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Proyectos acerca de Cambio ClimáticoGrupo del Agua -ITSON

Presentado por:Dr. Agustín Robles Morua

Cuerpo Académico de Ciencias del AguaInvestigadores participantes:

Agustin Robles Morua (SNI 1) Enrico A. Yepez Gonzalez (SNI 2)

Jaime Garatuza Payan (SNI 2)Luis A. Mendez Barroso (SNI 1)Zulia M. Sanchez Mejia (SNI C)

Juan Carlos Alvarez Yepiz (SNI C)

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Diferentes áreas de proyectos de investigación: Aplicación de estudios hidrológicos a distintas escalas para la determinación

de los impactos futuros del cambio climático.

Estudios de sustentabilidad y resiliencia a eventos extremos y de cambio climático en zonas urbanas y rurales.

Aplicación de modelos de simulación (DSS) para simular escenarios de los posibles impactos del cambio climático en las actividades económicas y en los recursos naturales.

Aplicación de herramientas de ciencias sociales para entender percepciones a riesgos ambientales y formular nuevas visiones de manejo del agua.

Estudios para cuantificar emisiones de gases de efecto invernadero a través de Análisis de Ciclos de Vida (ACV)

Monitoreo a largo plazo de variables de estado y de indicadores de cambio climático.

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Resumen del grupo Ciencias del Agua del ITSON

Seis investigadores todos pertenecen al Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

Mas de 100 publicaciones científicas arbitradas de alto nivel.

Proyectos financiados por agencias Nacionales e Internacionales.

Colaboraciones con universidades y centros de investigación en México y en el extranjero.

Cuerpo académico consolidado mas joven en la historia del ITSON.

EJEMPLOS DEPROYECTOS

Red de Investigación de Sustentabilidad de ResilienciaUrbana ante Eventos Extremos

Climáticos (UREx SRN)

Coordinador UREx-Hermosillo:

Dr. Agustin Robles-Morua

Video URExSRN (2:40)

El Reto (o el mantra?)

El cambio climático y la urbanización están en conflicto y la infraestructura natural y construida será el campo de batalla!

Ph

oto

cre

dit

: Get

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: To

m M

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ek, R

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rs

Solución Tradicional“Fail-safe” – probabilidad de

fallo es menor, pero la

consecuencia es alta.

Infraestructura altamente

modificada

Solución Resiliente“Safe-to-Fail” – fallos

más frecuentes pero

con consecuencias

menores

• Flexible

• Multifuncional

www.urexsrn.org

Tendencias Observadas y Futuras de Calor Extremo en Sonora, México

Encargado:

Dr. Agustin Robles-Morua

MC Javier Navarro Estupiñan

Dr. Enrique Vivoni

Dr. Jose Montoya Laos

Analisis Regional de TemperaturasMaximas (Dias Calientes)

North:- Sonoyta II- Naco- Agua Prieta- Colonia Morelos- Imuris- Bacanuchi- Trincheras

South:- Navojoa- Quiriego- Batacosa- Tesia- Minas Nuevas- Tesocoma- Tesopaco- Tres Hermanos

Center:- Ures- Carbó- Banamichi

West:- Puerto Libertad- San Isidro

East:- Bacadehuachi- Yécora- Sahuaripa

• Stations must have data since 1966.

Tendencias Observadas en diferentes partes del estado.

Norte: Sur: Centro:

Este:Oeste:

• Estación oficial “Hermosillo Norte” utilizando datos históricos de 1966-2015 durante los veranos (Junio 1o

a Septiembre 15).

• Percentil 90th de excedencia para determinar UMBRAL histórico de 42 °C.

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Misery Days (Dias Calientes – DC)

• Datos disponibles vía INEGI.

• Choque de Calor código: X-300 (1998-2014).

• Choque de Calor código: 9000 (1990 a 1997).

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Muertes registradas por CHOQUE de CALOR en Hermosillo (1990-2014)

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Comparación entre DIAS CALIENTES y Muertes por CHOQUE DE CALOR en Hermosillo

Impactos de Sequias en centros urbanos de Sonora

Encargados:

Agustín Robles-Morua

Vivian S. Verduzco

Theodore Bohn

Enrique R. Vivoni

Antecedentes

Región de Sonora Clima: Semiárido Alta variabilidad en la precipitación Alta actividad agricola Creciente presión en recursos hídricos

Proyecciones futuras climaticas

Centros urbanos Guaymas: 50,000 hab Ciudad Obregón: 380,000 hab Hermosillo: 900,000 hab

Basin Area (Km2)

Mátape 9,000

Sonora 27,330

Yaqui 75,300

Intro

du

cción

Ob

jetivoM

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clusio

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Modelación hidrológica regionalpara evaluar SEQUIAS

VIC: Modelo hidrológico semi-distribuido amacroescala.

Características: Básado en simulación de malla. Representación de la hetereogeneidada de la

vegetacion. Múltiples capas de suelo con diferente

capacidad de infiltración. Flujo base no linear.

Versión: Bohn & Vivoni (2016) Representación de la partición de

evapotranspiración en vegetación esparcida. Incremento de la resolución temporal de la

caracterización de la vegetación, de series detiempo con parametros mensuales a series detiempo con parametros diarios.

Implementación de un nuevo esquema deirrigación para la representación de zoasagrícolas.

Figure . Schematic of the VIC-3L model (Gao et al., 2010).

Figure . . Schematic of the big leaf (old) and clumped (modified) representation of ET partition in VIC.

Intro

du

cción

Ob

jetivo M

étod

os

Resu

ltado

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nclu

sion

es

Forzamientos del modelo

Producto: Livneh et al. (2015). Precipitación diaria Temperatura máxima Temperatura mínima Velocidad del viento

Ajustes orográficos. Base de datos del 1950 al 2013. Resolución: 1/16° (~6km) Estaciones en México: 5430

Figure. Densidad de estaciones utilizadas para la creación del producto Livneh, por década.

Figure. Diferencias entre los productios Livneh15 y NLDAS2.

Intro

du

cción

Ob

jetivo M

étod

os

Resu

ltado

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nclu

sion

es

Determinación de la vulnerabilidad ante contaminantes atmosféricos en

una región urbana-agrícola

Encargados:Dra. Zulia M. Sánchez Mejía,

Dr. Agustín Robles Morua, Dr. Martin Villa

¿Cómo caracterizamos la calidad del aire? ¿Cómo será en el futuro?• Partículas suspendidas en el aire.

• Concentración de gases de efecto invernadero (i.e. CO2).

Fuentes: Fábricas, agricultura y automóviles.

Cuerpo Académico de Ciencias del AguaInvestigadores participantes:

Enrico A. Yepez Gonzalez (ITSON)Jaime Garatuza Payan (ITSON)Agustin Robles Morua (ITSON)

Luis A. Mendez Barroso (ITSON)Zulia M. Sanchez Mejia (ITSON)

Juan Carlos Alvarez Yepiz (ITSON)

Programa de Monitoreo Eco-hidrológico para la Adaptabilidad ante el Cambio Climático en la

región del Monzón de Norteamérica.

Porque estudiar las zonas áridas y semiáridas de México

Cambio climático

DeforestaciónErosión y

degradación del suelo

Perdida de biodiversidad

Disminución en cantidad y

calidad de agua

Retos en el estudio de zonas semiáridas por la complejidad de múltiples procesos eco-sistémicos e interacciones en la interface atmosfera-superficie.

Distintos niveles de presión antropogénica.

Porque estudiar las zonas áridas y semiáridas de México

Recarga de acuíferos

Hábitat para vida acuática

Secuestro de carbono

Producción forestal

Cantidad y calidad de

aguaControl de

erosión

Polinización

Recreación, valores estéticos y culturales

Manejo integrado de recursos naturales. Enfoque de cuantificación de servicios eco-sistémicos. Planeación a corto, mediano y largo plazo del manejo de cuencas.

Sitios de monitoreo eco-hidrológicos en Sonora, México

Observatorio ecohidrológico Rio Sonora cuenta con dos estaciones flujos de eco-hidrológicos: Rayón y Sierra Los Locos.

Sierra Los Locos: Bosque de encinos.

Rayón: Matorral subtropical.

Álamos-Cuchujaqui: Selva baja caducifolia.

Navopatia: Manglares y franja costera.

Observaciones de Campo

Datos / Conocimiento

Percepción Remota

Datos / Conocimiento

Experimentos de Modelación

Predicciones / Conocimiento Predicciones / Conocimiento

Caracterización de la

Precipitación

Distribución de la humedad de suelo

Dinámica de la vegetación

Propiedades de los suelos

Topografía

Caracterizaciónescorrentía

Caracterización de la

Precipitación

Dinámica de la vegetación

Distribución de la humedad de suelo

Enfoque de monitoreo eco-hidrológico en Sonora, México

Interacción entre estudios de campo, modelación matemática y percepción remota. A esta interacción se suma estudios de percepción social. Desarrollo de herramientas de toma de decisiones . Proceso de múltiples etapas realizado en varias campañas de campo y periodos.

Sitios de monitoreo eco-hidrológicos: un esfuerzo colectivo.

Fuente: Vargas et al., 2013

Red Mexflux: La mayor parte en Sonora. ITSON, USON y ASU: 7 sitios para monitoreo de

Carbono.

Matorral subtropical

Escala puntual: Sitios de flujos turbulentos(98.7 m2).

San Miguel River Basin, Sonora, Mexico

Observatorio eco-hidrológico Rio Sonora: distintos ecosistemas.

Bosque encinos

Observatorio eco-hidrológico Rio Sonora: distintos ecosistemas.

Integración de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) para generar mapas de vegetación y topografía.

Sierra Los Locos experimental catchmentObservatorio eco-hidrológico Rio Sonora: distintos ecosistemas.

Cuencas experimentales para estimar los distintos componentes del ciclo del agua:ET mediante de covarianza de vórtices, parcelas de escurrimiento, vertedores de escurrimientos (v-notch), intercepción de lluvia, flujo de savia, red de sensores de humedad de suelo, placas de calor y estaciones climáticas.

Observatorio eco-hidrológico: modelación hidrológica.

Marco conceptual del Modelo tRIBS(TIN-Based Real time Integrated Basin Simulator)

Interface grafica del modelo HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center's Hydrologic

Modeling System)

Simulación hidrológica incluye la adaptación de los modelos tRIBS y HEC-HMS. tRIBS: Modelo distribuido, basado en procesos físicos y estima flujos en una unidad

elemental. HEC-HMS: Modelo semi-distribuido, basado en relaciones empíricas, tipo evento.

Sitio de monitoreo Sierra de Álamos-Cuchujaqui

Integración observaciones-modelación-percepción remota-percepcion social. Capturar la dinámica de la vegetación bajo diferentes estados de sucesión. Transporte de nutrientes y retención de contaminantes.

Sitio de monitoreo Sierra de Álamos-Cuchujaqui

Maduro SecundarioAbandonado

Flujos en de intercambio de carbono en tres diferentes grados de perturbación. Impacto en flujos ecosistémicos y su partición (H2O, CO2 y energía) con

perturbación. Observaciones útiles para calibración y validación de modelos.

Sitio de monitoreo Sierra de Álamos-Cuchujaqui

Flujo lateral y vertical de contaminantes en lecho de ríos. Empleo de resinas ionicas para cuantificar movimientos de nutrientes. Monitoreo semi-continuo de descarga durante el monzón.

Sitio de monitoreo costero Navopatia

Navopatia se encuentra en el sistema lagunar Agiabampo-Bacorehuis.

Declarado sitio RAMSAR (No. 1797).

1375 ha de manglar.

Sistemas costeros grandes sumideros de carbono (manglares-pastos-marismas).

Manglares Isla Macosarit-Navopatia

Halophila sp.

Halodule sp.

Sitio de monitoreo costero Navopatia

Sitio de monitoreo costero Navopatia

Variables meteorológicas en el sitio con una resolución de 30 minutos. Monitoreo de nivel de mareas y salinidad en transepto del sistema lagunar. Cuantificación de Carbono y nitrógeno en sedimentos aledaños a los manglares y

pastos. Cuantificación de biomasa en manglares.

Modelación participativa en la cuenca del Río Sonora, México: Herramientas para la

Toma de decisionesEncargados:

Dr. Agustín Robles Morua

Dr. Alex S. Mayer

Dr. Enrique Vivoni

Dr. Kathleen Halvorsen

Pregunta central de investigación:

¿Como contribuye el desarrollo de modelos dinámicos creados mediante un esquema participativo al desarrollo de estrategias de para el manejo integral del agua a nivel cuenca?

En el contexto de:

• Sequias (Falta de agua).

• Conflictos entre usuarios.

• Condiciones climáticas altamente variables y que se espera que cambien en el futuro.

Enfoque del proyecto: Modelación Participativa

• Definición: Proceso que a través de un esquema colaborativo se construye una representación compartida de un sistema de modelos de manejo de recursos naturales.

• Razonamiento:– Recopilar e integrar una

diversidad de puntos de vista de participantes durante el proceso de desarrollo ….

….para que se pueda establecer una visión colectiva de manejo de la cuenca tomando en consideración como pueden cambiar las condiciones del futuro.

Plataforma del Modelo dinámico: STELLA® Systems Modeling Platform

• La plataforma del modelo dinámico permite elaborar una representación matemática y grafica que permite simular las interacciones de los distintos componentes del sistema de manejo del agua.

• El modelo dinámico se utilizo para:– Simular los componentes de sistema de

manejo del agua en la cuenca del Rio Sonora.

– Visualizar como estan entrelazados los diferentes componentes del sistema.

– Explorar estrategias de manejo de uso del agua utilizando resultados gráficos.

• STELLA® es un software de modelación de sistemas dinámicos que tiene la capacidad para construir modelos matemáticos a través de interfaces graficas.

Variables controladas por el clima

Variables críticas para el manejo de recursos del agua

Indicadores de desempeño

Interfaz del Modelo Dinámico de Manejo

de Recursos del Agua (STELLA)

Expansión urbana zonas urbanas y su relación con la tenencia de la tierra en Sonora

Encargados:

Dr. Jaime Garatuza Payán

Dr. Agustín Robles Morúa

MC. Jesús Ariel Castro López

Resultados - CAJEME

• Análisis utilizando los polígonos generados.

1973

1986

1995

2005

2015

Crecimiento urbano de Ciudad Obregón en relación a la zona agrícolaadherida a la mancha urbana (1973-2015).

AñoSuperficie

(ha)

Superficie agrícola

que formaba parte

de la mancha

urbana (ha)

Porcentaje de

la mancha

urbana que

era agrícola

(%)

1973 2570.08 38.87 1.51

1986 4488.91 274.58 6.12

1995 5605.66 726.88 12.97

2005 6417.17 1273.99 19.85

2015 7265.09 1757.75 24.19

Resultados - CAJEME• Proyecciones de crecimiento urbano al año 2050

Proyección con restricciones físicas (canales de riego)

Proyección con restricción de acuerdo al desarrollo urbano del

H. Ayuntamiento de Cajeme.

Validación de las proyeccionesProyección con restricción de

acuerdo al desarrollo urbano del H. Ayuntamiento de Cajeme.

Entrevista a propietarios de predios que se encuentran en la periferia de Cd.

Obregón

Herramienta de validación

Desempeño de una manipulación

de temperatura en parcelas

experimentales de trigo en el Valle

del Yaqui

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Encargado:

Dr. Enrico A. Yepez

• Región de agricultura intensiva, basada principalmente en trigo.

• El Valle tiene aproximadamente 255, 000 hectáreas destinadas a la agricultura.

• Uno de los principales productores de cereal.

• Una de las principales actividades económicas de la región.

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Valle del yaqui

El objetivo de este estudio es describir el desempeño del la

manipulación experimental de temperatura en cultivo de trigo

en el Valle del Yaqui.

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.

52

Termómetro infrarojo(IRTS Apogee) Angulo de 45°

• Arreglo de seis calentadores de 1000W, 240V.

• Distancia de 1.2 m sobre el dosel del cultivo

5.2 m

Datalogger Modelo CR 1000 (Campbell Scientific)

Módulo de salida de voltaje (SDM-CV04, Campbell Sci.)

Regulador (Dimmer A1P-24-30-S05, AvatarInstruments)

53

54

.¡GRACIAS !

Oportunidades de estudios

Doctorado en Ciencias – Especialidad en Biotecnología.

Doctorado en Ingeniería – Especialidad en Ingeniería Ambiental y Manejo de Recursos Hídricos.

Maestría en Ciencias en Recursos Naturales.

Licenciaturas: Ingenierías Ambiental, Civil, y Biotecnología.

Mayores informes: Dr. Agustín Robles-MoruaProfesor Investigador TitularInstituto Tecnológico de SonoraEmail: agustin.robles@itson.edu.mx