Desarrollo de datos grillados de precipitación horaria para el Perú, estudio final

Los datos de precipitación con alta resolución espacial y temporal son muy esenciales para múltiples campos en las ciencias climatológicas, ecológicas, hidrológicas y ambientales. En este trabajo desarrollamos e implementamos la construcción de un producto grillado (0.1°) de precipitación horaria a escala de todo el Perú (PISCOp_h). Esta nueva base de datos se desarrolla a partir de la disgregación temporal de un establecido producto diario de precipitación en conjunto con la combinación de estimaciones de precipitación de tres productos satelitales y estaciones meteorológicas automáticas. Los principales resultados demuestran que PISCOp_h presenta un moderado a alto acople de la precipitación horaria; caracteriza bastante bien la frecuencia e intensidad de la precipitación horaria, principalmente en la parte central y sur del país. Asimismo, caracteriza de forma eficiente la frecuencia, intensidad y ciclo diurno promedio de la precipitación horaria. Esta base de datos representa un importante avance en el desarrollo de productos de precipitación horaria, primordialmente en regiones montañosas de terreno complejo. Nosotros esperamos que el nuevo producto sea de utilidad para las diferentes aplicaciones hidrometeorológicas a nivel nacional

Estimación de hidrogramas horarios de caudales en la vertiente del pacífico, estudio final

Los hidrogramas de inundación de alta resolución temporal son empleados para el diseño de estructuras hidráulicas, operación de embalses, análisis de máximas avenidas, identificación de riesgos ante movimientos de masa y sistemas de alerta temprana ante inundaciones. Esta información es obtenida normalmente mediante modelizaciones hidrológicas complejas que relacionan la precipitación y la escorrentía. Es esta investigación, se propone un método para combinar un modelo de red neuronal artificial (ANN) para la estimación de caudales pico instantáneos y el método índice de pendiente del hidrograma de volumen unitario (SIUVFH) para la desagregación de caudales promedio diarios en caudales a escala horaria. Este último método se basa en la correlación entre el caudal pico del evento de inundación y el índice de pendiente, obtenido a partir de la diferencia entre el caudal pico diario de inundación y el caudal promedio diario de días previos al pico de inundación. Esta relación determinará la selección del hidrograma unitario de inundación que será reescalado con el volumen del hidrograma diario de inundación, por ello, esta relación será optimizada mediante la obtención del caudal pico del evento de inundación a partir de modelos de redes neuronales artificiales. La construcción del modelo de ANN, requirió de caudales promedio diarios y precipitación promedio areal durante el día pico y días adyacentes a ese día, además de parámetros geomorfológicos de la cuenca hidrográfica. La estructura óptima de ANN se determinó mediante la optimización de Adam, encontrando un alto rendimiento respecto a los métodos empíricos, según el estadístico del coeficiente de determinación de 0.96, respecto a los datos observados de los hidrogramas horarios de referencia y una raíz del error cuadrático medio de 82.3 m3/s para los datos de validación. La aplicación del caudal pico basado en ANN y la desagregación de caudales con el método de SIUVFH nos proporcionó información de caudales horarios desagregados en las 55 unidades hidrográficas de la vertiente del Pacífico

Estimación de umbrales de lluvia para movimientos en masa potenciales a partir de datos diarios grillados en el Perú, estudio final

El objetivo de este trabajo fue generar y evaluar umbrales de lluvia regionales obtenidos a partir de la combinación de datos de precipitación grillada de alta resolución (PISCOpd_Op) desarrollado por el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú (SENAMHI) y la información de eventos observados de movimientos en masa desencadenados por lluvias (ML) para obtener umbrales regionales de lluvia. Los datos de eventos de ML se relacionaron con las lluvias desencadenantes y no desencadenantes de estos eventos, obteniéndose propiedades de los eventos de lluvia a partir de los cuales se determinaron umbrales de lluvia. Se realizó una validación del desempeño de los umbrales con eventos ocurridos durante el año 2020 enfocado en evaluar la operatividad de estos umbrales en sistemas de alerta frente a ML en Perú. La determinación de umbrales se realizó para 11 regiones homogéneas determinados en base a las precipitaciones máximas para todo el Perú. El método de determinación de los umbrales fue bajo un enfoque empírico-estadístico; y el rendimiento predictivo de los umbrales se evaluó a partir del “True Skill Statistic” (TSS) y el Área Bajo la Curva ROC (AUC). El mejor rendimiento predictivo se obtuvo mediante la curva de umbral intensidad media-duración Imean-D seguido por la lluvia acumulada E. Este trabajo, es la primera aproximación de estimación de umbrales regionales a escala del Perú para entender los movimientos en masa (MM) y los resultados obtenidos serán utilizados para el monitoreo y pronóstico de MM causados por lluvias intensas para soportar las acciones de Gestión de Riesgos de Desastres

Monitoreo hidrológico en tiempo cuasi real en la vertiente del pacífico empleando el modelo hidrológico SWAT, estudio final

El tener conocimiento de los procesos hidrológicos y tener cuantificado la información de caudales permite que la gestión de recursos hídricos presente el comportamiento hidrológico actual, realice predicción de tendencias, establezca grados de afectación (eventos como inundaciones y sequias) y realice predicciones a corto plazo permitiendo evaluar la toma de decisiones a corto, mediano y largo plazo. De tal modo que el desarrollo de herramientas de monitoreo hidrológico permitan establecer el conocimiento de la información hidrológica muy cercana a la realidad; este estudio se ha centrado en emplear el modelo hidrológico SWAT (“Soil and Water Assessment Tools”) en la vertiente del Pacifico peruano y llevarlo a un sistema operativo de monitoreo hidrológico de tiempo cuasi-continuo; durante su desarrollo el modelo fue calibrado y validado empleando información registrada de caudales del periodo 1981 – 2020, evaluándolo en dos etapas 1. desarrollo y parametrización del modelo hidrológico SWAT, empleando información física y climática 2. Evaluación de la sensibilidad de parámetros del modelo hidrológico, 3. Regionalización hidrológica, y 4. Calibración y validación del modelado hidrológico con el objetivo de determinar parámetros y sus valores óptimos y 2) Realizar la validación del modelado hidrológico, evaluando la capacidad predictiva de los parámetros encontrados en el proceso de calibración; se ha encontrado eficiencias diarias de NSE próximas a 0.5 a 0.75. Posteriormente finalizado los pasos de parametrización, calibración y validación hidrológica, se ha realizado el proceso de operativización del modelo, esto mediante la actualización diaria de los datos climáticos disponibles (precipitaciones y temperaturas) del producto PISCOOPERATIVO, agregándolos al modelamiento de manera automática, seguidamente realizando la ejecución diaria del modelo hidrológico, obteniendo finalmente las salidas de los caudales en toda la vertiente del Pacifico peruano a un nivel discreteado de subcuencas

Modelamiento de susceptibilidad a movimientos en masa producto de lluvias intensas a nivel nacional, estudio final

El presente estudio propone el desarrollo de un mapa de susceptibilidad a movimientos en masa producto de lluvias intensas en el territorio peruano y proporciona una herramienta de gestión del territorio para la mitigación de eventos de remoción en masa potencialmente desastrosos. Para ello, se ha realizado un trabajo sistemático, que ha permitido recopilar datos in situ de los movimientos en masa producto de las lluvias intensas, que han servido para el ajuste y validación de un modelo de predicción de probabilidad de ocurrencia del evento de remoción en masa producto de lluvias intensas mediante técnicas de aprendizaje automático (machine learning) usando el algoritmo de bosques aleatorios (Random Forest)

Modelamiento hidrológico con productos satelitales en la vertiente del pacífico, estudio final

La presente investigación evaluó el desempeño de 4 productos satelitales basados en los enfoques “bottom up” y “top down” en la vertiente del Pacífico, Perú, para la estimación de descargas media diarias. Para el enfoque “top down”, se evaluó los productos Peruvian Interpolation data of the SENAMHI’s Climatological and hydrological Observations (PISCO) y datos de reanálisis (ERA5-Land). Mientras que para el enfoque “bottom up”, se evaluó a los productos satelitales GPM+SM2RAIN y SM2RAIN-ASCAT. Se evaluó el desempeño de 30 cuencas mediante el uso del modelo hidrológico GR4J, las mismas que se encuentran distribuidas en toda la Vertiente del Pacífico, y agrupadas en 5 grandes regiones. Las métricas de eficiencia utilizadas en este estudio fueron, Nash Suftcliffe-Efficiency (NSE), Kling Guppta-Efficiency (KGE); Raíz de error medio cuadrático (RMSE); Sesgo relativo (BIAS) y el Coeficiente de correlación (r). Asimismo, es notorio un mejor desempeño de los productos “bottom up” en cuencas tropicales, destacando el desempeño del producto GPM+SM2RAIN en cuencas del hemisferio norte y ASCAT+SM2RAIN en la zona centro. Por otro lado, para la evaluación de cuencas por extensión, el producto GPM+SM2RAIN presentó los mejores resultados. Finalmente, a la luz de nuestros resultados, se recomienda el uso del reciente enfoque “bottom up”, sobre todo en cuencas tropicales, y a su vez, se recalca el potencial aporte para una mejor comprensión de los recursos hídricos en zonas con escasez de datos de precipitación

Inventario de datos de eventos de inundaciones del Perú, estudio final

Este inventario de datos de eventos de inundaciones será fundamental para los tomadores de decisiones, quienes contribuyen al proceso de planificación y gestión del riesgo de inundaciones, además intercambien datos de manera consistente para evaluar eventos históricos de inundaciones y hacer frente a futuros eventos de inundaciones. El número escaso de registros de inundaciones y la falta de una definición consistente de eventos de inundación es una de las razones más importantes para realizar un inventario de inundaciones. Por consiguiente, el objetivo del presente informe es realizar un reporte y base de datos de eventos de inundaciones que causaron impacto en la población desde 1981 hasta el 2021 en Perú. Los detalles de la descripción y el proceso de recopilación de datos se dan en materiales y metodología, el resumen del inventario de eventos de inundación y limitaciones de los datos, se indican en la sección de resultados y discusión, por último, un resumen de las aportaciones del estudio y trabajos futuros se dan en la sección de conclusiones

Evaluación de eventos de tormentas pluviométricas con información satelital, estudio final

La evaluación de productos satelitales con estaciones automáticas en tierra fue realizada para la detección de tormentas considerando como principales características la detección, lámina y duración promedio de eventos de tormentas. Al ser la precipitación un variable discontinua en forma de eventos. Este tipo de evaluaciones basadas en eventos podrían proporcionar información adicional a las basadas en estadísticas de intervalo fijo, pero rara vez se realizada este tipo de análisis. Para abordar este problema, el utilizó el producto “Integrated MultisatellitE Retrievals for Global Precipitation Measurement (IMERG-GPM) contrastándolo con pluviómetros distribuidos en todo el territorio peruano. Primero se evaluó la viabilidad de usar un producto satelital para delinear las propiedades de los eventos de precipitación. Se definieron indicadores a nivel de tormentas siendo los principales el número de eventos registrados, la duración promedio y lámina promedio de lluvia. Estas métricas se aplicaron para ambos conjuntos de datos y se determinó que el IMERG-GPM presenta una similar lámina de lluvia en promedio con respecto a las estaciones automáticas. También, el IMERG-GPM registra eventos de mayor duración en promedio con respecto a las estaciones automáticas. Este análisis y comparación entre las estaciones automáticas y la data IMERG-GPM ha permitido identificar bondades y diferencias sustanciales siendo la sobre detección de eventos y duración promedio de lluvia las principales diferencias. Por otro lado, el IMERG-GPM ha podido representar de manera coherente la variabilidad de las tormentas en el territorio peruano siendo la región costa y sierra sur la que mejores resultados mostró

Análisis del clima actual y futuro en la cuenca del río Urubamba y sus impactos en la disponibilidad hídrica y cultivos priorizados en la subcuenca de Santa Teresa, Cusco. Compendio

El presente documento es un compendio resumido de los estudios, elaborados por las componentes meteorológica, hidrológica y agrometeorológica, “Clima actual y escenarios de cambio climático en la cuenca del Urubamba”; “Determinación de la disponibilidad hídrica superficial presente y futura: subcuenca del río Santa Teresa, y “Caracterización y aptitud agroclimática, impacto del cambio climático y medidas de adaptación en los cultivos de café, granadilla y palto en la subcuenca de Santa Teresa, Cusco”. El ámbito de estudio es la cuenca del Urubamba, para la cual se ha desarrollado la Línea de base meteorológica y los escenarios climáticos futuros, en tanto que las aplicaciones para la disponibilidad hídrica y los impactos en los cultivos han sido desarrollados a nivel de la subcuenca del río Santa Teresa. Los resultados que se muestran constituyen una herramienta esencial para la realización de estudios que permitan comparar y proyectar el impacto del cambio climático en la región, partiendo del establecimiento de una línea base para la determinación de la vulnerabilidad actual de la cuenca frente al clima y su variabilidad, hasta la evaluación de los posibles patrones de riesgo y oportunidades ante posibles cambios del clima en un futuro no tan lejano, particularmente sobre cuencas hidroglaciares como la del río Urubamba. Asimismo, responden a la necesidad de reforzar la resiliencia de los ecosistemas y economías locales ante los impactos del retroceso glaciar en los Andes Tropicales a través de la implementación de actividades piloto que muestren los costos y beneficios de la adaptación al cambio climático en las cuencas

Desarrollo de curvas pluviométricas Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF) en Perú

En el presente estudio, se intenta proporcionar un enfoque para derivar curvas intensidad duración-frecuencia (IDF) de precipitación en Perú. En particular, se lleva a cabo un análisis regional de precipitaciones extremas, basado en el método del tipo de índice de inundación, para derivar profundidades totales de tormenta de diferentes periodos de retorno. Luego, dichas profundidades de tormenta se distribuyen en el tiempo de acuerdo con hietogramas sintéticos generados por el método de las curvas de Huff, que proporcionan una representación probabilística de las profundidades de tormenta acumuladas para las correspondientes duraciones de tormenta acumuladas expresadas en forma adimensional. Dada su relativa simplicidad, el procedimiento desarrollado se puede extender fácilmente a lugares sin mediciones. Finalmente, se describe un marco para cuantificar los impactos del cambio climático en función de la magnitud y la frecuencia de los eventos de precipitaciones extremas utilizando extremos de precipitación proyectados multimodelo e históricos corregidos por sesgo. El enfoque evalúa los cambios en las curvas IDF de precipitación y sus límites de incertidumbre