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Área de Enfoque #1
Propiedades Espaciales y Temporales de los Variables
Hidrológicos
ANTECEDENTES
El
conocimiento cuantitativo de los componentes del ciclo hidrológico es
bastante limitado con referencia a las regiones semi-áridas, esto se
debe a la amplia variedad temporal y espacial de la precipitación, el
escurrimiento, la recarga, y la evapotranspiración (ET) dentro de una
cuenca.La mayoria de la variabilidad es causada por el alto grado de
heterogeneidaden el panorama natural que se encuentra en una típica
cuenca de 10,000-100,000 km2: la elevación (1,000-3,000 m), la
vegetación (de alpestre a desértica), y la geología
superficial (granito o arena aluvial).Las actividades humanas
introdujerón aún más heterogeneidad.En el suroeste, la
mayoria de los escurrimientos anuales provienen de la nieve acumulada durante
el invierno en elevaciones más altas, la nieve permanece compacta hasta
cuando llega la primavera y se derrite y el agua corre libre por un
periódo corto de algunas semanas.La mayoria de la precipitación
restante cae durante el ‘monzón de verano,’ el cual es
caracterizado por un dramático cambio direccional en el campo de aire de
la atmósfera inferior que trae humedad al suroeste proveniente del Golfo
de México y el Golfo de California.Hasta el 80% de la
precipitación anual en partes del noroeste mexicano ocurre bajo estas
condiciones.
Innovaciones Prometedoras:
Productos de sensibilidad remota basados en la tierra, así
como en el espacio y aereonaves.Síntesis del balance de la
energía y la distribución del agua espacialmente y temporalmente,
particularmente en modelos basados físicamente en la evaporación,
el derrame, y el derretimiento de la nieve.Mobile Raman LIDAR.Mejores
métodos de RADAR y satélite para cálculos de
precipitación distribuídos espacialmente.Modelos
climatológicos regionales anidados dentro de los Modelos Generales de
Circulación (GCMs, por sus siglas en inglés).Capacidad expandida
del sistema de información geográfica (GIS, por sus siglas en
inglés).
Aplicaciones:
Uno
de los enfoques principales del Centro será el mejorar la medida y la
caracterización de la precipitación en tiempo y espacio para
así mejorar las estimaciones de evapotranspiración, el
escurrimiento, y el derrite de la nieve.Para esto no solo se necesitará
la explotación de productos emergentes de sensibilidad remota en
aplicaciones expandidas de GIS, sino también el entendimiento detallado
de la transferencia de los procesos entre el suelo y la atmósfera,
así podrán ser usados para traducir las propiedades del suelo
medidas y percibidas remotamente a los parámetros hidráulicos de
conductividad saturada, capacidad de infiltración, y relaciones de
tensión y humedad. Modelos basados en la física del
derretimiento de nieve acompañados de mejores productos de
percepción remota serán usados para investigar la
distribución de la nieve, el flujo de los arroyos, y la recarga frontal
en las montañas durante la época cuando se derrite la
nieve. Modelos regionales climatológicos anidados dentro de GCM
ayudarán a caracterizar la variabilidad y la predictibilidad de la
precipitación durante los monzones de verano e invierno. Muchas de
estas proposiciones muestran promesas basadas en pruebas a menor escala; en el
Centro, nosotros las desarrollaremos desde una aplicación a escala de
cuenca.
SUB-ÁREAS:
1.1 Acumulación y derrite de la nieve (Bales, Davis,
Leavesley, McConnell)
1.2
Distribución de la lluvia PI: (Goodrich, Rosengaus, Sanchez-Sesma
Sorooshian)
1.3
Evapotranspiración y humedad del suelo (Leij, Marsh, Mohanty,
Shuttleworth, Sorooshian)
1.4
Propiedades hidráulicas del suelo (Goodrich, Leij, Marsh, Mohanty, van
Genuchten, Warrick)
1.5
Escurrimiento y re-infiltración (Goodrich, Nimmo, van Genuchten,
Valdés, Warrick)
Sub-área 1.1 - Acumulación y el derrite de la
nieve
Bales, Davis,
Leavesley, McConnell
El
objetivo es desarrollar una colección avanzada de herramientas para
estimar lo más correcto posible la distribución espacial de
acumulación y derrite de nieve en zonas de captación que son
cubiertas por nieve temporalmente, ya que proveén la mayoria del derrame
temporal para regiones semi-áridas, así como la del suroeste de
los Estados Unidos. Los métodos actuales de pronóstico de
derrite de nieve y corriente de agua están basados en su mayor parte en
metodos empíricos desarrollados en décadas pasadas, con
mejorías firmes en colección y proceso de datos ocurriendo hasta
este momento. Decisiones multi-billonarias dependen del pronóstico
de la disponibilidad de agua. Nosotros integraremos los datos emergentes
que sean percibidos remotamente sobre la nieve, la radiación, y la
cubierta del suelo con una nueva generación de modelos diseñados
para utilizar estos datos y probar la propuesta a escala de cuenca (ejem.,
Ríos Salalado y Alto Río Grande). Una coordinación
muy estrecha con otras tareas (sub-áreas 1-2) de modelos integrados y de
escala es crítica para el diseño preciso y la evaluación
apropiada de los productos. La demanda y el impacto de esta nueva
tecnología será evaluada continuamente (Tarea
5).
Sub-área 1.2 – Distribución de la
lluvia
Goodrich, Rosengaus, Sanchez-Sesma, Sorooshian
El
objetivo es el desarrollar una manera precisa de determinar la ocurrencia y la
distribución espacial de la lluvia en zonas de captación
semi-áridas usando datos de satélite, radar y medidos en
tierra. Las técnicas de satélite pioneras desarrolladas por
Hsu et al tienen el potencial de compensar por la escasa instrumentación
en la tierra y el bloqueo de las señales de radar por la
montañas, ambas comprometen seriamente el acto de tomar medidas en
regiones semi-áridas. Los datos provenientes de lugares fuertemente
instrumentados y de una buena cobertura de radar se usarán para
desarrollar una relación que víncule el satélite, el radar
y la lluvia que verdaderamente cae, las cuales serán extendidas a
regiones montañosas que no sean cubiertas por el radar. El trabajo
será especialmente importante para el despliegue de los radares Doppler
en México, auspiciados por el Banco Mundial. Esta sub-área
proveerá un impulso crítico a las Áreas de Enfoque 2-4 y
será conducido en estrecha coordinación con el diseño
climatológico del Área de Enfoque 4.
Sub-área 1.3 – Evapotranspiración (ET) y humedad
del suelo
Leij,
Marsh, Mohanty, Shuttleworth, Sorooshian
El objetivo es trazar la distribución espacial de la
evapotranspiración usando como escala la zona de captación.
Las investigaciones se enfocarán en el desarrollo de un modelo de
distribución hidrológica que sea capaz de describir la
evolución de la energía superficial, los intercambios de agua y
la evolución de la humedad en el suelo. El modelo usará:
(i) fuerza meteorológica cercana a la superficie derivada de la
asimilación de datos percibidos remotamente y de en-situ de los campos
de diagnóstico del Centro Nacional para la Predicción Ambiental;
(ii) medidas del tipo y el vigor de la vegetación percibidas
remotamente, y (iii) datos relevantes derivados de la pedofunción para
el modelo de zona de captación. Se operará en un tiempo
real para así permitir la aplicación de una alarma contra el
peligro de inundación. De tal manera, el modelo documentará
los cambios en la superficie para de ese modo verificar que los modelos
hidrológicos-atmosféricos operen dentro del modo predecido.
El agua de superficie y la evapotranspiración son críticos para
ambos, el diseño climatológico y la recarga de agua
subterránea (áreas de enfoque 2-4).
Sub-área 1.4 – Propiedades hidráulicas del
suelo
Goodrich, Leij, Mohanty, van Genuchten, Warrick
El
objetivo es el desarrollar métodos para aumentar el conocimiento y
después hacer un modelo de la corriente del agua en los suelos de la
zona de captación con datos escasos. Las propiedades hidráulicas
del suelo de la zona no saturada obtenidas directamente de valores medidos
serán comparados con valores obtenidos a través de métodos
indirectos (ejem., funciones pedotransferidas), que son derivados de
información más simple como el tamaño de las
partículas, la densidad del volumen, y la materia orgánica.
Estas funciones pedotransferidas se extenderán para establecer funciones
de transferencia pedo-topo-vegetación al incluir el paisaje (ejem.,
vertiente, aspecto, elevación, profundidad de la tabla de agua) y las
características del uso/cubierta de la tierra en áreas grandes
(ejem., tipo de vegetación, densidad, profundidad de las raices).
Esta información es crucial para las sub-áreas 1.3 y el
área de enfoque #3.
Sub-tarea
1.5 – Escurrimiento y re-infiltración
PI:
(Goodrich, Nimmo, van Genuchten, Valdés, Warrick)
Nuestro objetivo es el unir los experimentos hechos en el campo y la
simulación para comprender el fracaso de las relaciones a escala de
escurrimiento/infiltración y conseguir un modelo uniforme de
presentación para modelos de escurrimiento sobre una amplia gama de
escalas en zonas de captación. Los modelos basados fisicamente
acompañados de infiltración interactiva trabajan relativamente
bien en regiones semi-áridas en escalas de hasta 10 km², pero el
desempeño decae significativamente en escalas mayores (>100
km²). La representación apropiada de la microtopografía y la
convergencia de la corriente es un factor crítico para romper con la
barrera de los modelos de escurrimiento a escala. En los experimentos usaremos
un simulador de lluvia, los datos recién disponibles de elevación
de alta-resolución (2.5 m sobre áreas grandes) provenientes del
radar interferométrico sintético (IFSAR, por sus siglas en
inglés), así también como los métodos indirectos
para determinar los parámetros del suelo (sub-área 1.4).
Este trabajo se relacionará muy de cerca con las áreas de enfoque
2 y 4. |
