Temporal global trends of human population and dependency on coral reefs

Research on human populations and dependency on coral reefs is relatively sparse, and often uses recycled statistics that have not been updated for many years. In light of climate change on coral reefs, its vital that continual assessments not only on coral reef ecosystems, but additionally the communities that rely on them is maintained in order to inform climate resilience. I aimed to 1) update statistics and create a long-term dataset of human populations near coral reefs, and 2) develop a human dependency framework that is reproducible and adaptable to newly available data. Using openly accessible data, of LandScan and global coral reef distribution map, I found that nearly 1 billon people live within 100 km of coral reefs in 2020. I developed a conceptual human dependency framework, which encompassed four pre-defined dependency categories, of fisheries, tourism, coastal protection and nutrition. Using an indicator approach, openly accessible data was collected for each category. The Human dependency on coral reef index (HDCRI) was developed and calculated, and were complemented by hybrid learning techniques. Human dependency “profiles” were created, and presented, how countries were dependent on coral reef ecosystems and what indicators were driving the dependency. The conceptual framework, aimed to shift thinking of human dependency on a linear scale from low to high dependency, towards a more holistic view on human dependency. The human dependency framework and population methods, were designed to be reproducible and adaptable to different scales of data (e.g. regional and national levels), and updated with improved datasets. The outputs of these studies are aimed to improve coral science by facilitating human aspects to research, additionally, to create more informed decision making to policymakers in distributing funds and resources. Finally, to facilitate a novel tool of insurance as a form of climate resilience, for coral reefs and the humans that depend on them

Proceedings of the XXVIIIth TELEMAC User Conference 18-19 October 2022

Hydrodynamic

Planning the integration of the renewable energy sources on islands, under the National Electric System in Mexico

The electric generation systems on islands are based generally on fossil fuel. This fact and its supply make the electricity cost higher than in systems used in the continent. In this thesis, as a first part, a review of the renewable energy generation systems on islands is elaborated. To do it, 77 islands from 45 different countries were analized. This analysis will allow to know how the implementation of renewable energy sources could help these islands in developing a renewable and sustainable energy sector, including a reduction of electricity generation cost. The de-carbonising in the electricity generation is necessary to reduce fossil fuel consumption, the pollution emitted and to meet the Energy Technology Perspectives 2ºC Scenario (2DS) targets. Small islands are not exempt from this target, so this the emphasis of this thesis is placed on a 50-50 target: to reduce the fossil fuel consumption through electricity generation from Renewable Energy Sources (RES) to cover 50% of all electric demand by 2050 on small islands. This analysis will be based on three factors: economical, technical, and land-use possibilities of integrating Renewable Energy Technologies (RETs) into the existing electrical grid. As second part of the thesis, this work shows the results from a study case of the application of renewable energy technology in Cozumel Island, Mexico. This island is located in the Riviera Maya, in the Occidental Caribbean Sea. The analysis developed was made through long- term statistical models. A deterministic methodology was used to perform time-series simulations. As a first integration approaching, the simulations show that for the year 2050 a feasible integration of a system based on wind/PV can be achieved on the Island, reducing the electricity price from 0.37 US$/kWh to 0.24 US$/kWh (2050 in the Base Scenario). This result had a renewable penetration of 22.3% and does not considered a battery system or changes in the existing electric grid. With this scenario, the government will achieve its targets in renewable energy and in the reduction of the emissions of CO2. This will allow reaching a sustainable electricity sector. In a second approach, and according to the results, all systems proposed are able to completely satisfy the renewable electricity needed by 2050 in all scenarios proposed. From the 12 system proposals that were compared, two systems, System 2 and System 7, were chosen as eligible systems to be installed. The Levelized Cost of Energy (LCOE) result for System 2 was 0.2401 US$/kWh and for System 7 was 0.2008 US$/kWh by 2050 in the Base Scenario. Meanwhile, the Internal Rate of Return (IRR) value fluctuated from 17.6% for System 2 to 31% for System 7, with a renewable fraction of penetration for System 2 of 56.1% and for System 7 of 56.9% by 2050 in the Base Scenario. The selection of the best system was made on the base of a Dimensional Statistical Variable (DSV) through primary and secondary category rankings. The presented proposal of three phases methodology determines the best systems for capturing the lower initial capital cost and the higher competitiveness of this new proposal compared with the current system of electricity generation on the Island, and can be applied on small islands as well. As third part of this thesis, the analysis presents an optimization of the energy planning, a grid assessment, and an economic analysis, considering three growing scenarios (Low, Base and High) in the electricity consumption, to supply the energy demand for a hybrid power system (Photovoltaics/Wind/Diesel/Battery) on a small island by 2050.Los sistemas de generación en islas generalmente están basados en combustible fósil. Éste hecho y su suministro ocasionan que el costo de la electricidad sea mayor que en los sistemas continentales. En esta tesis y como primera parte, se elaboró una revisión de los sistemas de generación de electricidad en las islas. Para lograr esto, se analizaron 77 islas de 45 diferentes países. Éste análisis permitirá conocer cómo la implementación de las fuentes de energía renovable puede ayudar a éstas islas a desarrollar un sector sostenible y renovable, incluyendo la reducción del costo en la generación de electricidad. La des-carbonización en la generación de electricidad es necesaria para reducir el consumo de combustible fósil, para reducir la contaminación y para lograr los objetivos propuestos en el escenario de los 2 grados en la perspectiva de las tecnologías de la energía (2DS, por sus siglas en inglés). Las pequeñas islas no están exentas de éstos objetivos, por esto, el énfasis en ésta tesis está localizado en el objetivo 50-50: reducir el consumo de combustible fósil usado en la generación de electricidad a través de las fuentes de energía renovable (RES, por sus siglas en inglés), y así cubrir el 50% de la electricidad demandada por las pequeñas islas para el año 2050. Éste análisis estará basado en tres factores: en el económico, en el técnico y en las posibilidades del uso de la tierra para integrar las tecnologías de energía renovable (RETs, por sus siglas en inglés) en la red eléctrica existente. Como segunda parte de la tesis, en ésta se muestran los resultados de un caso de estudio en la aplicación de la tecnología de energía renovable en la isla de Cozumel, en México. Esta isla está localizada en la Riviera Maya, en el Mar Occidental del Caribe. El análisis desarrollado fue desarrollado a través de modelos estadísticos a largo plazo. Se ha usado una metodología determinística para realizar las simulaciones en las series de tiempo. Cómo un primer acercamiento para la integración, las simulaciones mostraron que se puede lograr para el 2050 una integración de un sistema basado en fuentes eólicas/fotovoltáicas en la isla, reduciendo el precio de la electricidad de 0.37 US$/kWh a 0.24 US$/kWh (en el escenario base para el año 2050). El resultado tuvo una penetración de la energía renovable de 22.3% sin considerar un sistema de baterías o cambios en la red eléctrica existente. En este escenario, el gobierno logrará sus objetivos en energía renovable y en la disminución de la emisión de CO2. Esto permitirá lograr un sector sostenible en la electricidad. En un segundo acercamiento y de acuerdo a los resultados, todos los sistemas propuestos pueden completamente satisfacer la electricidad renovable necesaria para el año 2050 en todos los escenarios propuestos. De los 12 sistemas propuestos que se compararon, dos sistemas, el Sistema 2 y el Sistema 7fueron elegidos como los sistemas para ser instalados. El resultado del costo nivelado de energía (LCOE, por sus siglas en inglés) para el Sistema 2 fue de 0.2401 US$/kWh y para el Sistema 7 fué de 0.2008 US$/kWh para el año 2050 en el escenario base. Mientras tanto, el valor de la tasa interna de retorno (IRR, por sus siglas en inglés) fluctuó del 17.6% para el Sistema 2 al 31% para el Sistema 7, con un factor de penetración en renovable para el Sistema 2 del 56.1% y para el Sistema 7 del 56.9% para el año 2050 en el escenario base. La selección del mejor sistema fue realizada sobre la base de una variable estadística dimensional (DSV, por sus siglas en inglés) a través de una clasificación de categorías primaria y secundaria. La presente propuesta de metodología de tres fases determina el mejor sistema para obtener el menor costo inicial de capital y la mayor competitividad de esta nueva propuesta, comparada con el actual sistema de generación de electricidad en la isla y que también pueda ser aplicada a las pequeñas islas. Como tercera parte de la tesis, el análisis presenta una optimización de la planeación energética, una evaluación de la red y un análisis económico, considerando tres escenarios de crecimiento (bajo, base y alto) para el consumo de electricidad y para suministrar la energía demandada por una isla pequeña para el año 2050. El principal objetivo de este estudio es, presentar una metodología de cuatro fases para optimizar y reducir el tiempo de respaldo del banco de baterías incluidas en el sistema híbrido de generación de energía seleccionado. También comparará cuatro diferentes tecnologías de baterías de manera simultánea, sin cambios en los objetivos planteados en 50% para el año 2050, y sin cambios en la operación segura y continua de la red. La metodología incluye un análisis de la red para obtener una segura, fuerte y confiable respuesta de operación basada en los parámetros indicados en el código de red, incluso en caso de disturbios eléctricos. En esta metodología de cuatro pasos, el análisis está desarrollado en base al uso de dos herramientas de modelos de simulación. La primera herramienta de modelos de simulación determina los valores óptimos de las variables controladas por el diseñador del sistema, tales como la mezcla de los componentes (fotovoltaico, eólico/diésel/baterías) que conformen el sistema, o la cantidad o tamaño de cada variable. Este modelo usa el análisis multi-año basado en corridas de simulación de tiempo-dominio a niveles de flujo de energía en paso de tiempo discretos de 1 hora. La segunda herramienta de simulación asume todas las variable y parámetros en la red como constantes durante el periodo de tiempo analizado. El flujo de potencia es analizado a través de un comando de función de conteo en un lenguaje de programación y refleja la respuesta del sistema en un tiempo específico, con unos parámetros y variables específicas dadas. La propuesta final técnica y su análisis financiero son obtenidos aplicando y validando esta metodología en una isla pequeña, así como también, la selección del sistema a ser instalado para la generación de electricidad renovable. Aquí se incluyen las modificaciones y refuerzos a la red eléctrica a través de los años hasta el año 2050, realizados de acuerdo con el código de red y con los objetivos en energía renovable indicados para el sistema eléctrico de potencia de la isla. De acuerdo a los resultados de esta optimización, el más bajo LCOE obtenido fue el del sistema que incluye las baterías de flujo Zinc-Bromine, en el cual las sensitividades fueron aplicadas y que fue de 0.2036 US$/kWh para el año 2050 en el Escenario Base. Mientras que el valor de la tasa interna de retorno para este sistema fue del 30.37Para el caso del PRE-análisis de cuando la energía renovable suple el 100$/kWh para el año 2050 en el Escenario Base. Estos resultados son combinando el eólico Off-shore/eólico On-shore/fotovoltaico/baterías Zn-Br/diésel, con un factor de penetración de las renovables del 100%

A Technical Report for the Global Biodiversity Outlook 3

"This synthesis focuses on estimates of biodiversity change as projected for the 21st century by models or extrapolations based on experiments and observed trends

Impacts of climate change on fisheries and aquaculture

The 2015 Paris Climate Agreement recognizes the need for effective and progressive responses to the urgent threat of climate change, through mitigation and adaptation measures, while taking into account the particular vulnerabilities of food production systems. The inclusion of adaptation measures in the fisheries and aquaculture sector is currently hampered by a widespread lack of targeted analyses of the sector's vulnerabilities to climate change and associated risks, as well as the opportunities and responses available. This report provides the most up-to-date information on the disaggregated impacts of climate change for marine and inland fisheries, and aquaculture, in the context of poverty alleviation and the differential dependency of countries on fish and fishery resources. The work is based on model projections, data analyses, as well as national, regional and basin-scale expert assessments. The results indicate that climate change will lead to significant changes in the availability and trade of fish products, with potentially important geopolitical and economic consequences, especially for those countries most dependent on the sector

Publications 2000

This publication comprises the monographs published by the Institutions of the Communit

Le niveau de la mer actuel : variations globale et régionales

Sea level is an integrated climate parameter that involves interactions of all components of the climate system (oceans, ice sheets, glaciers, atmosphere, and land water reservoirs) on a wide range of spatial and temporal scales. Over the 20th century, tide gauge records indicate a rise in global sea level between 1.6 mm/yr and 1.8 mm/yr. Since 1993, sea level variations have been measured precisely by satellite altimetry. They indicate a faster sea level rise of 3.3 mm/yr over 1993-2015. Owing to their global coverage, they also reveal a strong regional sea level variability that sometimes is several times greater than the global mean sea level rise. Considering the highly negative impact of sea level rise for society, monitoring sea level change and understanding its causes are henceforth high priorities.In this thesis, we first validate the sea level variations measured by the new satellite altimetry mission, SARAL-AltiKa by comparing the measurements with Jason-2 and tide gauge records. We then attempt to close the global mean sea level budget since 2003 and estimate the deep ocean contribution by making use of observational data from satellite altimetry, Argo profiles and GRACE mission. We show that uncertainties due to data processing approaches and systematic errors of different observing systems still prevent us from obtaining accurate results. In the second part of the thesis, by making use of past sea level reconstruction, we study the patterns of the regional sea level variability and estimate climate related (global mean plus regional component) sea level change over 1950-2009 at three vulnerable regions: Indian Ocean, South China and Caribbean Sea. For the sites where vertical crustal motion monitoring is available, we compute the total relative sea level (i.e. total sea level rise plus the local vertical crustal motion) since 1950. On comparing the results from these three regions with already existing results in tropical Pacific, we find that tropical Pacific displays the highest magnitude of sea level variations.In the last part of the thesis, we therefore focus on the tropical Pacific and analyze the respective roles of ocean dynamic processes, internal climate modes and external anthropogenic forcing on tropical Pacific sea level spatial trend patterns since 1993. Building up on the relationship between thermocline and sea level in the tropical region, we show that most of the observed sea level spatial trend pattern in the tropical Pacific can be explained by the wind driven vertical thermocline movement. By performing detection and attribution study on sea level spatial trend patterns in the tropical Pacific and attempting to eliminate signal corresponding to the main internal climate mode, we further show that the remaining residual sea level trend pattern does not correspond to externally forced anthropogenic sea level signal. In addition, we also suggest that satellite altimetry measurement may not still be accurate enough to detect the anthropogenic signal in the 20-year tropical Pacific sea level trends.Le niveau de la mer est une des variables climatiques essentielles dont la variabilité résulte de nombreuses interactions complexes entre toutes les composantes du système climatique sur une large gamme d'échelles spatiales et temporelles. Au cours du XXème siècle, les mesures marégraphiques ont permis d’estimer la hausse du niveau de la mer global entre 1,6 mm/an et 1,8 mm/an. Depuis 1993, les observations faites par les satellites altimétriques indiquent une hausse du niveau de la mer plus rapide de 3,3 mm/an. Grâce à leur couverture quasi-globale, elles révèlent aussi une forte variabilité du niveau de la mer à l’échelle régionale, parfois plusieurs fois supérieure à la moyenne globale du niveau de la mer. Compte tenu de l'impact très négatif de l’augmentation du niveau de la mer pour la société, sa surveillance, la compréhension de ses causes ainsi que sa prévision sont désormais considérées comme des priorités scientifiques et sociétales majeures.Dans cette thèse, nous validons d’abord les variations du niveau de la mer mesurées par la nouvelle mission d'altimétrie satellitaire, SARAL-AltiKa, en comparant les mesures avec celles de Jason-2 et des marégraphes. Un autre volet de cette première partie de thèse a consisté à estimer les parts respectives des facteurs responsables des variations du niveau de la mer depuis 2003 en utilisant des observations issues de l'altimétrie satellitaire (missions altimétrique Jason-1, Jason-2 et Envisat), de la mission GRACE, et des profils de température et salinité de l’océan par les flotteurs Argo. Une attention particulière est portée à la contribution de l’océan profond non ‘vue’ par Argo. Nous montrons que les incertitudes dues aux approches du traitement des données et aux erreurs systématiques des différents systèmes d'observation nous empêchent encore d'obtenir des résultats précis sur cette contribution.Dans la deuxième partie de la thèse, en utilisant les données de reconstruction du niveau de la mer dans le passé, nous étudions la variabilité régionale du niveau de la mer et estimons sa hausse totale (composante régionale plus moyenne globale) de 1950 à 2009 dans trois régions vulnérables : l’océan Indien, la mer de Chine méridionale et la mer des Caraïbes. Pour les sites où l’on dispose de mesures du mouvement de la croûte terrestre par GPS, nous évaluons la hausse locale du niveau de la mer relatif (hausse du niveau de la mer totale plus mouvement de la croûte locale) depuis 1950. En comparant les résultats de ces trois régions avec une étude précédente sur le Pacifique tropical, nous constatons que le Pacifique tropical présente la plus forte amplitude des variations du niveau de la mer sur la période d’étude.Dans la dernière partie de la thèse, nous nous concentrons par conséquent sur le Pacifique tropical. Nous analysons les rôles respectifs de la dynamique océanique, des modes de variabilité interne du climat et du forçage anthropique sur les structures de la variabilité régionale du niveau de la mer du Pacifique tropical depuis 1993. Nous montrons qu’une partie importante de la variabilité régionale du niveau de la mer du Pacifique tropical peut être expliquée par le mouvement vertical de la thermocline en réponse à l’action du vent. En tentant de séparer le signal correspondant au mode de variabilité interne du climat de celui de la hausse régionale du niveau de la mer dans le Pacifique tropical, nous montrons également que le signal résiduel restant (c’est-à-dire le signal total moins le signal de variabilité interne) ne correspond probablement pas à l’empreinte externe du forçage anthropique

Small states and the challenge of sovereignty: Commonwealth Caribbean offshore financial centers and tax competition

The dynamics of inter-state relations and state sovereignty have been disturbed by late-20th century globalisation. Yet the literature on the international system, globalisation and international political economy gives scant attention to the most vulnerable sovereign entities, the small and micro states. One significant exception has been the Commonwealth, with its many small state members. Another is the area of financial crime, and the role of the offshore financial centre (OFC) within global finance. This thesis analyses the efforts of several small Commonwealth states from the Caribbean to maintain their OFCs in the face of an OECD-directed campaign against tax competition. It demonstrates both the contribution made to economic development by an OFC and the successful assertion of sovereignty achieved by these small states. The case study focuses on Caribbean OFCs and the OECD campaign against harmful tax competition during 1998 - 2003. First, the argument that tax competition is a global problem is deconstructed. Three main points from the small states’ response to the OECD position are explored, along with the OECD’s rebuttal. Because the small states are individually at a disadvantage, the thesis provides an exposition of the collective response facilitated by the Commonwealth. The OFC is justified by its material contribution to the small state economy. Specific contributions made to the economies of the Bahamas, Dominica, St. Vincent and the Grenadines and the Cayman Islands are demonstrated. The pivotal impact of U.S. policy on the OECD project and on Caribbean OFCs is explored. Yet while one effect was a decline in the number of registered offshore firms, the quantity of capital transiting the Caribbean increased. This study of small states and offshore finance re-affirms the continued relevance of the sovereign state as an actor in international society, but also illustrates the importance of issue-area and geographical context