Proyectos acerca de Cambio ClimáticoGrupo del Agua -ITSON
Presentado por:Dr. Agustín Robles Morua
Cuerpo Académico de Ciencias del AguaInvestigadores participantes:
Agustin Robles Morua (SNI 1) Enrico A. Yepez Gonzalez (SNI 2)
Jaime Garatuza Payan (SNI 2)Luis A. Mendez Barroso (SNI 1)Zulia M. Sanchez Mejia (SNI C)
Juan Carlos Alvarez Yepiz (SNI C)
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Diferentes áreas de proyectos de investigación: Aplicación de estudios hidrológicos a distintas escalas para la determinación
de los impactos futuros del cambio climático.
Estudios de sustentabilidad y resiliencia a eventos extremos y de cambio climático en zonas urbanas y rurales.
Aplicación de modelos de simulación (DSS) para simular escenarios de los posibles impactos del cambio climático en las actividades económicas y en los recursos naturales.
Aplicación de herramientas de ciencias sociales para entender percepciones a riesgos ambientales y formular nuevas visiones de manejo del agua.
Estudios para cuantificar emisiones de gases de efecto invernadero a través de Análisis de Ciclos de Vida (ACV)
Monitoreo a largo plazo de variables de estado y de indicadores de cambio climático.
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Resumen del grupo Ciencias del Agua del ITSON
Seis investigadores todos pertenecen al Sistema Nacional de Investigadores (SNI).
Mas de 100 publicaciones científicas arbitradas de alto nivel.
Proyectos financiados por agencias Nacionales e Internacionales.
Colaboraciones con universidades y centros de investigación en México y en el extranjero.
Cuerpo académico consolidado mas joven en la historia del ITSON.
EJEMPLOS DEPROYECTOS
Red de Investigación de Sustentabilidad de ResilienciaUrbana ante Eventos Extremos
Climáticos (UREx SRN)
Coordinador UREx-Hermosillo:
Dr. Agustin Robles-Morua
El Reto (o el mantra?)
El cambio climático y la urbanización están en conflicto y la infraestructura natural y construida será el campo de batalla!
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Solución Tradicional“Fail-safe” – probabilidad de
fallo es menor, pero la
consecuencia es alta.
Infraestructura altamente
modificada
Solución Resiliente“Safe-to-Fail” – fallos
más frecuentes pero
con consecuencias
menores
• Flexible
• Multifuncional
www.urexsrn.org
Tendencias Observadas y Futuras de Calor Extremo en Sonora, México
Encargado:
Dr. Agustin Robles-Morua
MC Javier Navarro Estupiñan
Dr. Enrique Vivoni
Dr. Jose Montoya Laos
Analisis Regional de TemperaturasMaximas (Dias Calientes)
North:- Sonoyta II- Naco- Agua Prieta- Colonia Morelos- Imuris- Bacanuchi- Trincheras
South:- Navojoa- Quiriego- Batacosa- Tesia- Minas Nuevas- Tesocoma- Tesopaco- Tres Hermanos
Center:- Ures- Carbó- Banamichi
West:- Puerto Libertad- San Isidro
East:- Bacadehuachi- Yécora- Sahuaripa
• Stations must have data since 1966.
Tendencias Observadas en diferentes partes del estado.
Norte: Sur: Centro:
Este:Oeste:
• Estación oficial “Hermosillo Norte” utilizando datos históricos de 1966-2015 durante los veranos (Junio 1o
a Septiembre 15).
• Percentil 90th de excedencia para determinar UMBRAL histórico de 42 °C.
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Misery Days (Dias Calientes – DC)
• Datos disponibles vía INEGI.
• Choque de Calor código: X-300 (1998-2014).
• Choque de Calor código: 9000 (1990 a 1997).
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Muertes registradas por CHOQUE de CALOR en Hermosillo (1990-2014)
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Comparación entre DIAS CALIENTES y Muertes por CHOQUE DE CALOR en Hermosillo
Impactos de Sequias en centros urbanos de Sonora
Encargados:
Agustín Robles-Morua
Vivian S. Verduzco
Theodore Bohn
Enrique R. Vivoni
Antecedentes
Región de Sonora Clima: Semiárido Alta variabilidad en la precipitación Alta actividad agricola Creciente presión en recursos hídricos
Proyecciones futuras climaticas
Centros urbanos Guaymas: 50,000 hab Ciudad Obregón: 380,000 hab Hermosillo: 900,000 hab
Basin Area (Km2)
Mátape 9,000
Sonora 27,330
Yaqui 75,300
Intro
du
cción
Ob
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clusio
nes
Modelación hidrológica regionalpara evaluar SEQUIAS
VIC: Modelo hidrológico semi-distribuido amacroescala.
Características: Básado en simulación de malla. Representación de la hetereogeneidada de la
vegetacion. Múltiples capas de suelo con diferente
capacidad de infiltración. Flujo base no linear.
Versión: Bohn & Vivoni (2016) Representación de la partición de
evapotranspiración en vegetación esparcida. Incremento de la resolución temporal de la
caracterización de la vegetación, de series detiempo con parametros mensuales a series detiempo con parametros diarios.
Implementación de un nuevo esquema deirrigación para la representación de zoasagrícolas.
Figure . Schematic of the VIC-3L model (Gao et al., 2010).
Figure . . Schematic of the big leaf (old) and clumped (modified) representation of ET partition in VIC.
Intro
du
cción
Ob
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os
Resu
ltado
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sion
es
Forzamientos del modelo
Producto: Livneh et al. (2015). Precipitación diaria Temperatura máxima Temperatura mínima Velocidad del viento
Ajustes orográficos. Base de datos del 1950 al 2013. Resolución: 1/16° (~6km) Estaciones en México: 5430
Figure. Densidad de estaciones utilizadas para la creación del producto Livneh, por década.
Figure. Diferencias entre los productios Livneh15 y NLDAS2.
Intro
du
cción
Ob
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sion
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Determinación de la vulnerabilidad ante contaminantes atmosféricos en
una región urbana-agrícola
Encargados:Dra. Zulia M. Sánchez Mejía,
Dr. Agustín Robles Morua, Dr. Martin Villa
¿Cómo caracterizamos la calidad del aire? ¿Cómo será en el futuro?• Partículas suspendidas en el aire.
• Concentración de gases de efecto invernadero (i.e. CO2).
Fuentes: Fábricas, agricultura y automóviles.
Cuerpo Académico de Ciencias del AguaInvestigadores participantes:
Enrico A. Yepez Gonzalez (ITSON)Jaime Garatuza Payan (ITSON)Agustin Robles Morua (ITSON)
Luis A. Mendez Barroso (ITSON)Zulia M. Sanchez Mejia (ITSON)
Juan Carlos Alvarez Yepiz (ITSON)
Programa de Monitoreo Eco-hidrológico para la Adaptabilidad ante el Cambio Climático en la
región del Monzón de Norteamérica.
Porque estudiar las zonas áridas y semiáridas de México
Cambio climático
DeforestaciónErosión y
degradación del suelo
Perdida de biodiversidad
Disminución en cantidad y
calidad de agua
Retos en el estudio de zonas semiáridas por la complejidad de múltiples procesos eco-sistémicos e interacciones en la interface atmosfera-superficie.
Distintos niveles de presión antropogénica.
Porque estudiar las zonas áridas y semiáridas de México
Recarga de acuíferos
Hábitat para vida acuática
Secuestro de carbono
Producción forestal
Cantidad y calidad de
aguaControl de
erosión
Polinización
Recreación, valores estéticos y culturales
Manejo integrado de recursos naturales. Enfoque de cuantificación de servicios eco-sistémicos. Planeación a corto, mediano y largo plazo del manejo de cuencas.
Sitios de monitoreo eco-hidrológicos en Sonora, México
Observatorio ecohidrológico Rio Sonora cuenta con dos estaciones flujos de eco-hidrológicos: Rayón y Sierra Los Locos.
Sierra Los Locos: Bosque de encinos.
Rayón: Matorral subtropical.
Álamos-Cuchujaqui: Selva baja caducifolia.
Navopatia: Manglares y franja costera.
Observaciones de Campo
Datos / Conocimiento
Percepción Remota
Datos / Conocimiento
Experimentos de Modelación
Predicciones / Conocimiento Predicciones / Conocimiento
Caracterización de la
Precipitación
Distribución de la humedad de suelo
Dinámica de la vegetación
Propiedades de los suelos
Topografía
Caracterizaciónescorrentía
Caracterización de la
Precipitación
Dinámica de la vegetación
Distribución de la humedad de suelo
Enfoque de monitoreo eco-hidrológico en Sonora, México
Interacción entre estudios de campo, modelación matemática y percepción remota. A esta interacción se suma estudios de percepción social. Desarrollo de herramientas de toma de decisiones . Proceso de múltiples etapas realizado en varias campañas de campo y periodos.
Sitios de monitoreo eco-hidrológicos: un esfuerzo colectivo.
Fuente: Vargas et al., 2013
Red Mexflux: La mayor parte en Sonora. ITSON, USON y ASU: 7 sitios para monitoreo de
Carbono.
Matorral subtropical
Escala puntual: Sitios de flujos turbulentos(98.7 m2).
San Miguel River Basin, Sonora, Mexico
Observatorio eco-hidrológico Rio Sonora: distintos ecosistemas.
Bosque encinos
Observatorio eco-hidrológico Rio Sonora: distintos ecosistemas.
Integración de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) para generar mapas de vegetación y topografía.
Sierra Los Locos experimental catchmentObservatorio eco-hidrológico Rio Sonora: distintos ecosistemas.
Cuencas experimentales para estimar los distintos componentes del ciclo del agua:ET mediante de covarianza de vórtices, parcelas de escurrimiento, vertedores de escurrimientos (v-notch), intercepción de lluvia, flujo de savia, red de sensores de humedad de suelo, placas de calor y estaciones climáticas.
Observatorio eco-hidrológico: modelación hidrológica.
Marco conceptual del Modelo tRIBS(TIN-Based Real time Integrated Basin Simulator)
Interface grafica del modelo HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center's Hydrologic
Modeling System)
Simulación hidrológica incluye la adaptación de los modelos tRIBS y HEC-HMS. tRIBS: Modelo distribuido, basado en procesos físicos y estima flujos en una unidad
elemental. HEC-HMS: Modelo semi-distribuido, basado en relaciones empíricas, tipo evento.
Sitio de monitoreo Sierra de Álamos-Cuchujaqui
Integración observaciones-modelación-percepción remota-percepcion social. Capturar la dinámica de la vegetación bajo diferentes estados de sucesión. Transporte de nutrientes y retención de contaminantes.
Sitio de monitoreo Sierra de Álamos-Cuchujaqui
Maduro SecundarioAbandonado
Flujos en de intercambio de carbono en tres diferentes grados de perturbación. Impacto en flujos ecosistémicos y su partición (H2O, CO2 y energía) con
perturbación. Observaciones útiles para calibración y validación de modelos.
Sitio de monitoreo Sierra de Álamos-Cuchujaqui
Flujo lateral y vertical de contaminantes en lecho de ríos. Empleo de resinas ionicas para cuantificar movimientos de nutrientes. Monitoreo semi-continuo de descarga durante el monzón.
Sitio de monitoreo costero Navopatia
Navopatia se encuentra en el sistema lagunar Agiabampo-Bacorehuis.
Declarado sitio RAMSAR (No. 1797).
1375 ha de manglar.
Sistemas costeros grandes sumideros de carbono (manglares-pastos-marismas).
Manglares Isla Macosarit-Navopatia
Halophila sp.
Halodule sp.
Sitio de monitoreo costero Navopatia
Sitio de monitoreo costero Navopatia
Variables meteorológicas en el sitio con una resolución de 30 minutos. Monitoreo de nivel de mareas y salinidad en transepto del sistema lagunar. Cuantificación de Carbono y nitrógeno en sedimentos aledaños a los manglares y
pastos. Cuantificación de biomasa en manglares.
Modelación participativa en la cuenca del Río Sonora, México: Herramientas para la
Toma de decisionesEncargados:
Dr. Agustín Robles Morua
Dr. Alex S. Mayer
Dr. Enrique Vivoni
Dr. Kathleen Halvorsen
Pregunta central de investigación:
¿Como contribuye el desarrollo de modelos dinámicos creados mediante un esquema participativo al desarrollo de estrategias de para el manejo integral del agua a nivel cuenca?
En el contexto de:
• Sequias (Falta de agua).
• Conflictos entre usuarios.
• Condiciones climáticas altamente variables y que se espera que cambien en el futuro.
Enfoque del proyecto: Modelación Participativa
• Definición: Proceso que a través de un esquema colaborativo se construye una representación compartida de un sistema de modelos de manejo de recursos naturales.
• Razonamiento:– Recopilar e integrar una
diversidad de puntos de vista de participantes durante el proceso de desarrollo ….
….para que se pueda establecer una visión colectiva de manejo de la cuenca tomando en consideración como pueden cambiar las condiciones del futuro.
Plataforma del Modelo dinámico: STELLA® Systems Modeling Platform
• La plataforma del modelo dinámico permite elaborar una representación matemática y grafica que permite simular las interacciones de los distintos componentes del sistema de manejo del agua.
• El modelo dinámico se utilizo para:– Simular los componentes de sistema de
manejo del agua en la cuenca del Rio Sonora.
– Visualizar como estan entrelazados los diferentes componentes del sistema.
– Explorar estrategias de manejo de uso del agua utilizando resultados gráficos.
• STELLA® es un software de modelación de sistemas dinámicos que tiene la capacidad para construir modelos matemáticos a través de interfaces graficas.
Variables controladas por el clima
Variables críticas para el manejo de recursos del agua
Indicadores de desempeño
Interfaz del Modelo Dinámico de Manejo
de Recursos del Agua (STELLA)
Expansión urbana zonas urbanas y su relación con la tenencia de la tierra en Sonora
Encargados:
Dr. Jaime Garatuza Payán
Dr. Agustín Robles Morúa
MC. Jesús Ariel Castro López
Resultados - CAJEME
• Análisis utilizando los polígonos generados.
1973
1986
1995
2005
2015
Crecimiento urbano de Ciudad Obregón en relación a la zona agrícolaadherida a la mancha urbana (1973-2015).
AñoSuperficie
(ha)
Superficie agrícola
que formaba parte
de la mancha
urbana (ha)
Porcentaje de
la mancha
urbana que
era agrícola
(%)
1973 2570.08 38.87 1.51
1986 4488.91 274.58 6.12
1995 5605.66 726.88 12.97
2005 6417.17 1273.99 19.85
2015 7265.09 1757.75 24.19
Resultados - CAJEME• Proyecciones de crecimiento urbano al año 2050
Proyección con restricciones físicas (canales de riego)
Proyección con restricción de acuerdo al desarrollo urbano del
H. Ayuntamiento de Cajeme.
Validación de las proyeccionesProyección con restricción de
acuerdo al desarrollo urbano del H. Ayuntamiento de Cajeme.
Entrevista a propietarios de predios que se encuentran en la periferia de Cd.
Obregón
Herramienta de validación
Desempeño de una manipulación
de temperatura en parcelas
experimentales de trigo en el Valle
del Yaqui
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Encargado:
Dr. Enrico A. Yepez
• Región de agricultura intensiva, basada principalmente en trigo.
• El Valle tiene aproximadamente 255, 000 hectáreas destinadas a la agricultura.
• Uno de los principales productores de cereal.
• Una de las principales actividades económicas de la región.
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Valle del yaqui
El objetivo de este estudio es describir el desempeño del la
manipulación experimental de temperatura en cultivo de trigo
en el Valle del Yaqui.
51
.
52
Termómetro infrarojo(IRTS Apogee) Angulo de 45°
• Arreglo de seis calentadores de 1000W, 240V.
• Distancia de 1.2 m sobre el dosel del cultivo
5.2 m
Datalogger Modelo CR 1000 (Campbell Scientific)
Módulo de salida de voltaje (SDM-CV04, Campbell Sci.)
Regulador (Dimmer A1P-24-30-S05, AvatarInstruments)
53
54
.¡GRACIAS !
Oportunidades de estudios
Doctorado en Ciencias – Especialidad en Biotecnología.
Doctorado en Ingeniería – Especialidad en Ingeniería Ambiental y Manejo de Recursos Hídricos.
Maestría en Ciencias en Recursos Naturales.
Licenciaturas: Ingenierías Ambiental, Civil, y Biotecnología.
Mayores informes: Dr. Agustín Robles-MoruaProfesor Investigador TitularInstituto Tecnológico de SonoraEmail: [email protected]
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