Segundo Curso-Taller sobre Modelación y Predicción Hidrológica

1. Segundo Curso-Taller sobre Modelación y Predicción Hidrológica University of Washington, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, y National Oceanic and Atmospheric Administration IMTA Jiutepec, Morelos. México. 30 de Marzo al 3 de Abril 2009

2. Participación • 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) 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)

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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)

7. 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

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

9. 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

10. Monitoreo de Calidad de AguaGEMS

11. 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

12. Consumo Mundial de Agua

13. 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

14. Diversidad Biogeográfica, Topográfica, Geológica, Hidrológica, y Climática • 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 • 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) • 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 • 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 • Dificultad para las mediciones (en todo el mundo) • Escaso conocimiento en regiones con relieve de este tipo • 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

15. 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

16. Cómo Afrontar los Retos Asociados a la Problemática del Agua La Propuesta 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) • Usar la infraestructura y conocimiento existente en conjunción con nuevos desarrollos científicos y tecnológicos Metas • DESARROLLAR, TRANSFERIR y APLICAR adelantos científicos y tecnológicos • Sostener las actividades humanas y del sistema tierra (ecosistemas) en ARMONÍA.

17. Contexto Climático y Meteorológico http://trmm.gsfc.nasa.gov/trmm_rain/Events/all_years.3B43.color.annotated.gif http://nomads.ncdc.noaa.gov/images/grid-221.gif http://www.hydro.washington.edu/forecast/sarp/

18. ESCALA ESPACIAL tiempo Flujos de Humedad y Energía

19. Escala Temporal Atmósfera Meteorología Pronóstico del tiempo Pronóstico de inundaciones hoy 1 semana 2 semanas Superficie Terrestre Climatología Océano décadas décadas semanas • Pronósticos Estacionales • Hidrológico • Sequías • Climático • Oscilaciones • Cambio Ambiental • Climático • Cambios de uso de suelo • Oscilaciones Paleoclimatología

20. Herramientas

21. Observaciones Sensoria Remota Estaciones Meteorológicas Modelaje

22. Uso de Modelos Desarrollo Científico y Tecnológico Observaciones Modelaje • Precipitación • Vegetación • Nubosidad • Modelaje Atmosférico • Reverdecimiento • Cambio de Uso de Suelo • Predicción Hidrológica • Evapotranspiración • Predicción de Incendios Modelo de Hidrológico de Superficie Terrestre (VIC) Sistemas de Predicción Hidrológica

23. Relación entre los Modelos y Sistemas de Predicción hidrológica Modelo Atmósfera Energia humedad Superficie Terrestre Sistema de Predicción Modelo Salidas del Modelo

24. University of Washington/Princeton UniversityNorth American Hydrological Systems(NAHS) Low resolution NAHS (1/2 degree) Monitoring NAHS Forecast High resolution NAHS (1/8 degree) In progress (12/2008 to 01/2009) done US MEX In progress (11/2008) done Forecasting Forecasting