Date post: | 30-Dec-2015 |
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Monitoreo y Predicción de Sequías en México: Aplicaciones del Sistema de Predicción Hidrológica
Estacional West-wide de la Universidad de Washington
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 elReunión Anual de la Unión Geofísica Mexicana
30 de Octubre 2008Puerto Vallarta, México
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
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)
Monitoreo de Sequía
Humedad de Suelo PrecedenteCondición Hidrológica
Estatus Socio-Economico
Intensidad Duracion
Severidad
Falta de Precipitación
PrecipitaciónTemperaturaDisponibilidad de Capacidad
retencion hidricaModelos de balance de agua simplistas
PrecipitaciónPrecipitaciónPrecipitaciónPromediado sobre diff periodos
PrecipitaciónTemperaturaNieve acumuladaAvenida de riosAlmacenamiento de AguaFalta de ObservacionesEsquema de weighting
PrecipitaciónTemperatursProcesos de estacionales friosEsquema complejo de balance de Energia y aguaNo infor. De las condiciones
socioeconomicas
Indice Palmer de Sequía (PDI)
Indice Estandarizado de Precipitación (SPI)
Indice de Abastecimiento de Agua Superficial (SWSI)
Indices basados en Modelaje Hidrológico
Objetivos
• Ilustrar el uso del Sistema de Predicción Hidrológica West-wide para la predicción de sequía en Mexico
• Evaluar la efectividad de las predicciones de sequia en Mexico durante el verano del 2007
• Investigar la aplicación de diferentes indices de monitoreo de sequía
Obs. del SMNNDASEDASNARR
Escala Local (1/8 de grado) entradas meteorológicas
Humedad de Suelo
Inicialización del modelo VIC
correntia, humedad de suelo, evaporación, escurrimiento
Dia 25th, Mes 01-2 años atras
Meteo. p/a cubrir
huecos en la inic.
Est. Índice
Simulaciones de Predicción Hidrológica
ESTADOINICIAL
Asimilación de Obs.
SWE
Predicción por Ensamblajes trazas del ESP ensamblajes NCEP CFS
Estado Inicial de la Presa
correntía, almacenamientos de Agua, Liberación de
Agua
Operación&
Restricciones
Predicción de Presas
SIMOP
Mes 12
Sistema de Predicción Hidrológica Extendido de la UW
Ensamblado de Predicción de Avenidas “Ensemble Streamflow Prediction” (ESP)
CIsArranque Predicción
observaciones
Datos Meteo recientPara generar
la CIs“perfectas”
Ensamblaje Meteo historicoPara generar pronosticos
ensemblados
Estadohidrológico
Applicaciones: prediccion climatica
Modelo Superficial Terrestre de Capacidades de Infiltración Variable(VIC)
Flujos de Energía y Humedad por celda
Capa 1
Capa 2
Capa 3
Superficie Arborea
Covertura Vegetal por celda
Curva de Infiltración Variable
Curva de Flujo base
Humedad de Suelo en la Capa 2 (W2)
Flu
jo B
ase
(B)
Cap
acid
ad d
eIn
filt
raci
ón P
untu
al(i
)
Fracción del Área
•Modelo Hidrológico Semi-distribuido de macroescala
•Resolución de 1/8 de grado
http://www.hydro.washington.edu/forecast/westwide/spatial/ncast/index.shtml
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
Condiciones Iniciales
Predicciones
Observaciones
1-mes-delante Junio
2- mes-delante
3- mes-delante
4- mes-delante
Julio
Agosto
Septiembre
Mayo
•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
1-mes-delante
Agosto
Julio
Condiciones Iniciales
Predicción
Observación•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
Componentes del Balance de AguaNorte de México Sur de México
PronósticoClimatología
Indices de Sequía en Agosto del 2007
SMI
SRI
SMI-Obs
SMI-Predicción
NADM
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).
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
May
-05
Jun-
05
Jul-0
5
Aug-0
5
Sep-0
5
Oct-0
5
Nov-0
5
Dec-0
5
Jan-
06
Feb-0
6
Mar
-06
Apr-0
6
May
-06
Jun-
06
months
Pro
bab
ilit
y o
f D
rou
gh
t O
ccu
ren
ce
PSNCO_05
PSNCO_07
ANGST_05
ANGST_07
BOQUI_05
BOQUI_07
PERLA_05
PERLA_07
Paso Nacoric
Las Perlas
BoquiachiAngostura
•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
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
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)
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
http://www.hydro.washington.edu/forecast/monitor/
http://www.hydro.washington.edu/forecast/monitor/
LNAHS-MM (SWM Multi-model) LNAHS-DF (SWM-Drought Forecast)
LNAHS-DF (SWM-Drought Forecast Indices)VIC SAC
NOAH CLM
Multi-model Ensemble
oMexico will be added by the end of this month to both systems
oEarly 2009 the multi-model drought monitor will be added
LNAHS (SWM)
http://www.hydro.washington.edu/forecast/monitor/
UW/PU-HNAHS(West-wide Hydrological Seasonal Forecast
System)HNAHS-NM (NCAST) HNAHS-EF and HNAHS-CF (WHSFS)
ESP CPC
oESP and CPC will be implemented for the eastern US by the end of November
oCFS will be implemented for the US and Mexico by the end of the year
http://www.hydro.washington.edu/forecast/westwide/spatial/ncast/index.shtmlhttp://www.hydro.washington.edu/forecast/westwide/sflow/
Hydrologic Model-Based Indices
• Percentiles de Humedad de Suelo y Escurrimiento(Scheffield 2004, 2007; Andreadis 2005, 2006)• Distribución Beta• Distribución Empirica (Weibull Plotting Position)
–(50 años 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
Junio-Augosto
Qué se hizo
Predicciones de SMI (en percentiles)
Selección de areas bajo
sequía f(SRI,SPI)
Comparación de predicciones y observaciones de SMI (en percentiles)