modelado para colombia de la distribución potencial de páramo, … · 2010-05-28 · modelado...
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Modelado para Colombia de la distribución potencial de Páramo, Bosque andino y Bosque seco, en un escenario de cambio climático (A2a, año 2050) y su repercusión en el capital natural.
Urbina-Cardona, J.N., PhD 1Ruiz-Agudelo, C.A., PhD 1Londoño, M.C., PhD 1Santos-Vega, M. 2
1 Conservación Internacional, Colombia2 Dirección Nacional de Planeación - DNP
Efectos fenológicos
EVIDENCIAS DE LOS EFECTOS DEL CAMBIO CLIM ÁTICO SOBRE LA BIODIVERSIDAD
1. Floración temprana de plantas en el hemisferio norte (Myneni et al. 1997. Nature 386:698-701)
2. Oviposición temprana de anfibios (Beebee 1995, Nature 374:219-220)
Efectos en la estructura de las poblaciones
EVIDENCIAS DE LOS EFECTOS DEL CAMBIO CLIM ÁTICO SOBRE LA BIODIVERSIDAD
3. Alteraciones en la proporción de sexos en la tortuga Chrysemys picta (Janzen 1994. PNAS 91: 7487–7490)
Efectos en la estructura de las comunidades
EVIDENCIAS DE LOS EFECTOS DEL CAMBIO CLIM ÁTICO SOBRE LA BIODIVERSIDAD
4. Cambios faunísticos en comunidades de invertebrados marinos de California (Barry et al. 1995 Science 267:672-675 )
Alteraciones de la distribución geográfica
EVIDENCIAS DE LOS EFECTOS DEL CAMBIO CLIM ÁTICO SOBRE LA BIODIVERSIDAD
5. Vegetación alpina (Grabherr et al. 1994. Nature 369:448)
6. Aves (Thomas and Lennon 1999. Nature 399:213)
7. Mariposas (Parmesan 1996 Nature. 382:765-766; Parmesan et al. 1999 Nature399:579-583)
8. Mosquitos (Epstein et al. 1998. Bull. Am. Met. Soc. 79:409-417)
Efectos a gran escala
EVIDENCIAS DE LOS EFECTOS DEL CAMBIO CLIM ÁTICO SOBRE LA BIODIVERSIDAD
9. Blanqueamiento de los corales
10. Declive globalizado de anfibios
Mortalidad de anfibios por hongo (Batrachochytrium dendrobatidis) y sinergia con Cambio Climatico y especies invasoras
(Gewin 2008)
Respuestas Geogr áficas de las Especies a Cambios Clim áticos
t0Antes del cambio climático
Distribución geográfica hipotética en equilibrio con el ambiente
ColapsoDesplazamientoAdaptación
t1Después del cambio climático
El concepto de nicho (Hutchinson 1958)El hipervolumen n-dimensional en el que cada punto corresponde a un estado del ambiente que permite a las poblaciones de una especie existir indefinidamente
Hum
edad
1 parte.MODELOS DE NICHO ECOLOGICO
Traducción:El conjunto de condiciones ambientales bajo las cuales las poblaciones de una especie pueden sobrevivir indefinidamente sin la necesidad de inmigración
Temperatura
Hum
edad
Mo
de
los
de
nic
ho
.NICHO FUNDAMENTALNICHO FUNDAMENTAL
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40Temperature (ºC)
Pre
cipi
tatio
n (m
m)
Optimumconditions
Marginalconditions
Death
Notsuitable
conditions
Mo
de
los
de
nic
ho
.
NICHO REALIZADO (NICHO REALIZADO (MaterializadoMaterializado))
Para cada punto en el espacio geográfico existe 1 y sólo 1 punto en el espacio ecológico; en cambio, para cada punto en el espacio ecológico puede haber más de un punto en el espacio geográfico
11
temperature
pre
cip
ita
tio
n
Distribuciones Potenciales Especies
Temperatura
Hu
me
da
d
Gustl Anzenberger
Callicebus cupreus
Modelos• DOMAINDOMAINDOMAINDOMAIN• Generalized Linear Models (GLIMS) Generalized Linear Models (GLIMS) Generalized Linear Models (GLIMS) Generalized Linear Models (GLIMS) • General Algebraic Models Systems (GAMS) General Algebraic Models Systems (GAMS) General Algebraic Models Systems (GAMS) General Algebraic Models Systems (GAMS) No lineareshttp://www.gams.com/Default.htm
• BioclimBioclimBioclimBioclimhttp://cres.anu.edu.au/outputs/anuclim/doc/bioclim.htmlhttp://www.andra.fr/bioclim/
• Why WhereWhy WhereWhy WhereWhy Wherehttp://landshape.org/enm/whywhere-20-server/http://landshape.org/enm/whywhere-20-server/
• Redes Neuronales Redes Neuronales Redes Neuronales Redes Neuronales (ANN - Artificial Neural Networks )http://www.nd.com/neurosolutions/products/ns/whatisNN.html
• Árboles de Decisión Árboles de Decisión Árboles de Decisión Árboles de Decisión (Random forest)http://www.aaai.org/AITopics/html/trees.html
• BRT BRT BRT BRT –––– Boosted regression treesBoosted regression treesBoosted regression treesBoosted regression trees• Máxima entropíaMáxima entropíaMáxima entropíaMáxima entropíahttp://www.cs.cmu.edu/~aberger/maxent.html
• Algoritmos Genéticos Algoritmos Genéticos Algoritmos Genéticos Algoritmos Genéticos (GARP)http://www.lifemapper.org/desktopgarp/
• Niche mapperNiche mapperNiche mapperNiche mapperhttp://www.zoology.wisc.edu/faculty/Por/Por.html#niche
Elith et al. 2006, Novel methods improve prediction of
species’ distributions from occurrence data, Ecography
• 16 metodos de prediccion de distribucion de especies a
partir de datos de presencia
• 226 especies en 6 regiones
Aves, mamiferos, reptiles, ranas, plantas…
14
Aves, mamiferos, reptiles, ranas, plantas…
2 – 5822 localidades de presencia por especies
11 – 13 variables predictivas
Jane Elith, Catherine H. Graham*, Robert P. Anderson, Miroslav Dudík, Simon Ferrier, Antoine Guisan, Robert J.
Hijmans, Falk Huettmann, John R. Leathwick, Anthony Lehmann, Jin Li, Lucia G. Lohmann, Bette A. Loiselle, Glenn
Manion, Craig Moritz, Miguel Nakamura, Yoshinori Nakazawa, Jacob McC. M. Overton, A. Townsend Peterson,
Steven J. Phillips, Karen Richardson, Ricardo Scachetti-Pereira, Robert E. Schapire, Jorge Soberón, Stephen
Williams, Mary S. Wisz, Niklaus E. Zimmermann
Temperature
Hu
mid
ity
Modelo de nicho ecologico
Modelado del nicho y distribucion geografica E
spa
cio
Eco
log
ico
Proyeccion de vuelta
al espacio geografico
Algoritmo
Regression analyses, Cluster
analyses, GARP, Neural
Networks, MaxEnt, etc.
Esp
aci
o G
eo
gra
fico
Localidades de
especies Distribucion predicha
Producto
Esp
aci
o E
colo
gic
o
Variables
Bioclimaticas
Datos de entrada
Los modelos bioclimáticos nos permiten explorar pos ibles cambios en la distribución de las especies a causa del camb io climático
Presente
+......
Algoritmo de
......
Distribución potencial en el presente
Escenario de cambio de clima
de modelado
......
Distribución potencial bajo un clima diferente
+......
Tomado de: Martínez-Meyer 2007
MaxEnt• MaxEnt PHILLIPS,S.J., DUDIK,M., and SCHAPIRE,R.E. 2004. y
PHILLIPS,S.J., DUDIK,M. 2008
http://www.cs.princeton.edu/~schapire/maxent/
Predicen la distribución realizada con base en que tan apropiado son
las condiciones en cada pixel para la presencia de la especie.
Se escoge las distribución con
máxima entropía (la menos 2˚ ley de la
• ENTROPIA = cantidad de “alternativas” involucradas en la selección
de un evento.
• Máxima entropía = distribución mas uniforme.
máxima entropía (la menos
ajustada al modelo) para evitar
el sobre ajuste de los datos.
(Jaynes, 1957).
2˚ ley de la termodinámica: sin influencia externa un sistema se mueve hacia la máxima
entropía.
1- SELECCIONAR A LOS ECOSISTEMAS DE ESTUDIO
1:500.000A. PARAMO
B. BOSQUE ANDINO
C. BOSQUE SECO
ES
TU
DIO
DE
CA
SO
: MÉ
TO
DO
S
El procedimiento general para la delimitación de ecosistemas continentales consistió en la integración de información
= Orobioma medio de los Andes = Orobioma alto de los Andes
= Bioma del bosque seco tropical
ES
TU
DIO
DE
CA
SO
: MÉ
TO
DO
S
consistió en la integración de información de geopedologÍa (geomorfología y suelos), zonificación climática (temperatura y precipitación), coberturas de la tierra y biomas (IDEAM et al 2007). Los biomas terrestres se delimitaron por factores climáticos de temperatura y pluviosidad e identifican tres grandes biomas definidos por Walter (1985): gran bioma del desierto tropical, gran bioma del bosque seco tropical y gran bioma del bosque húmedo tropical.
Clim
a ac
tual
(inte
rpol
acio
nes
1950
-200
0)
BIO1 = Annual Mean Temperature
BIO2 = Mean Diurnal Range (Mean of monthly (max temp - min temp)
BIO3 = Isothermality (P2/P7) (* 100)
BIO4 = Temperature Seasonality (standard deviation *100)
BIO5 = Max Temperature of Warmest Month
BIO6 = Min Temperature of Coldest Month
BIO7 = Temperature Annual Range (P5-P6)
BIO8 = Mean Temperature of Wettest Quarter
BIO9 = Mean Temperature of Driest Quarter
2A- CORTE DE CAPAS CLIMÁTICASC
lima
actu
al(in
terp
olac
ione
s 19
50
BIO9 = Mean Temperature of Driest Quarter
BIO10 = Mean Temperature of Warmest Quarter
BIO11 = Mean Temperature of Coldest Quarter
BIO12 = Annual Precipitation
BIO13 = Precipitation of Wettest Month
BIO14 = Precipitation of Driest Month
BIO15 = Precipitation Seasonality (Coefficient of Variation)
BIO16 = Precipitation of Wettest Quarter
BIO17 = Precipitation of Driest Quarter
BIO18 = Precipitation of Warmest Quarter
BIO19 = Precipitation of Coldest Quarter
Clim
a ac
tual
(inte
rpol
acio
nes
1950
-200
0)
Las variables bioclimáticas representan:
(1) Tendencias anuales (e.g., mean annual temperature, annual precipitation)
(2) Estacionalidad (e.g., annual range in temperature and precipitation)
(3) Factores extremos o limitantes (e.g., temperature of the coldest and warmest month, and precipitation of the wet and dry quarters). Donde un cuarto (quarter) es un periodo de tresmeses (1/4 del año).
Clim
a ac
tual
(inte
rpol
acio
nes
1950
Basado en Modelo General de Circulación (GCM por sus siglas en ingles)
El clima simulado depende en parte de las
concentraciones atmosféricas de gases de efecto
invernadero (Escenarios de emisiones).
Clim
a fu
turo
(Bas
ado
en e
l IP
CC
)
CGCM1-A2 CGCM1-B2 HadCM3-A2 HadCM3-B2
Clim
a fu
turo
Se usó el modelo de clima CCCMA, el escenario deemisión A2a para el año 2050. Contiene las 19 capasclimáticas: BIO1 - BIO19
Escenario de emisiones A2a: supone que la emisión de gases deefecto invernadero aumentará debido al uso de tecnologíasbasadas en combustibles fósiles
TO
PO
GR
AF
IA Y
SU
ELO
S TOPOGRAFICASALTITUD (DEM)
PENDIENTE
ASPECTO
SUELOS
2B- CORTE DE CAPAS TOPOGRAFICAST
OP
OG
RA
FIA
Y S
UE
LOS
SUELOS
RESULTADOS Y DISCUSION
1ª parte
Ecosystem-based Natural
Capital For Climate Change
Scenarios: Preliminary
analysis for Paramo, Andean
forest and dry forest in
Colombia. (Londoño, Urbina-
Cardona, Ruiz y Santos. In press.
Mountain Research and
Development )
PARAMO
-31.7%
Cambios entre la
distribución
potencial actual y la
distribución
potencial del 2050
PARAMO
BOSQUE SECO+41.1%
Cambios entre la
distribución potencial
actual y la distribución
potencial del 2050
(Londoño et al, in
press)
BOSQUE ANDINO-14.1%
Cambios entre la
distribución potencial
actual y la distribución
potencial del 2050
(Londoño et al, in
press)
2 parte.CAPITAL NATURAL
Otros ejercicios nacionales IAvH, UniAndes
Valoración de los siguientes servicios ecosistémicos•Regulación de gases•Regulación del Clima•Regulación de disturbios•Regulación del agua•Oferta de agua•Control de la erosión•Formación de suelo•Ciclo de nutrientes y su regulación en función de productividad•Recreación y oferta de ecoturismo
Se diseñó un programa en Visual Basic…. Transferencia de Beneficios
Rangos min-max = cálculo de promedio
Se realizó la valoración SE por hectarea celda por celda…..
RESULTADOS Y DISCUSION
2ª parte
Se valoro cada servicio ecosistémico para cada bioma
NPP values in actual scenario and future (2050) scenario and coverage % in actual and future
scenario.
Paramo Dry Forest Andean Forest
Actual (gr/m²/year) 557,5326959 1207,443828 1249,835287
predicted
NPP
Future 2050
(gr/m²/year) 549,7150832 1157,757177 1040,468452
Change Rate (%) -1,402180132 -4,115027939 -16,75155414Change Rate (%) -1,402180132 -4,115027939 -16,75155414
Menos PPN en paramo por menor biomasa pero a futuro se requiere investigación para cuantificarla a la luz de la calidad y cantidad de agua
Paramo Dry Forest Andean Forest
Actual (USD/Año)
19.433
millones
7.429
millones
20.164
millones
Future 2050 9.046 14.796 14.878
Economic Values of three ecosystems in actual scenario and future (2050) scenario.
Predicted
Future 2050
(USD/year)
9.046
millones
14.796
millones
14.878
millones
PERSPECTIVAS A FUTURO
• Realizar la valoración a nivel de cambios
multitemporales en coberturas
• Vincular análisis en agroecosistemas
• Valoración de servicios ecosistémicos • Valoración de servicios ecosistémicos
relacionados con la biodiversidad
(interacciones bióticas: polinización,
dispersión y control de plagas) drivers
Bosque seco tropicalEste gran bioma abarca el 6.7% de la superficie continental de Colombia y corresponde a zonas en las que predominan los climas cálido seco y cálido muy seco. La precipitación media anual principalmente fluctúa entre los 500 y 1.000 mm, aunque en algunos sectores alcanza precipitaciones de hasta de 2.000 mm. La mayor parte de este gran bioma se encuentra localizada entre los 0 y 800 msnm y equivale a: bosque espinoso, bosque deciduo por sequía de baja altitud (clasificación de la UNESCO 1973), bosque muy seco tropical (Holdridge 1967; Walter 1977; Hernández and Sánchez 1992), higrotropofitia isomegatérmica (Cuatrecasas 1958; Dugand 1973), bioma ecuatorial con lluvias de verano (Walter 1973), bosques tropicales caducifolios (o deciduos tropical forests), y a la selva veranera decidua (Beard 1978; IDEAM 2001). En cuanto a cobertura de la tierra dentro de este gran bioma, para Colombia, predominan los pastos (53%), la vegetación secundaria (13%), las áreas agrícolas heterogéneas (9%), los cultivos anuales o transitorios (7%) y los arbustales (5%)(IDEAM 2001).
Bosque andinoEste bioma abarca el 6.6% de la superficie continental de Colombia y se caracteriza por presentar principalmente tres tipos de clima: frío seco, frío húmedo y frío muy húmedo. En su mayor parte, el orobioma está expuesto a nieblas frecuentes, localizadas en alturas entre los 1.800 y 2.800 msnm, con temperaturas que están en el rango entre los 12 y 18°C. El 92% del área del orobioma se encuentra en la unidad geomorfológica de montaña; de los cuales, el 56% está en montaña fluviogravitacional y el 44% en montaña estructural erosional. El orobioma está cubierto de bosques naturales (41%), pastos (21%), áreas agrícolas heterogéneas (13%), vegetación secundaria (11%) y cultivos anuales o transitorios (9%) (IDEAM 2001).
PáramoEste bioma abarca el 3.6% de la superficie continental de Colombia y en él confluyen climas muy frío seco, muy frío húmedo, extremadamente frío seco y muy frío-muy seco. El 97% del área del orobioma se extiende en unidades geomorfológicas de montaña, del cual el 41% se encuentra en montaña estructural erosional, el 32% en montaña fluviogravitacional y el 27% en montaña glaciárica. En el fluviogravitacional y el 27% en montaña glaciárica. En el orobioma predominan las siguientes coberturas de la tierra: herbazales (25%), bosques naturales (23%), arbustales (20%), pastos (13%), áreas agrícolas heterogéneas (9%) y cultivos anuales o transitorios (5%) (IDEAM 2001).