalla que aparecerá solicitará del usuario que indique si desea interpolar o filtrar datos en caso de que sus series no sean horarias. Los procedimientos que efectúan los cálculos están preparados para trabajar con series horarias. Para solventar esta limitación se ofrece la posibilidad de filtrar o interpolar las series no horarias.

Figura 5. Área para la modificación de Estaciones

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Al a continuación, aparecerá una pantalla como la que se ve en la figura 6. Mediante el botón examinar, se abrirá un explorador que permitirá buscar en el ordenador del usuario el fichero que contiene los datos.

Los datos deben estar “codificados” en el formato que se determinó para el intercambio de este tipo de datos dentro del proyecto ESEOO, el ESEOOXML (ver figura 7). Sólo si el fichero está en este formato será almacenado en el servidor, de lo contrario aparecerá un mensaje de aviso.

Este servicio solo acepta un fichero de datos por estación, de modo que cada vez que se cargue un nuevo fichero, éste suplantará al anterior.

Los datos quedarán almacenados el en servidor durante un plazo máximo de una semana, ya que todos los ficheros serán borrados semanalmente.

Una vez los datos están alojados en el servidor, el usuario está en disposición de analizarlos.

Cada usuario solo tendrá acceso a sus datos así como a sus estaciones.

Figura 6. Pantalla para cargar el Fichero de Datos en el Servidor

Figura 7. Ejemplo de Fichero ESEOOXML

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4. Análisis de datos: un ejemplo, las corrientes.

Supongamos que el usuario quiere analizar los datos de corrientes que contiene su fichero. Mediante el botón “Procedimientos de Corrientes” se accede al área de análisis de este tipo de datos. De forma idéntica se procedería en el caso de querer tratar cualquiera de las demás variables que acepta este servicio, accediendo al área de análisis que le corresponda: hidrografía, oleaje o atmósfera.

Al acceder a éste área, se le solicitará al usuario que seleccione de la lista de las estaciones que tiene definidas, las que desea analizar. Podrá seleccionar todas las que desee.

Una vez se han seleccionado las estaciones, aparecerá una pantalla de comprobación, que mostrará información sobre el fichero de datos que hay almacenado en cada estación. Así el usuario puede confirmar que es el que desea tratar. En esta pantalla se puede acceder directamente al área de carga de datos por si se desea modificar el fichero.

A continuación se pasan a seleccionar los resultados que se desean obtener del análisis de la serie de datos. La selección es múltiple (ver figura 8), es decir, se pueden seleccionar tantos productos como elementos hay en la lista.

El análisis de las series (tantas como estaciones seleccionadas) puede llevar unos minutos, dependiendo del tamaño de las series de datos y del número de resultados solicitados. Mientras los cálculos se llevan a cabo aparecerá una pantalla de progreso.

Figura 8. Página de Selección de Resultados

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Una vez concluido el análisis, automáticamente se accederá a una pantalla para la visualización de resultados (ver figura 9). La pantalla tiene varias partes.

En la parte superior de la pantalla de visualización aparecerán listadas el número de estaciones analizadas en forma de enlace. La visualización se hace estación por estación, por tanto, en caso de existir varias estaciones se debe seleccionar de la lista cual de ellas se desea ver.

En el lado izquierdo de la zona central aparecerán listados los productos obtenidos en forma de “links”, y al presionar con el ratón sobre cada uno de ellos a su derecha aparecerán las imágenes asociadas a dicho resultado. Si se presiona sobre estas imágenes, se podrá ver la imagen maximizada en una ventana emergente.

En la parte superior izquierda de la pantalla de visualización, está la zona de descargas. El usuario se puede bajar todos los resultados gráficos de los análisis en formato GIF. También puede ver o descargar en su PC un informe PDF que resume los resultados obtenidos.

Figura 9. Página para la visualización de Resultados

LLiissttaa ddee eessttaacciioonneess

LLiissttaa ddee RReessuullttaaddooss

VViissttaa ddee RReessuullttaaddooss

ÁÁrreeaa ddee ddeessccaarrggaass

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IV. RESTRICCIONES

Para que el análisis se lleve a cabo satisfactoriamente hay que tener en cuenta:

• Que el servicio está preparado para trabajar con series horarias. Tratar de analizar series no horarias con puede dar lugar a errores en la ejecución de los programas y en cualquier caso resultados no representativos. Para usuarios que dispongan series tri-horarias existe la posibilidad de ejecutar una interpolación lineal de los datos para que así puedan ser tratadas. Próximamente se dispondrá la posibilidad de filtrar series con otros intervalos temporales entre registros.

• Que los ficheros de datos a tratar han de estar en formato ESEOOXML.

• Que las fechas han de tener el siguiente formato: AAAAMMDD HH

• Que los datos han de ir expresados en las unidades apropiadas, tal y como se puede ver en la tabla que aparece en el Anexo I.

• Que los ficheros de datos se eliminan del servidor semanalmente. Las estaciones sin embargo quedan almacenadas hasta que el propio usuario decida borrarlas.

• Que los resultados no se quedan almacenados, y se eliminan una vez ha terminado la sesión.

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IV. ANEXO I

VARIABLES UNIDADES

Intensidad cm/s

Corrientes Dirección

0-360º sentido horario. Indica dirección de propagación.

Temperatura ºC Hidrográficas

Salinidad psu

Altura metros

Oleaje Dirección

0-360º sentido horario. Indica dirección de procedencia.

Intensidad del Viento m/s

Dirección del Viento

0-360º sentido horario. Indica dirección de procedencia. (Nota: al realizar el análisis se cambia el sentido de forma que los resultados indiquen propagación).

Presión mb

Atmosféricas

Temperatura ºC

Tabla1. Unidades en las que deben ir expresadas cada una de las variables que se pueden analizar en el servicio ESEOO.