Estaciones hidrometeorológicas - Análisis de Riesgos

Estaciones hidrometeorológicas¶

🧭 Introducción¶

Las estaciones hidrometeorológicas constituyen la columna vertebral del monitoreo ambiental en Colombia. Este cuadernillo explora cómo acceder, explorar y visualizar la información proveniente de las estaciones del IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales), usando herramientas de código abierto como Python, Pandas, Cartopy y Folium.

Aprenderás a consultar el catálogo nacional de estaciones, visualizar su ubicación geográfica, e integrar consultas de datos históricos y en tiempo casi real desde la plataforma datosabiertos.gov.co.

Introducción a la red de monitoreo del IDEAM
Catálogo de estaciones de IDEAM
Consulta de datos usando la plataforma datosabiertos.gov.co
Consulta de datos de temperatura y precipitación
Otros datos disponibles

📚 ¿Qué vas a aprender?¶

Al finalizar este cuadernillo, podrás:

Acceder al catálogo nacional de estaciones hidrometeorológicas de IDEAM.
Visualizar estaciones sobre mapas estáticos e interactivos.
Consultar series de datos históricos de temperatura y precipitación usando sodapy.
Realizar consultas SQL en la API de datos abiertos de Colombia.
Procesar y graficar series de datos recientes en tiempo cercano al real.

✅ Requisitos previos¶

Conceptos	Importancia	Notas
Introducción a Pandas	Necesario	Lectura de datos tabulares
Introducción a Datetime	Necesario	Entender estampas de tiempo
Introducción a Cartopy	Necesario	Entender estampas de tiempo
Introducción a folium	Útil	Mapas interactivos

⏱️ Tiempo estimado: 30 minutos
✍️ Formato: Interactivo. Ejecuta y modifica el código en cada celda.

1. 🗂️ Catálogo nacional de estaciones del IDEAM¶

1.1 📄 Lectura del catálogo¶

El IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales) mantiene un catálogo actualizado de más de 4.000 estaciones hidrometeorológicas activas, suspendidas o en mantenimiento. Este catálogo incluye estaciones limnológicas, climáticas, agrometeorológicas, sinópticas, entre otras, distribuidas por todo el territorio nacional.

A continuación, mostramos cómo conectarse al portal y descargar el catálogo nacional de estaciones:

from datetime import datetime, timedelta

import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as feature
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
from matplotlib.dates import DateFormatter, HourLocator
from pandas import to_datetime
from sodapy import Socrata

# Crear cliente sin autenticación (None)
client = Socrata("www.datos.gov.co", None)

# Descargar registros del catálogo nacional de estaciones (máx. 10,000)
results = client.get("hp9r-jxuu", limit=10000)

# Convertir los datos a un DataFrame de Pandas
df_cat = pd.DataFrame.from_records(results)
# Este conjunto de datos incluye la ubicación geográfica de cada estación en formato anidado (ubicaci_n), 
# por lo que es necesario extraer manualmente las coordenadas:
df_cat["latitud"] = df_cat["ubicaci_n"].apply(lambda d: float(d["latitude"]))
df_cat["longitud"] = df_cat["ubicaci_n"].apply(lambda d: float(d["longitude"]))

df_cat.head()

1.2 🗺️ Mapa de estaciones¶

Una vez cargado el catálogo de estaciones, podemos visualizar su distribución geográfica mediante un mapa estático utilizando la librería Cartopy.

Este tipo de visualización nos permite identificar la cobertura espacial de la red de monitoreo del IDEAM, así como detectar posibles vacíos geográficos o concentraciones de estaciones en ciertas regiones del país.

A continuación, se muestra cómo generar un mapa base con las estaciones ubicadas mediante coordenadas geográficas (latitud y longitud).

fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection": ccrs.PlateCarree()}, dpi=150)
ax.coastlines()
gl = ax.gridlines(draw_labels=True, crs=ccrs.PlateCarree())
ax.scatter(df_cat["longitud"], df_cat["latitud"], transform=ccrs.PlateCarree(), s=0.5)
ax.add_feature(feature.LAND)
ax.add_feature(feature.OCEAN)
ax.add_feature(feature.COASTLINE, linewidth=0.5)
ax.add_feature(feature.BORDERS, linewidth=0.5);

1.3 🗂️ Visualización por estado de las estaciones¶

Además de visualizar todas las estaciones en un único mapa, también es útil representar su distribución según el estado operativo: si están activas, en mantenimiento o suspendidas.

Esta visualización facilita:

Evaluar la cobertura real de la red de monitoreo actual (estaciones activas),
Identificar regiones con estaciones fuera de servicio,
Priorizar acciones de mantenimiento o rehabilitación.

df_grp = df_cat.groupby("estado")

import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as feature
import matplotlib.pyplot as plt

fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection": ccrs.PlateCarree()}, dpi=150)

for _, group in df_grp:
    ax.scatter(
        group["longitud"],
        group["latitud"],
        transform=ccrs.PlateCarree(),
        s=0.5,
        label=_,
    )

ax.coastlines()
gl = ax.gridlines(draw_labels=True, crs=ccrs.PlateCarree())
ax.add_feature(feature.LAND)
ax.add_feature(feature.OCEAN)
ax.add_feature(feature.COASTLINE, linewidth=0.5)
ax.add_feature(feature.BORDERS, linewidth=0.5)
ax.legend(fontsize=5);

2. 🌧️ Consulta de datos históricos desde datosabiertos.gov.co¶

Una vez conocemos la ubicación y estado de las estaciones hidrometeorológicas, podemos acceder a sus registros históricos —como precipitación, temperatura, humedad, presión, etc.— mediante la plataforma datosabiertos.gov.co.

Esta plataforma, basada en Socrata, ofrece una API pública que permite consultar y filtrar datos por estación, variable, fecha, entre otros criterios.

📌 Cada variable disponible tiene un identificador único llamado dataset_identifier. Por ejemplo:
s54a-sgyg: Precipitación
sbwg-7ju4: Temperatura
uext-mhny: Humedad relativa

En esta sección, aprenderás a:

Conectarte a la API de datos abiertos,
Consultar registros históricos de una estación específica,
Visualizar series temporales de variables como la precipitación y temperatura.

2.1 ☔ Consulta de datos de precipitación¶

Usaremos el identificador s54a-sgyg, correspondiente a registros de precipitación reportada por estaciones automáticas y convencionales.

Primero, realizamos una consulta general para descargar los primeros 2.000 registros:

# Crear cliente de conexión
client = Socrata("www.datos.gov.co", None)

# Descargar registros de precipitación (máximo 2000)
results = client.get("s54a-sgyg", limit=2000)
df_ppt = pd.DataFrame.from_records(results)
df_ppt.head()

El conjunto de datos incluye campos como:

fechaobservacion: fecha y hora de la medición
valorobservado: valor de precipitación (en mm)
codigoestacion y nombreestacion
latitud y longitud
departamento, municipio, zonahidrografica

2.2 🌡️ Serie temporal de temperatura para una estación específica¶

Ahora consultaremos la serie temporal de temperatura del aire registrada por la estación 0021205012, correspondiente a la Universidad Nacional - Bogotá, usando el conjunto de datos identificado como sbwg-7ju4.

Al tratarse de una serie histórica extensa, es posible que las solicitudes a la API tarden más de lo normal. Para evitar errores de tipo Timeout, recomendamos crear un cliente con un mayor tiempo de espera.

from sodapy import Socrata

# Crear un nuevo cliente con mayor tiempo de espera
client_long = Socrata("www.datos.gov.co", None, timeout=60)

temp_query = client_long.get(
    dataset_identifier="sbwg-7ju4",
    select="fechaobservacion, valorobservado, codigoestacion",
    where="codigoestacion IN ('0021205012') AND fechaobservacion > '2020-01' AND fechaobservacion < '2020-02'",
    limit=1000,
)


# Convertir resultados a DataFrame
df_temp = pd.DataFrame.from_records(temp_query)
df_temp.head()

Convertimos los datos a los tipos adecuados antes de graficarlos:

# Conversión de tipos y orden temporal
df_temp["fechaobservacion"] = pd.to_datetime(df_temp["fechaobservacion"])
df_temp["valorobservado"] = df_temp["valorobservado"].astype(float)
df_temp.set_index("fechaobservacion", inplace=True)
df_temp = df_temp.sort_index()
df_temp.info()

Finalmente, graficamos la serie temporal de temperatura:

# Graficar serie de temperatura
fig, ax = plt.subplots(figsize=(12, 3))
df_temp["valorobservado"].plot(ax=ax, color="C1")

ax.set_title("Temperatura en la Estación 0021205012 (Universidad Nacional - Bogotá)")
ax.set_ylabel("Temperatura [°C]")
ax.set_xlabel("Fecha")

plt.tight_layout()

⚠️ Evita consultar rangos de datos muy amplios

La plataforma de datos abiertos Socrata impone límites de uso y puede restringir consultas que:

Acceden a un número muy alto de registros (varios miles).
Cubren periodos de tiempo muy amplios (años completos o toda la base de datos).
Se realizan sin autenticación (sin app_token).

💡 Para evitar errores como ReadTimeout, ThrottlingError o consultas vacías, limita tu consulta a periodos cortos, por ejemplo un mes a la vez:

where="codigoestacion IN ('0021205012') AND fechaobservacion > '2020-01' AND fechaobservacion < '2020-02'"

3. ⏱️ Datos en tiempo “Causi-real” de IDEAM¶

Además del acceso a información histórica, el IDEAM publica un conjunto de datos adicional que contiene observaciones en tiempo cercano a la medición (también llamado cuasi-real). Este conjunto está disponible en datosabiertos.gov.co y corresponde al siguiente identificador:

dataset_identifier = "57sv-p2fu"

📡 Este conjunto de datos permite acceder a las lecturas más recientes reportadas por estaciones automáticas del IDEAM y de terceros, incluyendo variables como temperatura, precipitación, viento y presión, entre otros.

🚨 A diferencia de los datasets históricos como s54a-sgyg (precipitación) o sbwg-7ju4 (temperatura), este recurso:

Está diseñado para monitoreo en línea o con muy poco retardo.
Puede contener observaciones con menor validación o control de calidad.
Agrupa datos de sensores diversos en una sola tabla.
Incluye estaciones del IDEAM y también estaciones de terceros.

A continuación, realizamos una consulta básica para ver qué columnas contiene esta tabla, filtrando las observaciones de los últimos 5 días:

from datetime import datetime, timedelta
from pandas import to_datetime

# Establecer rango de fechas recientes
fecha_inicio = datetime.now() - timedelta(days=5)
fecha_inicio_str = f"{to_datetime(fecha_inicio):%Y-%m-%d}"

# Consulta al dataset cuasi-real
nrt_query = client.get(
    dataset_identifier="57sv-p2fu",
    select="*",
    where=f"fechaobservacion >= '{fecha_inicio_str}'",
    limit=1000
)

# Convertir a DataFrame
df_nrt = pd.DataFrame.from_records(nrt_query)
df_nrt.head()

🔎 Este conjunto de datos es ideal para desarrollar sistemas de monitoreo operativo, alertas tempranas, o visualizar fenómenos meteorológicos recientes. Sin embargo, no es recomendable usarlo directamente para análisis climatológicos de largo plazo debido a su naturaleza preliminar.

En la siguiente subsección exploraremos cómo filtrar los datos por estación y sensor, y generar una serie temporal.

3.1 📈 Serie temporal cuasi-real por estación y sensor¶

Podemos consultar datos cuasi-reales de una estación específica utilizando su codigoestacion y el codigosensor correspondiente a la variable de interés. Por ejemplo, el sensor 0071 reporta temperatura del aire.

A continuación, filtramos los datos recientes de la estación Aeropuerto Alberto Lleras Camargo (Sogamoso) con código 0024035340

# Parámetros de consulta
cod_est = "0024035340"  # Aeropuerto de Sogamoso
cod_sensor = "0071"     # Sensor de temperatura

# Consulta de temperatura en tiempo cuasi-real
aero_query = client.get(
    dataset_identifier="57sv-p2fu",
    select="fechaobservacion, valorobservado",
    where=f"fechaobservacion >= '{fecha_inicio_str}' \
            AND codigoestacion IN ('{cod_est}') \
            AND codigosensor IN ('{cod_sensor}')",
    limit=2000
)

# Convertir a DataFrame
df_aero = pd.DataFrame.from_records(aero_query)
df_aero["fechaobservacion"] = pd.to_datetime(df_aero["fechaobservacion"])
df_aero["valorobservado"] = df_aero["valorobservado"].astype(float)
df_aero = df_aero.set_index("fechaobservacion").sort_index()

df_aero

Ahora generemos un gráfico rápido de la serie de temperatura para las últimas 24 horas

# Visualización de la serie temporal
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 3))
df_aero["valorobservado"].plot(ax=ax, color="C1")

ax.set_title("Serie de temperatura (cuasi-real) - Aeropuerto Sogamoso")
ax.set_ylabel("Temperatura [°C]")
ax.set_xlabel("Fecha y hora")
ax.grid(True)
plt.tight_layout()

3.2 📊 Múltiples estaciones, un mismo sensor¶

También es posible consultar simultáneamente varias estaciones que reportan una misma variable —por ejemplo, temperatura del aire— filtrando por su codigoestacion y el mismo codigosensor.

A continuación, consultamos datos recientes del sensor de temperatura (codigosensor = "0071") para tres estaciones:

Aeropuerto de Sogamoso (0024035340)
Universidad Nacional - Bogotá (0021205012)

# Estaciones a consultar
estaciones = {
    "0024035340": "Sogamoso - Aeropuerto",
    "0021205012": "Bogotá - UNAL"
}
sensor_temp = "0071"
estaciones_str = ", ".join([f"'{e}'" for e in estaciones.keys()])

# Consulta
multi_query = client.get(
    dataset_identifier="57sv-p2fu",
    select="fechaobservacion, valorobservado, codigoestacion",
    where=f"fechaobservacion >= '{fecha_inicio_str}' \
            AND codigosensor IN ('{sensor_temp}') \
            AND codigoestacion IN ({estaciones_str})",
    limit=3000
)

# Procesamiento
df_multi = pd.DataFrame.from_records(multi_query)
df_multi["fechaobservacion"] = pd.to_datetime(df_multi["fechaobservacion"])
df_multi["valorobservado"] = df_multi["valorobservado"].astype(float)
df_multi = df_multi.sort_values("fechaobservacion")

Antes de graficar los resultados, es importante asegurarnos de que los datos han sido correctamente transformados:

La columna fechaobservacion debe convertirse a datetime.
El campo valorobservado debe convertirse a float.
Ordenamos los datos por fecha para asegurar una visualización coherente.

A continuación, graficamos la serie temporal de temperatura para cada estación, usando un color diferente por cada una.

# Gráfico
fig, ax = plt.subplots(figsize=(12, 4))

for codigo, nombre in estaciones.items():
    df_plot = df_multi[df_multi["codigoestacion"] == codigo]
    if not df_plot.empty:
        ax.plot(
            df_plot["fechaobservacion"],
            df_plot["valorobservado"],
            label=nombre,
            lw=1
        )
    else:
        print(f"⚠️ No hay datos recientes para la estación: {nombre}")

ax.set_title("Temperatura cuasi-real: Sogamoso vs. Bogotá (UNAL)")
ax.set_ylabel("Temperatura [°C]")
ax.set_xlabel("Fecha y hora")
ax.legend(title="Estación")
ax.grid(True)
plt.tight_layout()

📌 Esta estrategia es útil para comparar condiciones meteorológicas en diferentes regiones del país en tiempo cuasi-real. Puedes usar esta técnica para otras variables como precipitación, humedad o viento, cambiando el codigosensor.

🔍 Si no conoces el código de sensor para una variable específica, puedes consultar los datos sin filtrar por codigosensor y luego explorar los valores únicos con:

df_nrt["codigosensor"].unique()

✅ Conclusiones¶

En este cuadernillo exploramos distintas formas de acceder, consultar y visualizar información de la red de estaciones hidrometeorológicas del IDEAM utilizando Python. A lo largo de las secciones desarrollamos herramientas para:

📥 Consultar el catálogo nacional de estaciones con ubicación, categoría, estado operativo y entidad responsable.
🗺️ Visualizar las estaciones sobre mapas estáticos e interactivos para una mejor comprensión espacial de la red de monitoreo.
📊 Acceder a datos históricos a través de la plataforma datosabiertos.gov.co, utilizando la API de Socrata y la librería sodapy.
🌦️ Filtrar, consultar y graficar variables específicas como precipitación y temperatura para estaciones individuales o múltiples.
⏱️ Consultar y graficar datos en tiempo cuasi-real, disponibles en una tabla distinta a los datos históricos.

Este enfoque permite a investigadores, profesionales y estudiantes acceder de forma programática a datos públicos hidrometeorológicos de alta resolución temporal y espacial, facilitando así el desarrollo de análisis, visualizaciones y modelos.

⚠️ Recuerda limitar el tamaño de las consultas realizadas a Socrata para evitar errores por tiempos de espera o restricciones de uso del API.

📚 Recursos y referencias¶

Rose, B. E. J., Kent, J., Tyle, K., Clyne, J., Banihirwe, A., Camron, D., May, R., Grover, M., Ford, R. R., Paul, K., Morley, J., Eroglu, O., Kailyn, L., & Zacharias, A. (2023). Pythia Foundations (Version v2023.05.01). Rose et al. (2023)
Portal de datos abiertos de Colombia – IDEAM:
https://www.datos.gov.co
Documentación de Socrata Open Data API (SODA):
https://dev.socrata.com/
Repositorio de datos hidrometeorológicos crudos – IDEAM:
https://www.datos.gov.co/Ambiente-y-Desarrollo-Sostenible/Datos-Hidrometeorol-gicos-Crudos-Red-de-Estaciones/sbwg-7ju4
Cuaderno basado en la infraestructura educativa abierta del proyecto Project Pythia

References¶

Rose, B., Kent, J., Tyle, K., Clyne, Banihirwe, A., Camron, D., Ford, R., Morley, J., Grover, M., Eroglu, O., Paul, K., May, R., Lkailynncar, Irving, D., Uieda, L., Ojaybee, Blain, P., & Moon, Z. (2023). ProjectPythia/pythia-foundations: v2023.05.01. Zenodo. 10.5281/ZENODO.7884572

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