Evaluation and improvement of the cligen model for storm and rainfall erosivity generation in Central Chile
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Date
2014
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Abstract
CLIGEN es un modelo estocástico de simulación de clima capaz de estimar las precipitaciones diarias y la distribución de las intensidades y duración de cada tormenta. Dichas variables son necesarias para los modelos de erosión de base física como el Water Erosion Prediction Project (WEPP). A pesar de que CLIGEN ha sido validado para las variables diarias de precipitación, este no ha mostrado buenos resultados para la simulación de las tormentas, en especial en la estimación de su duración. En el presente estudio se propone un método para lograr que CLIGEN simule tormentas más parecidas a las reales. Se identificaron eventos de lluvias a partir de registros horarios de precipitación provenientes de 30 estaciones meteorológicas ubicadas en la zona central de Chile y se analizaron más de 415 años de datos y 18.012 tormentas. Además se calculó la erosividad de las tormentas para poder comparar la energía cinética aportada por los eventos de lluvia simulados y medidos. A partir de los datos medidos de precipitación, se desarrolló un método para calibrar el parámetro de entrada que controla la duración y la intensidad de los eventos de lluvia en CLIGEN.
Se implementó el modelo antes y después de calibrar utilizando datos medidos de las 30 estaciones meteorológicas. A partir de una comparación a nivel mensual se comprobó que CLIGEN simuló adecuadamente el número de tormentas y el agua caída por tormenta, variables que no dependen del parámetro calibrado. Sin embargo, antes de calibrar, el modelo sobreestimó y subestimó la duración y las intensidades de las tormentas, respectivamente, en la mayoría de las estaciones. Debido a esto, CLIGEN subestimó la erosividad anual en 19 de 30 estaciones. Después de calibrar, el modelo generó mejores resultados de duración, aumentando el R2 de 0.41 a 0.65. Las intensidades máximas también mejoraron con la calibración, aumentando el R2 de 0.31 a 0.60. A causa de esto mejoró significativamente la estimación de erosividad anual, la cual fue correctamente simulada en 29 de 30 estaciones después de calibrar. Por lo tanto, se demuestra que el método de calibración es una alternativa para simular tormentas más precisas utilizando CLIGEN. Este documento explica detalladamente dicho método y analiza diversos parámetros asociados a la simulación de tormentas.
Se implementó el modelo antes y después de calibrar utilizando datos medidos de las 30 estaciones meteorológicas. A partir de una comparación a nivel mensual se comprobó que CLIGEN simuló adecuadamente el número de tormentas y el agua caída por tormenta, variables que no dependen del parámetro calibrado. Sin embargo, antes de calibrar, el modelo sobreestimó y subestimó la duración y las intensidades de las tormentas, respectivamente, en la mayoría de las estaciones. Debido a esto, CLIGEN subestimó la erosividad anual en 19 de 30 estaciones. Después de calibrar, el modelo generó mejores resultados de duración, aumentando el R2 de 0.41 a 0.65. Las intensidades máximas también mejoraron con la calibración, aumentando el R2 de 0.31 a 0.60. A causa de esto mejoró significativamente la estimación de erosividad anual, la cual fue correctamente simulada en 29 de 30 estaciones después de calibrar. Por lo tanto, se demuestra que el método de calibración es una alternativa para simular tormentas más precisas utilizando CLIGEN. Este documento explica detalladamente dicho método y analiza diversos parámetros asociados a la simulación de tormentas.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2014