Desarrollo de un modelo de "Footprint" de los flujos de calor sensible y radiación neta en la vegetación.

Los intercambios de energía y masa entre la superficie de la tierra y la atmósfera controlan la disposición de agua en el planeta, por lo que su conocimiento y modelación es importante. A escalas regionales, como los distritos de riego, el tema se ha abordado usando sensores remotos en satélites, donde el escalamiento de las mediciones de campo a las áreas de influencia o footprints de las observaciones satelitales deben ser intercomparables. A nivel de campo, se ha empleado la técnica de covarianza de vórtices para medir de forma directa los flujos de energía y masa, no obstante, se han encontrado problemas en el cierre de los balances, que se argumenta son producto del uso de diferentes footprints de las componentes del balance de energía. Así, en el presente trabajo se desarrolla un modelo de footprint de la radiación neta (que también puede ser aplicado en la modelación del footprint los flujos de calor sensible) a partir de sus componentes básicas: temperatura radiativa y albedo. En este esquema, los footprints se plantean en términos de la geometría sol-sensor de las mediciones, ya que ésta permite caracterizar las funciones de distribución bidireccional del albedo y de las emisiones térmicas, y revisar los cambios de áreas de influencia o footprints. En esta perspectiva se introduce un modelo uni-paramétrico de las componentes de la radiación neta que requiere un solo dato para su calibración y se valida en un experimento con cinco cultivos agrícolas en el Valle del Yaqui, Sonora, México, usando diferentes configuraciones de la geometría sol-sensor. Los resultados de los ajustes experimentales resultaron buenos (R2 > 0.98 en la mayoría de las pruebas), permitiendo el uso del modelo propuesto para el albedo y la temperatura radiativa en las estimaciones de la radiación neta. _______________ DEVELOPMENT OF A SENSIBLE HEAT FLUX AND NET RADIATION FOOTPRINT MODEL IN THE VEGETATION. ABSTRACT: The mass and energy exchanges between the biosphere and atmosphere control the water available on the planet, so it is important to know and model these processes. At the regional scale, as irrigation districts, the issue has been addressed using satellite remote sensing, where the scaling field measurements to influence areas or footprints of satellite observations should be intercomparable. At the field scale, the eddy covariance technique has been used to measure directly the energy and mass flows, however, there are problems in the closure of the balance, that are caused by using different footprints of the energy balance components. Thus, in this paper a net radiation footprint model is developed (which can be implemented in modeling the sensible heat flux footprint) from its basic components: radiative temperature and albedo. In this scheme, the footprints are conceptualized in terms of sun-sensor geometry measurements, since it allows to characterize the albedo and thermal emission bidirectional distribution function, and review the changes in the influence areas or footprints. In this perspective we introduce a uni-parametric model of the components of net radiation data which requires a single data for calibration. This model was validated with information from an experiment with five agricultural crops in the Yaqui Valley, Sonora, Mexico, using different configurations of sun-sensor geometry. The results of experimental settings were good (R2> 0.98 in most tests), allowing the use of the proposed model for the albedo and radiative temperature in estimates of net radiation.Tesis (Doctorado en Ciencias, especialista en Hidrociencias).- Colegio de Postgraduados, 2013.Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT)

Validación del modelo expo-lineal precipitación-escurrimiento en un simulador de lluvia

La necesidad de desarrollar métodos simplificados, operativos y coherentes para modelar la relación precipitación-escurrimiento a escala de eventos, permanece como uno de los grandes retos en el campo de la hidrología. Si bien existen propuestas simples de modelación como el método del Número de Curva o NC, sus bases teóricas no tienen fundamentos hidrológicos. La ventaja del método del NC es que solo requiere de un parámetro, lo cual lo hace muy atractivo en las aplicaciones. En este trabajo se analizan las bases del método del NC. Los resultados muestran que estos intentos simplificados de modelación están limitados. Por otro lado, el modelo expo-lineal de Paz (2013) es flexible en términos empíricos. Las bases teóricas de este modelo son discutidas en términos de la hidrología de área variable, en un formato suficientemente general para hacer solido su uso. El modelo se aplicó a un experimento en un simulador de lluvias con lotes de escurrimiento con diferentes tipos de suelo y coberturas aéreas de pastos. Los resultados mostraron un buen ajuste experimental a los datos, particularmente en términos de parametrizar el modelo expo-lineal en forma similar al método del NC. De estos desarrollos, se presenta un esquema de estimación de los parámetros del modelo expo-lineal que se puede usar en forma equivalente, por su simplicidad al tener un solo parámetro libre, al método del NC

Rainfall-runoff expolinear model for long-term experimental plots with corn crops.

Modelar la relación precipitación-escurrimiento (P-Q) en parcelas o cuencas hidrográficas cobra especial importancia cuando se tienen fines de planeación y manejo de los recursos hídricos. En la actualidad existen diferentes modelos de tipo hidrológico que permiten aproximar esta relación; sin embargo, se dificulta su aplicación, dado que requieren datos de una gran cantidad de parámetros. Un esquema más simple y atractivo para este tipo de modelación es el método del número de curva (CN), que depende de un solo parámetro; sin embargo, se requiere conocer la dinámica de la cobertura de la vegetación, y la respuesta del suelo y su cobertura (residuos agrícolas, entre otros) para poder aplicarlo, ya que estos factores influyen en la respuesta hidráulica del sistema. Un esquema similar (en simplicidad) al del CN es el modelo introducido por Paz (2009), este último considera que el patrón que aproxima la relación P-Q está compuesto por dos fases: una exponencial y una lineal. En el presente trabajo se revisó el modelo expo-lineal a partir de datos de precipitación y escurrimiento tomados durante un periodo de seis años (1996-2001) sobre lotes de escurrimiento con cultivo de maíz (diferentes sistemas de manejo del suelo). El modelo del CN se empleó, en este caso, como esquema de ordenación de los patrones hidrológicos presentados con los diferentes tratamientos. A partir de los patrones observados, se decidió utilizar sólo la fase lineal del modelo expo-lineal para aproximar la relación P-Q. Los resultados mostraron que los valores de Q estimados presentan alta correlación con los valores de Q medidos (R2 =0.99 en todos los sistemas de manejo), por lo que se concluye que el modelo puede utilizarse de manera confiable como un esquema simplificado de modelación de la relación P-Q. Los resultados empíricos obtenidos definen un camino de modelación simple, a partir de aproximar la estimación de los parámetros del modelo expo-lineal

Modelación de la función de distribución bidireccional de la temperatura radiativa en cultivos agrícolas

Los intercambios de energía y masa entre la superficie de la tierra y la atmósfera controlan la disposición de agua en el planeta, por lo que su conocimiento y modelación es importante. La temperatura de la superficie, medida por la temperatura radiativa (Tr), es uno de los factores críticos en la estimación de los flujos de energía. La Tr varía en función de la geometría sol-sensor, por lo que usar esta temperatura en lugar de la temperatura aerodinámica (To) introduce un factor adicional de incertidumbre en el cálculo de los flujos de calor sensible. Aunque la técnica de Covarianza de Vórtices ha sido usada para medir directamente los flujos de energía y masa, la falta de cierre de los balances de energía no ha tenido una explicación satisfactoria. Considerando que la modelación de la geometría sol-sensor tiene implícitos los cambios de áreas de influencia o footprints de las mediciones, se discute la necesidad de usar un footprint común para analizar el cierre de los balances de energía sobre la superficie. Así, se introduce un modelo uni-paramétrico de la Tr (MUPT), desarrollado originalmente para reflectancias, y se valida con datos de un experimento realizado en el Valle del Yaqui, Sonora, México en cinco cultivos con diferentes configuraciones de la geometría sol-sensor y footprints asociados. Los resultados muestran un buen ajuste del MUPT, por lo que puede ser usado en forma operativa

DISEÑO DE UN SISTEMA GONIOMÉTRICO CON TRES GRADOS DE LIBERTAD PARA MEDIR REFLECTANCIAS Y TEMPERATURAS RADIATIVAS EN EL SISTEMA SUELO-VEGETACIÓN

La medición espectral multi-angular de la vegetación requiere de sistemas goniométricos costosos y pesados, difíciles de operar en condiciones de campo y laboratorio. Para facilitar este tipo de mediciones, se diseñó un sistema goniométrico (SIGO-CP) simple de operar y de bajo costo, lo suficientemente flexible para ser usado en campo y laboratorio. El SIGO-CP, a diferencia de los sistemas actuales, tiene tres grados de libertad en vez de dos: acimutal, cenital y radial, permitiendo cambiar el área asociada al efecto de escala de las observaciones. El SIGO-CP fue ejemplificado en su implementación bajo condiciones de laboratorio, incluida la aplicación de eventos de precipitación con un simulador de lluvias, para experimentos de arreglos geométricos de especies vegetales en bolsas de plástico sobre las que se utiliza un fondo de suelo a la altura de los inicios de los tallos de las plantas