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 el
Reunión Anual de la Unión Geofísica Mexicana
30 de Octubre 2008
Puerto 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
Falta de Precipitación
Humedad de Suelo
Precedente
Condición Hidrológica
Estatus Socio-Economico
Intensidad
Duracion
Precipitación
Precipitación
Indice Estandarizado de Precipitación Temperatura
(SPI)Precipitación
Precipitación
Precipitación
Disponibilidad
de Capacidad
Temperaturs
Temperatura
Indice de Abastecimiento de Agua Superficial
(SWSI)hidrica
Precipitación
retencion
Procesos
Nievede
acumulada
estacionales frios
Modelos
de balance
de
agua
Promediado
sobre
diff
Indices basados en Modelaje Hidrológico
Esquema
Avenida
complejo
de rios
deperiodos
balance
Indice Palmer de Sequía (PDI)
Severidad
simplistas
 deAlmacenamiento
Energia y agua de Agua
NoFalta
infor. De
de Observaciones
las condiciones
socioeconomicas
Esquema de weighting
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
Sistema de Predicción Hidrológica Extendido de la
UW
Escala Local (1/8 de grado) Humedad de correntia, humedad de
entradas meteorológicas
Suelo
suelo, evaporación,
escurrimiento
Simulaciones de
Inicialización
ESTADO
Predicción Hidrológica
del modelo VIC
INICIAL
correntía, almacenamientos
de Agua, Liberación de
Agua
Estado
Predicció
Inicial de
n de
la Presa
Presas
SIMOP
Obs. del
SMN
NDAS
EDAS
NARR
1-2 años atras
Meteo. p/a
cubrir
huecos en
la inic.
Est. Índice
Asimilación
de Obs.
SWE
Dia 25th, Mes 0
Predicción por
Ensamblajes
trazas del ESP
ensamblajes NCEP
CFS
Operación
&
Restricciones
Mes 12
Applicaciones: prediccion climatica
Ensamblado de Predicción de Avenidas
“Ensemble Streamflow Prediction” (ESP)
Datos Meteo recient
Para generar
la CIs“perfectas”
Arranque
Estado
hidrológico
Ensamblaje Meteo historico
Para generar pronosticos
ensemblados
CIs
Predicción
observaciones
Modelo Superficial Terrestre de Capacidades
de Infiltración Variable(VIC)
Covertura Vegetal por celda
Flujos de Energía y Humedad por celda
Capacidad de
Infiltración Puntual(i)
Curva de Infiltración Variable
Superficie Arborea
Capa 1
Capa 2
Fracción del Área
Capa 3
Flujo Base (B)
Curva de Flujo base
Humedad de Suelo en la Capa 2 (W2)
•Modelo Hidrológico Semi-distribuido de macroescala
•Resolución de 1/8 de grado
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
Condiciones Iniciales
1-mes-delante
Junio
2- mes-delante
Julio
3- mes-delante
Agosto
Predicciones
Observaciones
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
4- mes-delante
Septiembre
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
Componentes del Balance de Agua
Norte de México
Climatología
Sur de México
Pronóstico
Indices de Sequía en Agosto del
2007
SMI
SMI-Predicción
NADM
SMI-Obs
SRI
Avenidas de Rios
• Más de 200
estations en EUA
• Actualmente 23
puntos en México
•Habilidad en la predicción anual
de avenidas de rios es mayor
durante los meses de verano
PSN C O _07
AN G ST_05
AN G ST_07
B O Q U I_ 0 5
B O Q U I_ 0 7
PER LA_05
PER LA_07
06
n-
Ju
M
ay
-0
6
6
-0
6
pr
-0
A
ar
M
Fe
b-
06
06
5
n-
Ja
-0
5
5
-0
ec
D
ep
S
PSN C O _05
– 13 puntos en la
region NAM (9 en la
cuancas
del Rio
m o n th s
Yaqui).
-0
5
5
-0
ug
l- 0
A
•Probabolidad de Ocurrencia
de Sequía basado en los
miembros del
ensamblaje
Las Perlas
Ju
Ju
Paso Nacoric
ay
-0
5
Angostura
05
0
ov
0 .0 5
-0
0 .1
N
0 .1 5
5
0 .2
ct
0 .2 5
O
0 .3
M
Boquiachi
0 .3 5
n-
P ro b ab ility o f D rou g h t O cc ure nc e
0 .4
Conclusiones
• El sistema de Predicción Hidrológica Estacional Westwide 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 multimodelo
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 University
North American Hydrological Systems
(NAHS)
Low resolution NAHS (1/2 degree)
Monitoring
NAHS
Forecast
High resolution NAHS (1/8 degree)
US
In progress
(11/2008)
done
MEX
done
In progress
(12/2008 to 01/2009)
LNAHS (SWM)
LNAHS-MM (SWM Multi-model)
VIC
SAC
LNAHS-DF (SWM-Drought Forecast)
LNAHS-DF (SWM-Drought Forecast Indices)
http://www.hydro.washington.edu/forecast/
monitor/
NOAH
CLM
oMexico will be added by the end of this month to both systems
oEarly 2009 the multi-model drought monitor will be added
Multi-model Ensemble
http://www.hydro.washington.edu/forecast/monitor/
UW/PU-HNAHS
(West-wide Hydrological Seasonal Forecast
System)
HNAHS-EF and HNAHS-CF (WHSFS)
HNAHS-NM (NCAST)
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.shtml
http://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
Selección de
areas bajo
sequía
f(SRI,SPI)
Predicciones
de SMI (en
percentiles)
Comparación
de
predicciones y
observaciones
de SMI (en
percentiles)
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Monitoreo y Predicción de Sequías en México