Modelización glacio-hidrológica de cuencas glaciares en el contexto de un clima modificado

Modelización glacio-hidrológica de cuencas glaciares en el contexto de un clima modificado

L. Mourre1, T. Condom1, C. Vincent2 – Foro Internacional Glaciares, Huaraz, Perú, Julio 2013

1 Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement - CNRS/UJF/IRD - Grenoble 2 Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement - CNRS/UJF – Grenoble

lise.mourre@ujf-grenoble.fr

• Los glaciares tropicales andinos disminuyen desde la Pequeña Edad de Hielo, estos constituyen

una importante reserva de agua dulce y son excelentes indicadores climáticos.

• Cómo evaluar y obtener correctos forzamientos climáticos en zona montañosa poca instrumentada ?

Cuáles son los procesos físicos que unen el clima con el estado del glaciar ?

Cuál es la respuesta de los glaciares a los forzamientos del clima ?

• Objetivos múltiples :

Evaluación, corrección y cambio de escala de los datos de :

Precipitación a partir de productos TRMM.

Meteorológicos (radiación, temperatura, humedad, viento) a partir de reanálisis NCEP/NCAR.

Desarrollo de un modelo glacio-hidrológico simple teniendo en cuenta la relación física clima/glaciar, así como la dinámica glaciar. Ejemplo de aplicación en Ecuador.

• Cuenca del Río Santa, Perú. Entre 10°12’ y 7°58 de latitud sur y entre 78°41’ y 77°13’ de longitud oeste.

• Clima tropical : dos temporadas marcadas por las intensidades de precipitación.

• Escalas temporales de estudio : semi-horaria para el balance de energía, infra-diaria para el caudal y anual para la dinámica glaciar.

Puntos de interés :

• Cordillera Blanca : ~ 600 km² de cobertura glaciar.

• Cuenca del Río Tablachaca, sin cobertura glaciar : 3 179 km².

• Superficie total : 11 721 km².

• De 0 msnm - 6 768 msnm.

• Gran heterogeneidad de precipitaciones :

Influencia de la selva amazónica al este.

Influencia del Océano Pacífico al oeste.

Fig. 1 : Cuenca del Rio Santa.

Problemática y objetivos

Contexto geográfico

Datos de precipitación satelital (TRMM y reanálisis)

Modelización glaciar : Ejemplo de aplicación en Ecuador

Datos de precipitación pluviométrica

Conclusión y perspectivas

• Precipitaciones : variable clave de un modelo hidrológico y de un modelo de deshielo y de retroceso glaciar.

Precipitación (mm)

Altura (m)

Fig. 2 : Promedio anual de precipitación acumulada en la zona del Río Santa. Senamhi, 2010-2012.

• Precipitaciones : Estaciones UNASAM

Diferencia de precipitación acumulada anual entre la data pluviométrica Senamhi y UNASAM.

Fig. 5 : Estaciones UNASAM en la zona del Rio Santa.

Altura (m)

Fig. 3 : Índice pluviométrico con datos Senamhi.

• Precipitaciones : Estaciones Senamhi

• Gradiente positivo Sur – Norte.

• Gradiente positivo Oeste – Este.

Evolución del índice pluviométrico sobre 20 años, según un gradiente Este/Oeste.

TRMM 3B42 NCEP/NCAR

Tiempo Diarios Diarios

Período 1998 – presente 1948 - presente

Punto de Malla 0.25° x 0.25° 2.5° x 2.5°

Zona De 50°S a 50°N

Método de corrección cuantil/cuantil (Déqué, 2007).

𝐿𝑟𝑒𝑓 = 𝐹0−1[𝐹𝑚 𝑆𝑟𝑒𝑓 ]

Donde Fm es la función de densidad acumulativa (cdf) de los reanálisis y F0

-1 cdf-1 de las observaciones (en valores diarios). Aplicación de esta función a la serie de reanálisis 𝑆𝑛,𝑗.

Referencias :

Déqué, M., 2007. Frequency of precipitation and temperature extremes over France in an anthropogenic scenario : Model results and statistical correction according to observed values. Global and Planetary Change. 57, 16-26. Favier, V., Agosta, C., Genthon, C., Arnaud, L., Trouvillez, A., Gallée, H., 2011. Modeling the mass and surface heat budgets in a costal blue ice area of Adelie Land, Antarctica. Journal of Geophysical Research. 116, 1-14. Harper, J. T., Humphrey, N. F., 2003. High altitude Himalayan climate inferred from glacial ice flux. Geophysical research letters. 30, 1764-1769. Huss, M., Jouvet, G., Farinotti, D., Bauder, A., 2010. Future high-moutnain hydrology : a new parameterization of glacier retreat. Hydrology and Earth System Sciences. 14, 815-829. Oerlemans, J., Knap, W.H., 1998. A 1 year record of global radiation and albedo in the ablation zone of Morteratschgletscher, Switzerland. Journal of Glaciology. 44, 231-238. Sicart, J.E., 2002. Contribution à l'étude des flux d'énergie, du bilan de masse et du débit de fonte d'un glacier tropical : le Zongo, Bolivie. Thèse de doctorat, Université Paris 6. 333 pp. Suarez, W., 2007. Le bassin versant du fleuve Santa (Andes du Pérou) : dynamique des écoulements en contexte glacio-pluvio-nival. Thèse de doctorat, Université Montpellier 2, 290 pp.

Senamhi TRMM 3B42 TRMM 3B42 corregido

NCEP/NCAR NCEP/NCAR corregido

% días con precipitación (> 0 mm) 35,8 % 73,4 % 35,8 % 28,8 % 35,9 %

% días con precipitación (> 5 mm) 15 % 9,3 % 15,8 % 5,7 % 16 %

% concordancia de ocurrencia de días con precipitación > 0 mm (ref. Senamhi) Ref. 86,9 % 81,9 % 45,2 % 82 %

% concordancia de ocurrencia de días con precipitación > 5 mm (ref. Senamhi) Ref. 29,1 % 51,2 % 11,4 % 44 %

Precipitación promedio anual (1998 – 2012) [mm] 704,4 578 714,3 325 780

Fig. 4 : Precipitación acumulada anual. Marzo 2012 - Abril 2013.

Fig. 6 : Función de densidad acumulativa. Aplicación a las serie de 1998 a 2012.

• Este método ajusta el conjunto de datos en términos de intensidades y ocurrencias (para los días sin precipitación) con series de datos pluviométricos.

En período sin datos, las correcciones no son precisas.

Fig. 8 : Balance de masa distribuido en el glaciar. (mediciones 2002 en rojo , 2003 en verde, modelado 2002/2003 en azul). Aplicación al glaciar 15 del Antizana (Ecuador).

• Dinámica glaciar basada en el enfoque de los

autómatas celulares (Harper & Humphrey, 2003).

• Glaciar en equilibrio con las condiciones climáticas aplicadas.

• ¿ Cómo representar la evolución temporal real de los glaciares de la Cordillera Blanca ?

Fig. 9 : Glaciar 15 del Antizana en el año 2002/2003. La base rocosa se muestra en marrón, el hielo en azul.

• Balanza de flujos de energía en la superficie : radiación, turbulentos, y conducción de calor en el hielo (Favier et al., 2011).

• Modelización del albedo a partir de Oerlemans & Knap (1998) y

Sicart (2002). Adición de una función de envejecimiento del hielo.

• Distribución del balance de masa del glaciar por grupo de altitudes.

Datos :

• Corrección de los datos satelitales (TRMM y datos de reanálisis) en el área del Río Santa, a partir del método Déqué, del método de anomalías, …

• La correcta regionalización de los datos meteorológicos y de precipitación en zona de montaña poca instrumentada es un punto de gran importancia.

Modelo :

• Evolución de un modelo « degree-day » mensual (Suarez, 2007) a un modelo infra-diario a base física que representa los procesos internos. Aplicación del modelo de superficie de MétéoFrance Surfex (Crocus-Isba).

• Comparación posible de la dinámica glaciar con el modelo de Huss (Huss et al., 2010).

Recurso hídrico :

• El objetivo es comprender el funcionamiento actual y futuro de la cuenca y el impacto de los glaciares en los recursos hídricos de la zona del Río Santa.

• Para el futuro, tenemos que preguntarnos cómo será la evolución de la temporada de lluvia (período de tiempo, intensidad) y cómo va a cambiar la temperatura.

• La retroacción de los glaciares y la influencia de su superficie en el clima es también un punto clave de discusión para la modelización de recursos hídricos.

Fig. 7 : Precipitación diaria para los meses de enero 2003 y 2013. La corrección se basa en datos Senamhi de 1998 a 2012.