Climate Risks (kadi.weather.risk)¶
The Risk class evaluates climate risks for a given location. It calculates drought indices (SPI, Markov, Hurst) and forecasts short-term precipitation probability.
It is used internally by the Weather facade, but can also be instantiated directly for custom analysis.
Direct Importing¶
Initialization¶
Risk is typically not instantiated directly: the Weather facade creates it automatically upon the first invocation of a risk method, accessible via weather.risk.
import kadi as kd
weather = kd.Weather(lat=9.3, lon=2.3, name="Parakou")
# Direct access to the Risk component after an initial risk query
drought_info = weather.drought()
risk = weather.risk # Risk instance available
For direct instantiation:
from kadi.weather import Risk, Location
import pandas as pd
location = Location(lat=9.3, lon=2.3, name="Parakou")
# rainfall : daily pd.Series indexed by date
# forecast : weather forecast pd.DataFrame
risk = Risk(location, rainfall, forecast)
Public Attributes:
| Attribute | Type | Description |
|---|---|---|
location |
Location |
Associated location instance |
rainfall |
pd.Series |
Daily historical rainfall series |
forecast |
pd.DataFrame |
Weather forecast DataFrame |
Methods¶
drought(method, window)¶
Calculates the drought index using the specified method.
# 3-month window SPI
result = risk.drought(method="spi", window=3)
print(f"3-Month SPI : {result['spi_3month']:.2f}")
print(f"Severity : {result['drought_severity']}")
# Markov analysis
result = risk.drought(method="markov")
print(f"P(dry|dry) : {result['markov_p_dry']:.2f}")
# Hurst exponent
result = risk.drought(method="hurst")
print(f"Hurst : {result['hurst_exponent']:.2f}")
# Combination of all three methods
result = risk.drought(method="combined", window=3)
Parameters:
| Name | Type | Default | Description |
|---|---|---|---|
method |
str |
'spi' |
Calculation method among 'spi', 'markov', 'hurst', 'combined' |
window |
int |
3 |
Accumulation window in months (used by SPI) |
Returns: dict - Keys vary based on selected method:
| Key | Present if | Description |
|---|---|---|
spi_Nmonth |
spi or combined |
SPI score for window N |
drought_severity |
spi or combined |
Severity classification |
markov_p_dry |
markov or combined |
P(dry next |
hurst_exponent |
hurst or combined |
Hurst exponent H |
SPI Severity Levels:
| SPI | Severity |
|---|---|
| > 1.0 | no_drought (wet period) |
| -1.0 to 1.0 | mild (normal conditions) |
| -1.5 to -1.0 | moderate |
| < -1.5 | severe |
Exceptions:
ValidationError: unsupported calculation method.
spi(window)¶
Calculates the Standardized Precipitation Index (SPI) following McKee et al. (1993).
Algorithm:
- Rolling precipitation sum over specified time window.
- Gamma distribution fitting on strictly positive rainfall sums.
- Probability mass correction for zero-rain days.
- Inverse normal cumulative distribution transformation to output SPI score.
Parameters:
| Name | Type | Default | Description |
|---|---|---|---|
window |
int |
3 |
Accumulation window in months |
Returns: float - SPI score rounded to 2 decimal places. Returns 0.0 if series standard deviation is zero.
Exceptions:
DataError: empty series, fewer than 30 calculated windows, fewer than 10 non-zero rainfall sums, or Gamma distribution fit failure.
markov(thresh)¶
Calculates Markov transition probabilities between dry and wet days.
trans = risk.markov(thresh=1.0)
print(f"P(dry | previous dry) : {trans['p_dry_dry']:.2f}")
print(f"P(wet | previous dry) : {trans['p_dry_wet']:.2f}")
print(f"P(dry | previous wet) : {trans['p_wet_dry']:.2f}")
print(f"P(wet | previous wet) : {trans['p_wet_wet']:.2f}")
Parameters:
| Name | Type | Default | Description |
|---|---|---|---|
thresh |
float |
1.0 |
Rainfall threshold in mm to classify a day as wet |
Returns: dict
| Key | Description |
|---|---|
p_dry_dry |
P(dry next / dry day) |
p_dry_wet |
P(wet next / dry day) |
p_wet_dry |
P(dry next / wet day) |
p_wet_wet |
P(wet next / wet day) |
Exceptions:
DataError: empty historical series.
hurst(window)¶
Calculates the Hurst exponent using the rescaled range (R/S) method.
An exponent H > 0.5 indicates climate persistence (long memory): dry or wet spells tend to persist over time.
h = risk.hurst(window=1095)
print(f"Hurst exponent : {h:.2f}")
if h > 0.5:
print("Climate persistence detected (long memory).")
elif h < 0.5:
print("Antipersistent behavior.")
else:
print("Random walk (no memory).")
Parameters:
| Name | Type | Default | Description |
|---|---|---|---|
window |
int |
1095 |
Maximum analysis window size in days (approx. 3 years) |
Returns: float - Exponent H bounded in range 0.01 to 0.99. Returns 0.5 if series is too short for reliable regression.
Exceptions:
DataError: fewer than 100 days of data.
rain_prob(days, min_mm)¶
Forecasts rain probability for upcoming days.
Combines two sources:
- Open-Meteo forecast API (70% weight).
- Markov transition probability from local historical data (30% weight).
prob = risk.rain_prob(days=3, min_mm=1.0)
print(f"Tomorrow : {prob['tomorrow'] * 100:.0f}%")
print(f"In 2 days : {prob['2_days'] * 100:.0f}%")
print(f"Message : {prob['message']}")
print(f"Recommendation : {prob['recommendation']}")
Parameters:
| Name | Type | Default | Description |
|---|---|---|---|
days |
int |
1 |
Number of forecast days (1 to 7) |
min_mm |
float |
1.0 |
Rainfall threshold in mm to classify a day as wet |
Returns: dict
| Key | Type | Description |
|---|---|---|
tomorrow |
float |
Rain probability for tomorrow (if days >= 1) |
N_days |
float |
Rain probability for day N (N >= 2) |
message |
str |
Summary phrase indicating maximum risk |
recommendation |
str |
Agronomic recommendation |
Recommendations:
| Maximum Risk | Recommendation |
|---|---|
| > 70% | High leaching risk - postpone chemical applications |
| < 20% | Dry conditions expected - optimal window for chemical treatments |
| Other | Caution recommended for field operations |
Exceptions:
DataError: forecast data missing or empty.
Deprecated Methods¶
| Legacy Method | Replaced By | Since |
|---|---|---|
drought_index(method, window_months) |
drought(method, window) |
v1.2.0 |
markov_transition(threshold_mm) |
markov(thresh) |
v1.2.0 |
hurst_exponent(window) |
hurst(window) |
v1.2.0 |
rain_probability(days_ahead, min_rainfall_mm) |
rain_prob(days, min_mm) |
v1.2.0 |
Deprecated Attributes¶
| Legacy Attribute | Replaced By | Since |
|---|---|---|
rainfall_historical |
rainfall |
v1.2.0 |
forecast_data |
forecast |
v1.2.0 |
Risk ¶
Évalue les risques climatiques (sécheresse, probabilité de pluie).
Attributs
location (Location): Localisation associée. rainfall (pd.Series): Série historique de précipitations journalières. forecast (pd.DataFrame): Prévisions météorologiques.
Source code in kadi/weather/risk.py
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 | |
rainfall_historical
property
writable
¶
Ancien nom de rainfall. Déprécié depuis v1.2.0.
forecast_data
property
writable
¶
Ancien nom de forecast. Déprécié depuis v1.2.0.
__init__ ¶
Initialise les indicateurs de risque.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
location
|
Location
|
Instance de la classe Location. |
required |
rainfall_historical
|
Series
|
Série historique de précipitations journalières. |
required |
forecast_data
|
DataFrame
|
DataFrame de prévisions météorologiques. |
required |
Source code in kadi/weather/risk.py
drought ¶
Calcule l'indice de sécheresse avec la méthode spécifiée.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
method
|
str
|
Méthode de calcul parmi 'spi', 'markov', 'hurst' ou 'combined' (toutes les méthodes combinées). Par défaut 'spi'. |
'spi'
|
window
|
int
|
Fenêtre temporelle d'accumulation en mois pour le calcul du SPI. Par défaut 3. |
3
|
window_months
|
(int, optionnel)
|
Ancien nom du paramètre |
None
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
dict |
dict
|
Dictionnaire avec les résultats de sécheresse. Les clés varient selon la méthode choisie (ex: 'spi_3month', 'drought_severity', 'markov_p_dry', 'hurst_exponent'). |
Raises:
| Type | Description |
|---|---|
ValidationError
|
Si la méthode spécifiée n'est pas supportée. |
Source code in kadi/weather/risk.py
spi ¶
Calcule le Standardized Precipitation Index (SPI) pour la période récente.
La méthode suit la définition de McKee et al. (1993) : 1. Calcul du cumul de précipitations sur la fenêtre temporelle. 2. Ajustement d'une loi Gamma sur les cumuls strictement positifs. 3. Correction de masse de probabilité pour les jours sans pluie. 4. Conversion en score SPI via la loi normale inverse.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
window
|
int
|
Fenêtre d'accumulation en mois. |
3
|
window_months
|
(int, optionnel)
|
Ancien nom du paramètre |
None
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
float |
float
|
Valeur du SPI arrondie à 2 décimales. Vaut 0.0 si tous les cumuls sont identiques (écart-type nul). |
Raises:
| Type | Description |
|---|---|
DataError
|
Si la série est vide, si le nombre de fenêtres calculées est inférieur à 30, si les cumuls non nuls sont trop peu nombreux (moins de 10) pour ajuster une loi Gamma, ou si l'ajustement Gamma échoue numériquement. |
Source code in kadi/weather/risk.py
105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 | |
markov ¶
Calcule les probabilités de transition de Markov entre jours secs et humides.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
thresh
|
float
|
Seuil de précipitation en millimètres pour considérer un jour comme humide. Par défaut 1.0 mm. |
1.0
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
dict |
dict
|
Dictionnaire avec les quatre probabilités de transition : - 'p_dry_dry' : P(sec | sec précédent) - 'p_dry_wet' : P(humide | sec précédent) - 'p_wet_dry' : P(sec | humide précédent) - 'p_wet_wet' : P(humide | humide précédent) |
Raises:
| Type | Description |
|---|---|
DataError
|
Si la série historique est vide. |
Source code in kadi/weather/risk.py
hurst ¶
Calcule l'exposant de Hurst par la méthode de gamme rééchelonnée (R/S).
L'algorithme segmente la série en sous-fenêtres de tailles croissantes, calcule le rapport R/S moyen pour chaque taille, puis estime H par régression log-log. Un exposant H supérieur à 0.5 indique une persistance climatique (mémoire longue).
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
window
|
int
|
Taille maximale de la fenêtre d'analyse en jours. Par défaut 1095 (environ 3 ans). La fenêtre effective est plafonnée à la moitié de la longueur de la série. |
1095
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
float |
float
|
Exposant de Hurst H, compris entre 0.01 et 0.99. Retourne 0.5 si la série est trop courte pour une régression fiable. |
Raises:
| Type | Description |
|---|---|
DataError
|
Si la série historique contient moins de 100 jours. |
Source code in kadi/weather/risk.py
261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 | |
rain_prob ¶
Prévoit la probabilité de pluie pour les prochains jours.
Combine deux sources d'information : 1. Les prévisions API (Open-Meteo) pour le court terme. 2. La probabilité de transition de Markov (calculée sur l'historique local) pour estimer la tendance climatique sous-jacente. La probabilité combinée pondère 70 % sur la prévision API et 30 % sur Markov.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
days
|
int
|
Nombre de jours d'avance à calculer (1 à 7). Par défaut 1. |
1
|
min_mm
|
float
|
Seuil de précipitation en millimètres pour considérer un jour comme humide. Par défaut 1.0 mm. |
1.0
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
dict |
dict
|
Dictionnaire contenant : - 'tomorrow' : probabilité de pluie demain (si days >= 1). - 'N_days' : probabilité pour le jour N (N >= 2). - 'message' : phrase de synthèse avec le risque maximal. - 'recommendation' : recommandation agronomique. |
Raises:
| Type | Description |
|---|---|
DataError
|
Si les données de prévision sont absentes ou vides. |
Source code in kadi/weather/risk.py
338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 | |
drought_index ¶
Ancienne méthode publique. Dépréciée depuis v1.2.0.
Utilisez drought(method, window) à la place.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
method
|
str
|
Méthode de calcul. |
'spi'
|
window_months
|
int
|
Ancien nom de |
3
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
dict |
dict
|
Résultats de l'indice de sécheresse. |
Source code in kadi/weather/risk.py
markov_transition ¶
Ancienne méthode publique. Dépréciée depuis v1.2.0.
Utilisez markov(thresh) à la place.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
threshold_mm
|
float
|
Ancien nom de |
1.0
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
dict |
dict
|
Probabilités de transition de Markov. |
Source code in kadi/weather/risk.py
hurst_exponent ¶
Ancienne méthode publique. Dépréciée depuis v1.2.0.
Utilisez hurst(window) à la place.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
window
|
int
|
Taille maximale de la fenêtre d'analyse. |
1095
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
float |
float
|
Exposant de Hurst H. |
Source code in kadi/weather/risk.py
rain_probability ¶
Ancienne méthode publique. Dépréciée depuis v1.2.0.
Utilisez rain_prob(days, min_mm) à la place.
Parameters:
| Name | Type | Description | Default |
|---|---|---|---|
days_ahead
|
int
|
Ancien nom de |
1
|
min_rainfall_mm
|
float
|
Ancien nom de |
1.0
|
Returns:
| Name | Type | Description |
|---|---|---|
dict |
dict
|
Probabilité de pluie et recommandations. |