In the last two decades, several researchers have claimed to have discovered low-dimensional determinism in hydrological processes, such as rainfall and runoff, using methods of chaotic analysis. However, such results have been criticized by others. In an attempt to offer additional insights into this discussion, it is shown here that, in some cases, merely the careful application of concepts of dynamical systems, without doing any calculation, provides strong indications that hydrological processes cannot be (low-dimensional) deterministic chaotic. Furthermore, it is shown that specific peculiarities of hydrological processes on fine time scales, such as asymmetric, J-shaped distribution functions, intermittency, and high autocorrelations, are synergistic factors that can lead to misleading conclusions regarding the presence of (low-dimensional) deterministic chaos. In addition, the recovery of a hypothetical attractor from a time series is put as a statistical estimation problem whose study allows, among others, quantification of the required sample size; this appears to be so huge that it prohibits any accurate estimation, even with the largest available hydrological records. All these arguments are demonstrated using appropriately synthesized theoretical examples. Finally, in light of the theoretical analyses and arguments, typical real-world hydrometeorological time series, such as relative humidity, rainfall, and runoff, are explored and none of them is found to indicate the presence of chaos.Keywords attractors; capacity dimension, chaos; chaotic dynamics; correlation dimension; entropy; hydrological processes; nonlinear analysis; stochastic processes; time series analysis; rainfall; runoff
Sur la recherche d'attracteurs chaotiques dans des processus hydrologiquesRésumé Durant les deux dernières décennies, plusieurs chercheurs ont prétendu avoir découvert le déterminisme bas dimensionnel dans des processus hydrologiques, tels que les précipitations et l'écoulement, en utilisant des méthodes d'analyse chaotique. De tels résultats, cependant, ont été critiqués par d'autres. Afin d'essayer d'offrir des avis supplémentaires dans cette discussion, on montre ici que, dans certains cas, la simple application soigneuse des concepts des systèmes dynamiques, sans aucun calcul, fournit de fortes indications que les processus hydrologiques ne peuvent pas être chaotiques déterministes (bas dimensionnels). En outre, on montre que les particularités spécifiques des processus hydrologiques aux échelles temporelles fines, telles que l'asymétrie, les fonctions de distribution en forme de J, l'intermittence et les autocorrélations élevées, sont des facteurs synergiques qui peuvent mener à des conclusions fallacieuses concernant la présence du chaos déterministe (bas dimensionnel). En outre l'identification d'un attracteur hypothétique à partir d'une série chronologique est posée comme un problème statistique d'estimation, dont l'étude permet, entre d'autres, la quantification de la taille requise de la série; celle-...