Delineation of the Topoclimates of Eastern Cuba by Local Weather Patterns and Unsupervised Machine Learning

Abstract In this study, the principles of complex climatology were applied to delineate topoclimates in the mountains of eastern Cuba. A regional numerical weather model, driven by reanalysis, was used to obtain temperature patterns at a resolution of 0.6 km. Unsupervised machine learning techniques were then utilized to identify weather types based on temperature during rainy and less rainy periods, as well as geographical location. This analysis was supplemented with historical precipitation and geographical data to identify 23 topoclimates in the study area. The methods allowed for the estimation of topoclimate identification errors and provided insights into the representativeness of surface meteorological stations for the study area. The results showed that the rainfall distribution of the identified topoclimates was consistent with that of local climate-forming factors and previous research. Furthermore, new insights into the climatological rainfall characteristics of the lower and middle heights of the mountains in eastern Cuba were identified. Resumo Neste estudo, os princípios da climatologia complexa foram aplicados para delinear os topoclimas nas montanhas do leste de Cuba. Um modelo meteorológico numérico regional, alimentado por dados de reanálise, foi utilizado para obter padrões de temperatura com resolução de 0,6 km. Técnicas de aprendizado de máquina não supervisionadas foram posteriormente utilizadas para identificar tipos de clima com base na temperatura durante períodos chuvosos e menos chuvosos, bem como na localização geográfica. Esta análise foi complementada com dados históricos de precipitação e geográficos para identificar 23 topoclimas na área de estudo. Os métodos permitiram estimar erros de identificação topoclimática e proporcionaram um melhor entendimento sobre a representatividade das estações meteorológicas de superfície para a área de estudo. Os resultados mostraram que a distribuição das chuvas dos topoclimas identificados é consistente com a dos fatores formadores do clima local e de pesquisas anteriores. Além disso, foram identificados novos conhecimentos sobre as características climatológicas das chuvas nas alturas baixas e médias das montanhas no leste de Cuba.