Segundo Curso-Taller sobre Modelación y Predicción Hidrológica

University of Washington,Instituto Mexicano de Tecnología del Agua,

yNational Oceanic and Atmospheric Administration

IMTAJiutepec, Morelos. México. 30 de Marzo al 3 de Abril 2009

Participación

Responsables: • Dennis P. Lettenmaier (UW)• Francisco Muñoz Arriola (UW)• René Lobato Sánchez (IMTA)• Esteban Pardo García (IMTA)• Ana Wagner Gomes (IMTA)

Contribuciones: • Shraddhanand Shukla (UW)• Chunmei Zhu (UW)• Theodore Bohn (UW)• Alan Hamlet (UW)• Francisco Muñoz Arriola (UW)

Ponentes:• Francisco Muñoz Arriola (UW)• Andrea Ray (NOAA)

• Universidad de Washington (UW)• Grupo de Investigación de Hidrología de Superficie, Departamento

de Ingeniería Civil y Ambiental, • Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA)

• Sub-coordinación de Hidrometeorología • Sub-coordinación de Gestión Integrada del Agua

• National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

Motivación

• Hacer uso de tecnologías de modelación para contribuir al mejor entendimiento de la Hidrología en México

• Mejorar el monitoreo y predicción de los recursos hídricos en México

Organización del Curso

• Hidrología en un contexto climático y meteorológico• Modelaje Hidrológico

– Practica con el modelo de Capacidades de Infiltración Variable (VIC)

• Aplicaciones• Predicción hidrológica

– Practica con el Sistema de Predicción Hidrológica– Humedad de Suelo– Avenidas de Ríos– Sequía

• Experiencias en México

Generalidades

• Organización– Hidrología en un Contexto Climático y

Meteorológico• Retos de la predicción Hidrológica• México en un contexto global hídrico• Escalas de tiempo y espacio

Retos de la Predicción Hidroclimatológica en un Contexto Global

• Entendimiento ciclo hidrológico local en un contexto global– El articular el papel del agua en un contexto más amplio

asociado al sistema tierra– Nos permitirá ver nuevas rutas, umbrales y sorpresas que

resalten el papel de los mecanismos de gran escala en la dinámica de los sistemas

• Sustentabilidad de ecosistemas y del humano• Evaluarles como un sistema Global e Interactivo incluyendo

• Procesos Físicos (Ciclo Hidrológico)• Procesos biológicos y biogeoquímicos (apoyados en la

biodiversidad)• Procesos mediados por el ser humano (manejo del agua y

gobernabilidad asociados la sociedad, economía y la salud humana global-local)

Cambios en las Características Físicas

• Evaluación de cambios de largo periodo en el almacenamiento de humedad en la superficie y en la sub-superficie, el escurrimiento

• Persistencia de cambios en los patrones de lluvia e hidrología locales

• En general, hay un entendimiento deficiente en:– la manifestación global en los mecanismos locales– Intensidad de cambios en diferentes regiones

Escurrimiento Global

http://www.grdc.sr.unh.edu/html/Runoff/animation.html

Cambios en la Química y Biología• Hay modificaciones de largo periodo en los flujos de

nutrientes y sedimentos en los diferentes componentes del ciclo hidrológico (además de los niveles de parámetros clave en la calidad de agua y el hábitat)– Calidad del agua en países desarrollados mejora mientras en

países en desarrollo se deteriora• Persiste el uso desmedido de los recursos biológicos en

ecosistemas acuáticos– Más del 20% de los peses de agua dulce se encuentran

extintos o bajo amenaza de extinción en décadas recientes• Deficientes sistemas de monitoreo en el mundo, por lo

tanto, hay una deficiente medición de estos problemas

Monitoreo de Calidad de AguaGEMS

Cambios en el Uso y Consumo Antropogénicos del Agua

• Existen cambios en el uso de agua por diferentes sectores económicos y regiones• Países desarrollados muestran una ligera baja en el

consumo de agua mientras que países en desarrollo la incrementan dramáticamente

• Producen cambios en los patrones de estrés hídrico con consecuencias globales inciertas

• Sólo recientemente se ha iniciado el análisis de los cambios en el uso del agua (cambios poblacionales, de ingreso, tecnología y patrones de consumo) y sus impactos en la sociedad, salud humana y el crecimiento económico

Consumo Mundial de Agua

México en un Contexto Global Hídrico

•Diversidad climática que va desde tropical a árido•Una amplia características topográficas

•Amplia diversidad de ecosistemas, suelos, cultivos agrícolas, desarrollos urbanos, etc.

•En vías de Desarrollo Económico•Crecimiento Poblacional Sostenido•Impacto al Medio Ambiente•Baja inversión (pública y privada) en ciencia y tecnología•Deficientes sistemas de monitoreo y análisis por falta de apoyo

Diversidad Biogeográfica, Topográfica, Geológica, Hidrológica, y Climática

•Mayor tasa de deforestación en Norte America•Creciente introducción de transgénicos•Alta tasa de desaparición de especies

•Act. Minera, usualmente asociada a contaminación del Medio Ambiente

•Casi 10 veces menos estaciones meteorológicas que los vecinos•1 hidrólogo o meteorólogo por cada 500000 de habitantes (los vecinos tienen 1 por cada 20000)•La sequía es la mayor fuente de perdidas en el sector agrícola•Fenómenos hidrológicos en un contexto meteorológicos y climáticos poco estudiados

•Más del 70% de la superficie terrestre se encuentra en áreas de topografía escarpada•Los mayores asentamientos humanos se encuentran tierra adentro (no en las zonas costeras)

•Regiones sismológica y vulcanicámente activas•Tipo de suelo esta relacionado con la disponibilidad recursos renovables y no renovables•Actividad minera insipiente desde la colonia (incluida la actividad petrolera)

•23 regiones climáticas•13 grandes regiones hidrológicas•Fenómenos importantes el monzón de mexicano y la sequía interestival•Influencias de escala media y alta: Oscilación Décadal del Pacifico y El Niño•Zonas de actividad eólica y mareas importantes

•Dificultad para las mediciones (en todo el mundo)•Escaso conocimiento en regiones con relieve de este tipo

•Más alta biodiversidad en los paises de Norteamerica•La actividad agrícola es aún de las más importantes•Mayor diversidad en variedades de maíz en el mundo

México en un Contexto Global Hídrico

• Retos– Conservación de la biodiversidad natural (y agrícola)– Sustentabilidad de ecosistemas y de actividades humanas– Investigación de diferentes regiones climáticas en

diferentes escalas espaciales y temporales• Monitoreo, predicción, y análisis

• Implicaciones– Desarrollo Económico y Social– Salud Humana– Sectores involucrados: social, económico, gubernamental,

científico y tecnológico

Cómo Afrontar los Retos Asociados a la Problemática del Agua

La Propuesta• Usar la infraestructura y

conocimiento existente en conjunción con nuevos desarrollos científicos y tecnológicos

Herramientas• Incrementar y mejorar mediciones

(usar nuevas técnicas)• Modelaje Ambiental (hidrológico,

atmosférico, biogeoquímico, acoplamientos)

• Sistemas de monitoreo y predicción ambiental (conjunción de las herramientas anteriores)

•DESARROLLAR, TRANSFERIR y APLICAR adelantos científicos y tecnológicos•Sostener las actividades humanas y del sistema tierra (ecosistemas) en ARMONÍA.

Metas

Contexto Climático y Meteorológico

http://nomads.ncdc.noaa.gov/images/grid-221.gif http://www.hydro.washington.edu/forecast/sarp/

http://trmm.gsfc.nasa.gov/trmm_rain/Events/all_years.3B43.color.annotated.gif

ESCALA ESPACIALtiempotiempo

Flujos de Humedad y Energía

Atmósfera

Superficie Terrestre

semanas décadas

PaleoclimatologíaPaleoclimatología

ClimatologíaClimatología

hoy 1 semana 2 semanas

MeteorologíaMeteorologíaPronóstico del tiempoPronóstico de inundaciones

Pronóstico del tiempoPronóstico de inundaciones

•Cambio Ambiental•Climático•Cambios de uso de suelo

•Oscilaciones

•Pronósticos Estacionales•Hidrológico•Sequías•Climático

•Oscilaciones

Escala Temporal

Océano

décadas

Herramientas

ObservacionesSensoria Remota Estaciones Meteorológicas

Modelaje

Uso de Modelos

•Precipitación

•Vegetación

•Nubosidad

•Modelaje Atmosférico

Modelo de Hidrológico de Superficie Terrestre

(VIC)

•Reverdecimiento

•Cambio de Uso de Suelo

•Predicción Hidrológica

•Evapotranspiración

•Predicción de Incendios

Observaciones Modelaje Desarrollo Científico y Tecnológico

Sistemas de Predicción Hidrológica

Atmósfera

Superficie Terrestre

humedadEnergia

Relación entre los Modelos y Sistemas de Predicción hidrológica

Modelo

Salidas del Modelo Modelo Sistema dePredicción

University of Washington/Princeton UniversityNorth American Hydrological Systems

(NAHS)

Low resolution NAHS (1/2 degree)

High resolution NAHS (1/8 degree)

NAHS Monitoring

Forecast

US MEX done In progress(12/2008 to 01/2009)In progress

(11/2008)

done