Comparación de la intensidad espacial de volcanes de pequeño volumen en dos campos volcánicos en México mediante el uso de procesos puntuales Poisson
PDF

Palabras clave

campos volcánicos
volcanes de pequeño volumen
geoestadística
intensidad espacial
procesos puntuales
permutaciones volcanic fields
small-volume volcanoes
geostatistics
spatial intensity
point pattern analyses
permutations

Cómo citar

Córdoba Montiel, F. (2024). Comparación de la intensidad espacial de volcanes de pequeño volumen en dos campos volcánicos en México mediante el uso de procesos puntuales Poisson. UVserva, (17), 3–18. https://doi.org/10.25009/uvs.vi17.2987

Resumen

Los volcanes de pequeño volumen son los más abundantes en México y el mundo y tienden a agruparse en el espacio (campos volcánicos). Aquí se aplican técnicas de patrones puntuales espaciales para comparar el comportamiento de la intensidad espacial de los campos volcánicos de Sierra Chichinautzin y Los Tuxtlas. Las intensidades espaciales se ajustan con modelos de procesos Poisson no homogéneos. Posteriormente, se aplica una prueba de permutaciones con simulación Monte Carlo y se propone un estadístico de prueba basado en la razón de verosimilitudes de los modelos ajustados. Los resultados de la prueba de permutaciones presentaron evidencia para rechazar la hipótesis de igualdad de intensidades espaciales entre los campos volcánicos de Sierra Chichinautzin y Los Tuxtlas. El intercepto del modelo ajustado del campo volcánico de Los Tuxtlas estima una intensidad (volcanes por unidad de área) de 0.42, mientras que el intercepto del modelo ajustado de la intensidad del campo volcánico Sierra Chichinautzin fue de 0.40 unidades. Se discuten métodos estadísticos alternativos utilizados en la literatura y se compara su utilidad para contestar preguntas en la vulcanología.

 

Comparison of the spatial intensity of small-volume volcanoes in two volcanic fields in Mexico by using Poisson point pattern analysis

Small-volume volcanoes are the most abundant in Mexico and worldwide, and tend to cluster in space (volcanic fields). Here, spatial point pattern techniques are applied to compare the behavior of the spatial intensity of the Sierra Chichinautzin and Los Tuxtlas volcanic fields. Spatial intensities are fitted with inhomogeneous Poisson process models. Subsequently, a permutations test with Monte Carlo simulation is applied and a test statistic based on the likelihood ratio of the fitted models is proposed. The results of the permutations test delivered evidence to reject the hypothesis of equality of spatial intensities between the volcanic fields of Sierra Chichinautzin and Los Tuxtlas. The intercept of the fitted model of the Los Tuxtlas volcanic field estimates an intensity (volcanoes per unit area) of 0.42 while the intercept of the fitted model of the intensity of the Sierra Chichinautzin volcanic field was 0.40 units. Alternative statistical methods used in the literature are discussed and their usefulness to answer questions in volcanology are compared.

https://doi.org/10.25009/uvs.vi17.2987
PDF

Citas

Baddeley, A., Rubak, E., & Turner, R. (2015). Spatial point patterns: methodology and applications with R. CRC press.

Bebbington, M.S. (2009). Volcanic Eruptions: Stochastic Models of Occurrence Patterns. In: Meyers, R. (eds) Encyclopedia of Complexity and Systems Science. Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-0-387-30440-3_580

Becerril, L., Cappello, A., Galindo, I., Neri, M., & Del Negro, C. (2013). Spatial probability distribution of future volcanic eruptions at El Hierro Island (Canary Islands, Spain). Journal of Volcanology and Geothermal Research, 257, 21-30.

Besag, J., & Diggle, P. J. (1977). Simple Monte Carlo tests for spatial pattern. Journal of the Royal Statistical Society Series C: Applied Statistics, 26(3), 327-333.

Cappello, A., Bilotta, G., Neri, M., & Negro, C. D. (2013). Probabilistic modeling of future volcanic eruptions at Mount Etna. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 118(5), 1925-1935.

Cappello, A., Neri, M., Acocella, V., Gallo, G., Vicari, A., & Del Negro, C. (2012). Spatial vent opening probability map of Etna volcano (Sicily, Italy). Bulletin of Volcanology, 74, 2083-2094.

Connor, C. B., Conway, F. M., & Sigurdsson, H. (2000). Basaltic volcanic fields. Encyclopedia of volcanoes, 1, 331-343.

Diggle, P. J. (2013). Statistical analysis of spatial and spatio-temporal point patterns. CRC press.

Diggle, P. J., Mateu, J., & Clough, H. E. (2000). A comparison between parametric and non-parametric approaches to the analysis of replicated spatial point patterns. Advances in Applied Probability, 32(2), 331-343.

Gelfand, A. E., Diggle, P., Guttorp, P., & Fuentes, M. (2010). Handbook of spatial statistics. CRC press.

Good, P. (2013). Permutation tests: a practical guide to resampling methods for testing hypotheses. Springer Science & Business Media.

Hahn, U. (2012). A studentized permutation test for the comparison of spatial point patterns. Journal of the American Statistical Association, 107(498), 754-764.

Ho, C. H., & Smith, E. I. (1998). A spatial-temporal/3-D model for volcanic hazard assessment: application to the Yucca Mountain region, Nevada. Mathematical geology, 30, 497-510.

Hopkins, J. L., Smid, E.R., Eccles, J. D., Hayes, J. L., Hayward, B. W., McGee, L. E., Wijk, K., Wilson, T.M., Cronin, S. J., Leonard, G. S., Lindsay, J. M., Nemeth, K., Smith, I. E. M. (2021). Auckland Volcanic Field magmatism, volcanism, and hazard: a review, N.Z. J. Geol. Geophys., 64 (2–3), 213–234, doi:

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00288306.2020.1736102

Le Corvec, N., Spörli, K. B., Rowland, J., & Lindsay, J. (2013). Spatial distribution and alignments of volcanic centers: clues to the formation of monogenetic volcanic fields. Earth-Science Reviews, 124, 96-114.

Mazzarini, F., Ferrari, L., & Isola, I. (2010). Self-similar clustering of cinder cones and crust thickness in the Michoacan–Guanajuato and Sierra de Chichinautzin volcanic fields, Trans-Mexican Volcanic Belt. Tectonophysics, 486(1-4), 55-64.

Ripley, B. D. (1977). Modelling spatial patterns. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Methodological), 39(2), 172-192.

Ripley, B. D. (1979). Tests of randomness for spatial point patterns. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Methodological), 41(3), 368-374.

Sieron, K., Guilbaud, M. N., Zarazúa-Carbajal, M. C., & Juárez Cerrillo, S. F. (2023). Monogenetic volcanism in subduction settings: comparative statistical study of the Sierra Chichinautzin and Los Tuxtlas Volcanic Fields in Mexico. Bulletin of Volcanology, 85(2), 14.

Sieron, K., Juárez Cerrillo, S. F., González-Zuccolotto, K., Córdoba-Montiel, F., Connor, C. B., Connor, L., & Tapia-McClung, H. (2021). Morphology and distribution of monogenetic volcanoes in Los Tuxtlas Volcanic Field, Veracruz, Mexico: implications for hazard assessment. Bulletin of Volcanology, 83(7), 47.

Wackerly, D. D., Mendenhall III, W., & Scheaffer, R. L. (2002). Estadística matemática con aplicaciones. México: Cengage Learning.

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.

Derechos de autor 2023 Francisco Córdoba Montiel