Francisco Muñoz Arriola, Shraddhanand Shukla, Ted Bohn, Chunmei Zhu Dennis P. Lettenmaier

1. Francisco Muñoz Arriola, Shraddhanand Shukla, Ted Bohn, Chunmei Zhu Dennis P. Lettenmaier Departamento de Ingeniaría Civil y Ambiental Universidad de Washington Ana Wagner Gomes y René Lobato Sánchez Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Para la presentación en el Reunión Anual de la Unión Geofísica Mexicana 30 de Octubre 2008 Puerto Vallarta, México Monitoreo y Predicción de Sequías en México: Aplicaciones del Sistema de Predicción Hidrológica Estacional West-wide de la Universidad de Washington

2. Estructura • Motivación • Sistema de Predicción Hidrológica West-wide de la UW • Modelo Hidrológico Superficial de Capacidades de Infiltración Variable • Condiciones cuasi actuales • Ensamblajes • Índices de Sequía (SMI, SRI, y percentiles) • Evaluación de la predicción de la Sequía en el 2007 • Trabajo Futuro

3. Motivación • 85% de las superficies cultivadas dependen directamente de la lluvia • Presencia de al menos tres patrones de sequía • Centro sur (Gran Sequía Invernal y Sequía interestival) • Pacifico (Gran Sequía Invernal) • Baja California (Sequía de Verano) • Influencia la operación de Presas • Integrar un sistema de monitoreo y predicción de sequías para Mexico and the U.S. basado en modelaje hidrológico para complementar los ya existentes (NADM, P.U. D, NOAA D M)

4. Monitoreo de Sequía Falta de Precipitación Humedad de Suelo Precedente Condición Hidrológica Estatus Socio-Economico Intensidad Duracion Indice Palmer de Sequía (PDI) • Precipitación • Temperatura • Disponibilidad de Capacidad retencion hidrica • Modelos de balance de agua simplistas • Precipitación • Precipitación • Precipitación • Promediado sobre diff periodos Indice Estandarizado de Precipitación (SPI) • Precipitación • Temperaturs • Procesos de estacionales frios • Esquema complejo de balance • de Energia y agua • No infor. De las condiciones socioeconomicas • Precipitación • Temperatura • Nieve acumulada • Avenida de rios • Almacenamiento de Agua • Falta de Observaciones • Esquema de weighting Indice de Abastecimiento de Agua Superficial (SWSI) Indices basados en Modelaje Hidrológico Severidad

5. Objetivos • Ilustrar el uso del Sistema de Predicción Hidrológica West-wide para la predicción de sequía en Mexico • Evaluar laefectividad de las predicciones de sequia en Mexico durante el verano del 2007 • Investigar la aplicación de diferentes indices de monitoreo de sequía

6. Sistema de Predicción Hidrológica Extendido de la UW Escala Local (1/8 de grado) entradas meteorológicas Humedad de Suelo correntia, humedad de suelo, evaporación, escurrimiento correntía, almacenamientos de Agua, Liberación de Agua ESTADOINICIAL Estado Inicial de la Presa Simulaciones de Predicción Hidrológica Predicción de Presas Inicialización del modelo VIC Meteo. p/a cubrir huecos en la inic. Est. Índice Obs. del SMN NDAS EDAS NARR SIMOP Predicción por Ensamblajes trazas del ESP ensamblajes NCEP CFS Asimilación de Obs. SWE Operación & Restricciones Dia 25th, Mes 0 Mes 12 1-2 años atras

7. Applicaciones: prediccion climatica Ensamblado de Predicción de Avenidas “Ensemble Streamflow Prediction” (ESP) Datos Meteo recient Para generar la CIs“perfectas” Ensamblaje Meteo historico Para generar pronosticos ensemblados Arranque CIs Predicción Estado hidrológico observaciones

8. Covertura Vegetal por celda Flujos de Energía y Humedad por celda Curva de Infiltración Variable Superficie Arborea Capacidad de Infiltración Puntual(i) Capa 1 Capa 2 Fracción del Área Capa 3 Curva de Flujo base Flujo Base (B) Humedad de Suelo en la Capa 2 (W2) Modelo Superficial Terrestre de Capacidades de Infiltración Variable(VIC) • Modelo Hidrológico Semi-distribuido de macroescala • Resolución de 1/8 de grado

9. Calculo de Indices basados en Modelaje Hidrológico • Indice de Humedad de Suelo, Escurrimiento, y Precipitacion • Condiciones Iniciales • 1-, 2-, 3-, y 4-meses de predicción • Observaciones • Percentil 20 para avenida de rios http://www.hydro.washington.edu/forecast/westwide/spatial/ncast/index.shtml

10. Condiciones Iniciales 1-mes-delante Junio Predicciones Observaciones Julio 2- mes-delante Mayo 3- mes-delante Agosto • Apartir del tercer mes se tiende a perder la habilidad de la predicción y a emular la climatología • Final de la Gran sequía Invernal proporciona habilidad al sistema para la predicción de corto periodo 4- mes-delante Septiembre

11. Condiciones Iniciales Julio Predicción 1-mes-delante • Areas del Centro Noreste arriba de lo normal están mal representadas • Sequias en Chihuahua, Sonora, Michoacan, Oaxaca, Tabasco y Campeche son detectadas • Sequía de Baja California sobre-estimada Observación Agosto

12. Componentes del Balance de Agua Norte de México Sur de México Climatología Pronóstico

13. Indices de Sequía en Agosto del 2007 SMI SMI-Predicción NADM SMI-Obs SRI

14. Avenidas de Rios • Más de 200 estations en EUA • Actualmente 23 puntos en México • 13 puntos en la region NAM (9 en la cuancas del Rio Yaqui). Angostura Boquiachi Paso Nacoric • Probabolidad de Ocurrencia de Sequía basado en los miembros del ensamblaje • Habilidad en la predicción anual de avenidas de rios es mayor durante los meses de verano Las Perlas

15. Conclusiones • El sistema de Predicción Hidrológica Estacional West-wide muestra diferencias por debajo del 10% (en los percentiles) para regiones en Baja California • Habilidades bajas en regiones del Centro y noroeste con inicializaciones en Mayo y Julio • Estados costeros del Pácifico se reproducen algunos de las principales señales de sequia para 1-,2-meses de predicción • Las predicciones hechas por el sistema west-wide coinciden con las observaciones del NADM • La hailidad en la predicción de sequia para un año es baja en estaciones con avenidas esporadicas y se incrementa hacia los trópicos

16. Trabajo en Progreso y a Desarrollar • Integrar México a un sistema Integral de monitoreo y prediccion sequía compuesto de: • Monitoreo y prediccion hidrológicas de multi-modelo a 0.5 grados de resolución (modelos hidrológicos NOAH, SAC, CLM, VIC) • Monitoreo y prediccion de Sequía sencillo y multi-modelo • Prediccion hidrologica a 0.125 grados de resolución basado en el uso de tecnicas de ensamblaje como CFS (Systema de Predicción Climática)

17. 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

18. LNAHS (SWM) http://www.hydro.washington.edu/forecast/monitor/ LNAHS-DF (SWM-Drought Forecast) LNAHS-MM (SWM Multi-model) VIC SAC LNAHS-DF (SWM-Drought Forecast Indices) CLM NOAH • Mexico will be added by the end of this month to both systems • Early 2009 the multi-model drought monitor will be added http://www.hydro.washington.edu/forecast/monitor/ Multi-model Ensemble

19. UW/PU-HNAHS(West-wide Hydrological Seasonal Forecast System) HNAHS-EF and HNAHS-CF (WHSFS) HNAHS-NM (NCAST) ESP CPC • ESP and CPC will be implemented for the eastern US by the end of November • CFS will be implemented for the US and Mexico by the end of the year http://www.hydro.washington.edu/forecast/westwide/spatial/ncast/index.shtml http://www.hydro.washington.edu/forecast/westwide/sflow/

20. Hydrologic Model-Based Indices • Percentiles de Humedad de Suelo y Escurrimiento (Scheffield 2004, 2007; Andreadis 2005, 2006) • Distribución Beta • Distribución Empirica (Weibull Plotting Position) • (50años de datos) • Indice Estandarizado de Escurrimiento (SRI) (Wood and Shukla, 2007) • Ajuste de Distribución (ln2,3; gama) • Transformación de Probabilidad Acumulada a Desviacion Estandar Normal

21. Junio-Augosto

22. Qué se hizo Selección de areas bajo sequía f(SRI,SPI) Predicciones de SMI (en percentiles) Comparación de predicciones y observaciones de SMI (en percentiles)