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 Severidad Falta de Precipitación Humedad de Suelo Precedente Condición Hidrológica Estatus Socio-Economico Intensidad Duracion Indice Palmer de Sequía (PDI) Precipitación Temperatura Disponibilidad de Capacidad retencion hidrica Modelos de balance de agua simplistas Precipitación Promediado sobre diff periodos Indice Estandarizado de Precipitación (SPI) Precipitación Temperaturs Procesos de estacionales frios Esquema complejo de balance de Energia y agua No infor. De las condiciones socioeconomicas Precipitación Temperatura Nieve acumulada Avenida de rios Almacenamiento de Agua Falta de Observaciones Esquema de weighting Indice de Abastecimiento de Agua Superficial (SWSI) Indices basados en Modelaje Hidrológico Severidad

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 Obs. del SMN NDAS EDAS NARR Escala Local (1/8 de grado) entradas meteorológicas Humedad de Suelo Inicialización del modelo VIC correntia, humedad de suelo, evaporación, escurrimiento Dia 25th, Mes 0 1-2 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

Applicaciones: prediccion climatica Ensamblado de Predicción de Avenidas “Ensemble Streamflow Prediction” (ESP) Datos Meteo recient Para generar la CIs“perfectas” Ensamblaje Meteo historico Para generar pronosticos ensemblados Arranque CIs Predicción Estado hidrológico observaciones

Infiltración Puntual(i) 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) Flujo Base (B) Infiltración Puntual(i) Capacidad de Fracción del Área 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 Predicciones Observaciones 2- mes-delante Julio Mayo 3- mes-delante Agosto 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 Sur de México Climatología 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 13 puntos en la region NAM (9 en la cuancas del Rio Yaqui). Angostura Boquiachi Paso Nacoric 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 Las Perlas

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 University North American Hydrological Systems (NAHS) Low resolution NAHS (1/2 degree) Monitoring NAHS Forecast High resolution NAHS (1/8 degree) done In progress (12/2008 to 01/2009) US MEX In progress (11/2008) done Forecasting Forecasting

LNAHS (SWM) http://www.hydro.washington.edu/forecast/monitor/ LNAHS-MM (SWM Multi-model) LNAHS-DF (SWM-Drought Forecast) VIC SAC LNAHS-DF (SWM-Drought Forecast Indices) NOAH CLM Mexico will be added by the end of this month to both systems Early 2009 the multi-model drought monitor will be added http://www.hydro.washington.edu/forecast/monitor/ Multi-model Ensemble

UW/PU-HNAHS (West-wide Hydrological Seasonal Forecast System) HNAHS-NM (NCAST) HNAHS-EF and HNAHS-CF (WHSFS) ESP CPC ESP and CPC will be implemented for the eastern US by the end of November CFS 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

Selección de areas bajo sequía f(SRI,SPI) 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)