Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es...

69
Cambio Clim Cambio Clim á á tico y tico y Recursos H Recursos H í í dricos dricos (propuestas de prevenci (propuestas de prevenci ó ó n y adaptaci n y adaptaci ó ó n) n) Dr. Carlos Díaz Delgado Universidad Autónoma del Estado de México Centro Interamericano de Recursos del Agua Agosto de 2009

Transcript of Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es...

Page 1: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Cambio ClimCambio Climáático y tico y Recursos HRecursos Híídricos dricos

(propuestas de prevenci(propuestas de prevencióón y adaptacin y adaptacióón)n)

Dr. Carlos Díaz DelgadoUniversidad Autónoma del Estado de MéxicoCentro Interamericano de Recursos del Agua

Agosto de 2009

Page 2: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

El efecto invernadero consiste El efecto invernadero consiste enen……

-180C

140C

Un incremento en la temperatura interna del planeta provocado “artificialmente” por un cambio en la composición de la atmósfera de la Tierra, lo que la hace “operar” como un invernadero

Page 3: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

El calentamiento del sistema climEl calentamiento del sistema climáático tico es ineques inequíívoco, como evidencian ya voco, como evidencian ya

los aumentos observados del los aumentos observados del promedio mundial de la temperatura promedio mundial de la temperatura

del aire y del ocdel aire y del océéano, el deshielo ano, el deshielo generalizado de nieves y hielos, y el generalizado de nieves y hielos, y el aumento del promedio mundial del aumento del promedio mundial del

nivel del marnivel del mar(IPCC,2007)(IPCC,2007)

Page 4: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¿¿Son naturales los cambios de los Son naturales los cambios de los úúltimos altimos añños en la temperatura os en la temperatura

interna del planeta?interna del planeta?

Page 5: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Año

Page 6: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Relación de la temperatura con la concentración de CO 2

Año

Page 7: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¿¿QuQuéé gases producen el efecto gases producen el efecto invernadero?invernadero?

CO2

3

Page 8: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¿¿CuCuááles son los principales factores les son los principales factores que producen el calentamiento global?que producen el calentamiento global?

�� Quema de combustibles Quema de combustibles ffóósilessiles

�� DestrucciDestruccióón de bosques n de bosques que absorben el Dique absorben el Dióóxido xido de Carbono (COde Carbono (CO22))

Page 9: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¿¿QuQuéé otras repercusiones son otras repercusiones son provocadas por esta fiebre?provocadas por esta fiebre?

Page 10: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Huracanes recientesHuracanes recientes

Emily 2005

Fabián 2003

Charly 2004

Iván 2004

Cambio climático ---� Mayor intensidad y frecuencia de condiciones climáticas extremas

Page 11: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

La inestabilidad climLa inestabilidad climáática va de tica va de un extremo un extremo ……

Tabasco, 31 de octubre de 2007

Tabasco, 01 de noviembre de 2007

Page 12: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

…… a otroa otro

Page 13: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Un indicador del cambio climUn indicador del cambio climáático tico es la reduccies la reduccióón de los glaciaresn de los glaciares

Page 14: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Monte Monte KilimanjaroKilimanjaro

La cima del Monte Kilimanjaro como no se había visto en 11,000 años (Marzo, 2005)

1993 2000

Page 15: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

El incremento del nivel de agua ha sido de 0.2 mm/a ño

Page 16: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Y el grosor de la capa de hielo ha disminuido 40% en 40 años

Page 17: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Los ecosistemas de los polos estLos ecosistemas de los polos estáán n amenazadosamenazados

Polo Norte(Ártico)

© Mission Arctique, 2002

Polo Sur(Antártico)

© Mission Antarctique, 2006

Page 18: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Extinción de especies animales y

vegetales

Alteración del ciclo de producción de

alimentos

Migración de aves

Page 19: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Mayor frecuencia e intensidad de brotes Mayor frecuencia e intensidad de brotes en enfermedades transmitidas por en enfermedades transmitidas por vectores, como paludismo, dengue y otras vectores, como paludismo, dengue y otras transmitidas por alimentos y agua.transmitidas por alimentos y agua.

A nivel mundialA nivel mundial

Se estima que Se estima que anualmente existen 50 anualmente existen 50 millones de casos de millones de casos de Dengue en el mundo.Dengue en el mundo.

Page 20: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Regiones o sectores que resultarRegiones o sectores que resultaráán especialmente n especialmente afectadas por el cambio climafectadas por el cambio climáático que involucran a tico que involucran a

MMééxico:xico:

(IPCC, 2007)

�� Los recursos hLos recursos híídricos de ciertas regiones secas de dricos de ciertas regiones secas de latitudes medias y en los trlatitudes medias y en los tróópicos secos con picos secos con alteraciones de precipitacialteraciones de precipitacióón y n y evapotranspiracievapotranspiracióónn y y en en ááreas dependientes de la nieve y deshielos.reas dependientes de la nieve y deshielos.�� La agricultura debido a una menor disponibilidad de La agricultura debido a una menor disponibilidad de aguaagua�� Los sistemas costeros bajos, debido a un aumento Los sistemas costeros bajos, debido a un aumento del nivel del mar y mayor riesgo de fendel nivel del mar y mayor riesgo de fenóómenos menos extremosextremos�� La salud humana, en poblaciones con escasa La salud humana, en poblaciones con escasa capacidad capacidad adaptativaadaptativa..

Page 21: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Escenarios de Cambio ClimEscenarios de Cambio Climáático: tico: Temperatura PrimaveraTemperatura Primavera

www.atmosfera.unam.mx

Page 22: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Escenarios de Cambio Climático:Precipitación Primavera

www.atmosfera.unam.mx

Page 23: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Cambios Cambios enen precipitaciprecipitacióón n aanualnual para Mpara Mééxicoxico para el para el AAñño 2050.o 2050.

Escenario base (1961–90) de precipitación anual(mm/día). Cambios en la

precipitación media anual (%) según el escenario y sensitividad media y para el año 2050. Las líneas punteadas señalan decrementos. Modelo ECHAM4

(Gay 2006, UNAM)

Page 24: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

DetecciDeteccióón de sen de seññales con influencia del Cambio ales con influencia del Cambio ClimClimááticotico

Page 25: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

EL NIEL NIÑÑO y LA NIO y LA NIÑÑAA

El NIÑO

LA NIÑA

Page 26: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Consideraciones en el anConsideraciones en el anáálisis lisis probabilprobabilíísticostico

Page 27: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¿¿QuQuéé podemos hacer parapodemos hacer paramitigar o adaptarse a esta mitigar o adaptarse a esta fiebrefiebre??

Page 28: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¿¿CCóómo?mo?

¿¿QuQuéé hacer?hacer?

Page 29: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¡¡Adaptarse!Adaptarse!Proyecto: Sistemas de producción trutícola con cosecha de agua de lluvia, tratamiento y recirculación de agua.

Equipo científico (CIRA-UAEM):Daury García PulidoIván Gallego AlarcónCarlos Díaz-DelgadoCheikh FallPrincipales resultados parciales:+ Acondicionamiento del agua de lluvia+ Densidades de producción > 16 kg/m3+ Producto con calidad de exportación+ Ahorro de agua >95%+ Modelación matemática del sistema

Page 30: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¡¡Adaptarse!Adaptarse!Proyecto: Concepción y desarrollo de válvula con descarga diferencial para innodoros instalados de diferentes capacidades de descarga original.

Equipo científico (CIRA-UAEM):Daury García PulidoCarlos Díaz-DelgadoIván Gallego AlarcónCheikh FallPrincipales resultados:+ Ahorro de agua > 15% de dotación diaria per cápita+ No requiere de técnico para su instalación+ Vida útil garantizada > 3 años+ Producto de muy bajo costo

Page 31: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¡¡Prevenir para mitigar!Prevenir para mitigar!Proyecto: Estimación de curvas de daños por inundación vulnerabilidad ante cambio climático en México.

Equipo científico (CIRA-UAEM):Carlos Díaz-DelgadoJosé Emilio Baró SuárezMaría Vicenta Esteller AlberichOscar Sánchez FloresKhalidou M. BâMiguel Ángel Gómez AlboresPrincipales resultados parciales:+ Familia de curvas para estimación de costos en zonas habitacionales+ Curvas de costos de daños por inundación para maíz

Page 32: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¡¡Prevenir para mitigar!Prevenir para mitigar!Proyecto: Red Interinstitucional e interdisciplinaria de investigación, consulta y coordinación científica para la recuperación de la cuenca Lerma-Chapala-Santiago (Red Lerma).Grupo de trabajo:

UAEM (CIRA), ANUIES, UAQ, UGTO, UMSNH, UDEG, UAN, AHA, COLMEX, ININ, LA-WETnet, UANL, IMTA, COLMICH, agua.org, CLARK LABS, UAA, UAZ, INSP.Principales resultados parciales:+ Guía de planeación estratégica participativa para la gestión integrada de los recursos hídricos de la cuenca Lerma-Chapala-Santiago+ organización en red+Construcción y fortalecimiento de capacidades locales en GIRH

Page 33: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¡¡Prevenir para mitigar!Prevenir para mitigar!Proyecto: Proyecto: EstimaciEstimacióón del riesgo de inundacin del riesgo de inundacióón y efecto de n y efecto de ííndices climndices climááticos ticos en Men Mééxicoxico

Equipo cientEquipo cientíífico:fico:INRSINRS--ETE ETE –– Canadian Canadian StatisticalStatistical HydrologyHydrology Chair (Chair (QuebecQuebec))Taha B.M.J. OuardaBernard BobéeSalaheddine El AdlouniFateh Chebana

CIRACIRA--UAEM (UAEM (MMééxicoxico))Khalidou BâCarlos Díaz-DelgadoEmmanuelle QuentinAlin Cârsteanu (Cinvestav-IPN)Ivan Vilchis MataMiguel A. Gómez Albores

Page 34: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

ProblemasProblemas porpor resolverresolver� En el análisis de frecuencia, los datos son considerados independientes e identicamentedistribuidos, lo que implica cumplir con los criteriosestadísticos de independencia, estacionariedad y homogeneidad�En realidad, la fdp de eventos extremos puedecambiar a través del tiempo o ser una función de covariables. �Necesidad del desarrollo de modelos probabilísticosque incluyan diferentes tipos de dependencia con covariables.

Page 35: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

ObjetivosObjetivos de la de la investigaciinvestigacióónnAdaptar el modelo probabílistico General de Valores Extremos (GEV) con covariablespara estimar valores máximos condicionados al cambio climático, representado este último por índices climáticos globales y explorar el comportamiento del fenómeno regional en México.

Page 36: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Y sigue una GEV (Generalised Extreme Value) sí :

( ) ( )1/

exp 1GEVF y yκκ µ

α = − − −

( )1 0yκ µα

− − >

donde estos últimos son respectivamente losparámetros de posición, escala y forma.

FunciFuncióónn GeneralizadaGeneralizada de de ValoresValoresExtremosExtremos (GEV)(GEV)

( ) ( ) ( ), 0 et µ α κ∈ > ∈� �R R

Page 37: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Contexto de No-estacionariedad:

( )~ , ,t t t tY GEV µ α κ

Los parámetros son una función del tiempo o bien de otras covariables.

ModeloModelo GEV NoGEV No--estacionarioestacionario

Page 38: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Diferentes modelos pueden ser analizados, pero los más importantes son:

(i) no-estacionariedad con respecto a la media y varianza constante (modelo homoscedástico),

(ii) no-estacionariedad con respecto a la media y a la varianza (modelo heterosedástico).

ModeloModelo GEV NoGEV No--estacionarioestacionario

Page 39: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Ilustración de los dos tipos de no-estacionariedad

0 10 20 30 40 500

500

1000

1500

2000Changement d'échelle

0 10 20 30 40 500

500

1000

1500

2000Tendance

ModeloModelo GEV NoGEV No--estacionarioestacionario

Page 40: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Modelo Clásico : todos los parámetros son constantes( )1 1 2~ , ,t t tX GEV Yµ β β α κ= +

El parámetro de posición es una función lineal de unacovariable. Los otros dos parámetros permanecenconstantes.

El parámetro de posición es una función cuadrática de una covariable de tiempo. Los otros dos parámetrospermanecen constantes.

I

III

II

ModeloModelo GEV NoGEV No--estacionarioestacionario( )0 , ,tX GEV µ α κ�~ , ,t t tX GEV Y

( )22 1 2 3 , ,t t t tX GEV Y Yµ β β β α κ= + +�~ , ,t t tX GEV Y( )22 1 2 3 , ,t t t tX GEV Y Yµ β β β α κ= + +�~ , ,t t tX GEV Y

Page 41: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

EstimaciEstimacióónn de de parparáámetrosmetros

1. Método de Máxima Verosimilitud (ML, Coles2001)

2. Modelo Bayesiano (Bayes)

3. Método de Máxima VerosimilitudGeneralizado (GML, El Adlouni et al. 2007)

Page 42: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

MMéétodotodo de de MMááximaxima VerosimilitudVerosimilitudMétodo general para la estimación de los parámetrosdel modelo GEV no-estacionario. Para una muestra dada, la función de verosimilitudpuede ser escrita como:

1

1

11 1

1

1

1( | , , ) exp 1 * 1

1* exp *exp exp

t tn

t t t tn t t t t t

t t t t

nt t t t

t n t t t

x xL x

x x

κ κµ µµ α κ κ κα α α

µ µα α α

− − −

=

= +

− − = − − − − − − − −

∏Es el número de observaciones para los cuales1n 0tκ ≠

( )1, , nx x x= K

Page 43: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

1

1

1

( ; , , ) log( ) 1

1 - 1 log 1

nt t

n tt

nt t

t

xl x n

x

κµµ α κ α κα

µκκ α

=

=

− =− − − − − −

∑∑

MMéétodotodo de de MMááximaxima VerosimilitudVerosimilitudCuando y constante , la función log-verosimilitud es : 0 et constantκ α≠0 et constantκ α

Page 44: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Para el modelo GEV1, los estimadores de MV, de los parámetros son solución del sistema de ecuaciones siguiente:

( )1 2, , ,β β α κ

( )

1/

111/

121/

1

1/1/

1

1 0

1 0

1 0

1ln 1 0

nn t

i t

nn t

i t

nn t t t

i t

nn t t t

t ti t

l zz

l ztz

l z xnz

l z xz zz

κ

κ

κ

κκ

κβ

κβ

κ µα α

κ µκ κκ α

=

=

=

=

∂ − −= =∂∂ − −= =∂

∂ − − − = − + = ∂ ∂ − − − = − − + = ∂

∑∑∑

MMéétodotodo de de MMááximaxima VerosimilitudVerosimilitud

Page 45: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Propiedades de los estimadores MVBajo algunas condiciones de regularidad, los estimadoresMV poseen propiedades deseadas óptimas.Estas condiciones de regularidad no se cumplen cuando el parámetro de forma es diferente de cero, por lo tanto el soporte de la fdp depende de sus parámetros(Smith,1985). Para muestras pequeñas, la solución numérica del sistemaMV puede generar estimadores de parámetros que son físicamente imposibles y conducen a estimaciones de varianza de percentiles y eventos extremos muy altas.

MMéétodotodo de de MMááximaxima VerosimilitudVerosimilitud

Page 46: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

( ) ( )2 ln |ij

i j

f yI E θθ

θ θ

∂ = − ∂ ∂

EstimaciEstimacióónn BayesianaBayesiana: distribution a priori: distribution a prioriEl vector de parámetros es consideradocomo un vector de parámetros aleatorios.

( ), ,θ µ α κ=

La distribución a priori representa nuestroconocimiento o ignorancia sobre los parámetros. Estadistribución a priori es transformada en distribución a posteriori por medio del teorema de Bayes y con base en la información obtenida de la muestra.Jeffreys (1961) propone una solución general de los parámetros con base en la matriz de información de Fisher, la cual está definida por:

Page 47: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

La distribución a priori de Jeffrey correspondiente, es la raíz cuadrada del determinante de la matriz de Fisher:

( ) ( ) 12J Iθ θ=

Para la distribución GEV, la matriz de información fuepresentada por Jenkinson (1969)

EstimaciEstimacióónn BayesianaBayesiana: distribution a priori: distribution a priori

Page 48: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

MMéétodotodo GeneralizadoGeneralizado de de MMááximaximaVerosimilitudVerosimilitud (GLM)(GLM)

El Método GLM está basado en el mismo principio que el método de máxima verosimilitud pero con una condición adicional en el parámetro de forma que restringe su dominio.Martins & Stedinger presentaron en el 2000 la solución para el caso de GEV0 considerando comofunción a priori a una fdp Beta:

( ) ( )6, v 9Beta uκπ κ = = =

Caso estacionario

con dominio de existencia [-0.5;0.5]

Page 49: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50

1

2

3

4Beta pdf on [-0.5 0.5]

Función de densidad de probabilidad a priori delparámetro de forma de características:

[ ] ( )20.1 and 0.122E Varκ κ= − =[ ] 0.1 and 0.122E Varκ κ= − =y

MMéétodotodo GeneralizadoGeneralizado de de MMááximaximaVerosimilitudVerosimilitud (GLM)(GLM)

Page 50: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

El método GLM puede ser generalizado para el caso No-estacionario cuando:1. se adopta la misma función de densidad de

probabilidad para el parámetro de forma,2. Se resuelve el sistema de ecuaciones obtenido con

el método ML bajo esta restricción.

Caso No-estacionario

Los estimadores de losparámetros bajo el método GLM son la solución del siguienteproblema de optimización :

MMéétodotodo GeneralizadoGeneralizado de de MMááximaximaVerosimilitudVerosimilitud (GLM)(GLM)

( )( )

max ;

, v

nL x

Beta uθ

θ

κ

�~ , ,t t tX GEV Y

Page 51: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

La solución del problema de optimización planteado, es equivalente a la maximización de la función de densidad de probabilidad a posteriori de los parámetros condicionados con respecto a las observaciones de la variable analizada :

( ) ( ) ( )nx L x κπ θ θ π κ∝

El vector de estimadores bajo el método GML es la moda de la fdp a posteriori.

Caso No-estacionario

MMéétodotodo GeneralizadoGeneralizado de de MMááximaximaVerosimilitudVerosimilitud (GLM)(GLM)

Page 52: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

EstimaciEstimacióón de Parn de Paráámetros y de metros y de Valores ExtremosValores Extremos

GML Métodos Monte-Carlo y Cadenas de Markov (MCMC)

ML solución numérica: Método Newton-Raphson

El vector de estimadores bajo el método GML es la moda de la fdp a posteriori.

Page 53: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Para el método GML y Bayesiano, la fdp a posteriori essimulada con el algoritmo de Metropolis-Hastings (M-H) desarrollado por Gilks et al. (1996).

Para todos los casos analizados, la convergenccia de losmétodos MCMC se consideró un tamaño de cadena de N=10 000 y un periodo de calentamiento de N0=4 000.

Método MCMC adoptado

Tamaño de la Cadena de Markov y periodo de calentamiento

EstimaciEstimacióón de Parn de Paráámetros y de metros y de Valores ExtremosValores Extremos

Page 54: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

A partir de los estimadores de los parámetros, lasiteraciones del algoritmo MCMC permite la obtenciónde la fdp condicionada de valores extremos dado el valor observado y0 de la covariable Yt.

Estimación de percentiles y valores extremos

Para cada iteración del algoritmo MCMC i=1,…,N se calcula el valor extremo correspondiente a la probabilidad de no excedencia p

( )0,

ip yx

( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

0 0

( ), 1 log

iiii

p y y ix pκαµ

κ = + − −

Condicionado sobre el valor de y0

EstimaciEstimacióón de Parn de Paráámetros y de metros y de Valores ExtremosValores Extremos

Page 55: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

( )0

iyµ es la ubicación del parámetro condiciondo a un valor

particular de y0 de la covariable Yt

( ) ( )0

i iyµ µ= Para el modelo GEV0

( ) ( ) ( )0 1 2 0i i iy yµ β β= +

( ) ( ) ( ) ( )0

21 2 0 3 0

i i i iy y yµ β β β= + +

EstimaciEstimacióón de Parn de Paráámetros y de metros y de Valores ExtremosValores Extremos

Estimación de percentiles y valores extremos

Para el modelo GEV1

Para el modelo GEV2

Page 56: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

DistribuciDistribucióónn EspacialEspacial de las 271 de las 271 EstacionesEstacionesHidromHidroméétricastricas analizadasanalizadas

Criterios de selección (2014 estaciones disponibles):� Más 30 años de registro sin datos faltantes

� Registros considerados a partir de 1950 dado la estimación de índices climáticos desde esa fecha�Estaciones no controladas aguas arriba

Page 57: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

ÍÍ ndic

esnd

ices C

limClim áá

ticos

ticos

Cons

iderad

osCo

nside

rados

Pacific Decadal Oscillation représente les fluctuations à long terme (20 à 30 ans), au niveau de la surface de la mer le long de l'est et l’ouest de l'océan Pacifique.PDO1

6

Défini comme la différence normalisée de la pression atmosphérique au niveau de la mer entre Tahiti (Polynésie française) et Darwin (Australie.SOI19481

3

MO2uns15

AMO2smt14

AMO1uns12

Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) exerce une influence considérable sur la variabilité de la pluie.

AMO1smt11

ANOM3+410

NINO3+49ANOM48NINO47ANOM36NINO35ANOM1+24

El Niño / oscillation australe El Niño: Acronyme de "El Niño Southern Oscillation (ENSO) ou en anglais," El Niño Southern Oscillation (ENSO).

NINO1+23NAOJones2

L'indice NAO est souvent défini comme la différence de pression au niveau de la mer entre deux stations situées àproximité des centres de l'Islande et les Açores.

NAO19481

Page 58: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

ResultadosResultados�A manera de ejemplo se presentan los

resultados de algunas estaciones. �El análisis de todas las estaciones

hidrométricas aún está en proceso.�El análisis completo de resultados

permitirá deducir las tendenciasespaciales bajo el efecto de cada uno de los 16 índices climáticos considerados.

Page 59: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

ResultadosResultados : : ÍÍndicendice El NiEl Niññoo

GEV2+ANOM1+210076GEV1+ANOM1+210012GEV21-ANOM1+24024GEV21-ANOM1+27132GEV1-ANOM1+27015GEV1+ANOM1+22003GEV21+ANOM44008GEV21+ANOM42069GEV1-ANOM3+411020GEV1-ANOM3+46009GEV1+ANOM3+42058GEV1+ANOM32065GEV1+ANOM32033GEV21-ANOM31020GEV21-ANOM31005

Modelo GEV utilizadoCorrelación-: No significtiva +: SignificativaÍndice ClimáticoEstaciónHidrométrica

Page 60: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

GEV21-SOI10026GEV21+SOI5026GEV21+SOI5016GEV1+SOI1028GEV1+SOI1006

Modelo GEV utilizadoCorrelación-: No significtiva+: SignificativaÍndice ClimáticoEstaciónhidrométrica

ResultadosResultados : : ÍÍndicendice SOISOI

Page 61: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

GEV1+AMO11068GEV21-AMO11049GEV1-AMO11031GEV1+AMO11023GEV1+AMO11021GEV21+AMO11015GEV1+AMO11006GEV1+AMO11004GEV21-AMO9039GEV1-AMO9037GEV21-AMO9022GEV1+AMO6008GEV21-AMO6003GEV1-AMO5045GEV21-AMO8167GEV1-AMO1030GEV1-AMO1011Modelo GEV utilizadoCorrelación-: No significtiva +: SignificativaÍndice ClimáticoEstaciónHidrométrica

ResultadosResultados : : ÍÍndicendice AMOAMO

Page 62: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

GEV21+PDO11096GEV21-PDO11071GEV1+PDO10016GEV21+PDO7146GEV21+PDO7135GEV21+PDO7054GEV21+PDO7009Modelo GEV utilizadoCorrelación-: No significtiva +: SignificativaÍndiceClimáticoEstaciónHidrométrica

ResultadosResultados : : ÍÍndicendice PDOPDO

Page 63: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Caud

al má

ximo a

nual

m3/s

Modelo GEV21 para caudales máximos y efecto del índice climático El Niño, Estación hidrométrica 1005

Modelos obtenidos para la estimación de percentiles y valores extremos

Page 64: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

�El modelo GEV construido con covariables, permite el cálculo del riesgo condicionados a los valores particulares del índice climático. �La figura anterior muestra el valor más probable de caudal con periodo de retorno de 2 años.�Se observa claramente que el evento extremo no es constante, sino una función de la covariable (índice climático).

Modelos obtenidos para la estimación de percentiles y valores extremos

Page 65: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Caud

al má

ximo a

nual

m3/s

Modelo GEV1 para caudales máximos y efecto del índice climático AMO, Estaciónhidrométrica 1011

Modelos obtenidos para la estimación de percentiles y valores extremos

Page 66: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

Caud

al má

ximo a

nual

m3/s

Modelo GEV21 para caudales máximosy efecto del índice climático SOI1948, Estación hidrométrica 5026

Modelos obtenidos para la estimación de percentiles y valores extremos

Page 67: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

-2 -1 0 1 2 3 40

10

20

30

40

50

60

70

80

90

ANOM1+2

Déb

it m

axim

um a

nnue

l

Données

Q0,50

Q0,90

Q0,99

Caud

al má

ximo a

nual

m3/s

Modelo GEV para caudales máximos y efecto del índice climático ANOM1+2, Estación hidrométrica 12578

Modelos obtenidos para la estimación de percentiles y valores extremos

Page 68: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

ConclusionesConclusiones parcialesparciales� El modelo GEV No-estacionario permite el cálculo de la

varianza en las estimaciones efectuadas.� A diferencia del empleo de modelos clásicos, este

modelo permite la no adopción de la normalidad del fenómeno aleatorio.� Se logró la implementación del Modelo Generalizado de

Máxima Verosimilitud (GML model) para el caso No-estacionario y la obtención de estimadores eficientes con base en observaciones hidrometeorológicas reales. � Finalmente, se logró la construcción de una herramienta

que permite cuantificar el efecto de índices climáticos sobre la ocurrencia de caudales máximos anuales para México.

Page 69: Cambio Clim ático y Recursos H ídricos - gob.mx · El calentamiento del sistema clim ático es inequ ívoco, como evidencian ya ... Oscar Sánchez Flores Khalidou M. Bâ ... condición

¡¡¡¡Por su atenciPor su atencióón muchas gracias!!n muchas gracias!!