Análisis numérico a alta resolución de la interacción suelo - río - planicie de inundación - atmósfera de la Cuenca de la Plata

• Autores: Schrapffer, Anthony André Victor
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Sörensson, Anna A.; Polcher, Jan; Fita Borrell, Lluís
• Materia: MODELADO NUMERICO; LLANURAS DE INUNDACION; PANTANAL; HIDROLOGIA; INTERACCIONES SUELO-ATMOSFERA; MODELLING; FLOODPLAINS; PANTANAL; HYDROLOGY; LAND-ATMOSPHERE INTERACTION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las llanuras de inundación tropicales son regiones temporalmente o permanentemente inundadas debido al desbordamiento de los ríos en zonas de llanura. Las llanuras de inundación ubicadas sobre importantes ríos pueden tener un régimen anual de inundación predecible lo que explica que sean importantes lugares ecológicos con una gran biodiversidad proporcionando importantes servicios ecológicos. El Pantanal, una de las más extensas llanuras de inundación tropical del mundo, es la región de estudio de esta tesis. El objetivo es de desarrollar un esquema de llanuras de inundación para el modelo de superficie ORCHIDEE que sea compatible con modelos atmosféricos de alta resolución para las razones siguientes: (1) mejorar la representación del impacto de las llanuras de inundación sobre los ciclos del agua y de la energía en ORCHIDEE, (2) estudiar la dinámica del Pantanal y (3) evaluar los impactos de las llanuras de inundación sobre las interacciones suelo-atmósfera en esta región. En un primer tiempo, la versión original a baja resolución de las llanuras de inundación en ORCHIDEE fue utilizada para mostrar la importancia de incluir las llanuras de inundación en los modelos de superficie para mejorar la representación del ciclo del agua y permitir una representación más realista de los flujos suelo-atmósfera. El esquema de llanuras de inundación desarrollado está basado en la construcción del grafo rutaje de los ríos en una retícula atmosférica usando modelos de elevación digital a alta resolución vía el concepto de Unidades de Transferencia Hidrológica (HTU). Una herramienta de pre-procesamiento flexible y paralelizada fue desarrollada para facilitar y mejorar la construcción de los grafos de rutaje de los ríos en distintas retículas atmosféricas para facilitar la integración de datos hidrológicos suplementarios para la representación de las llanuras de inundación. Este esquema tiene que enfrentarse a nuevos problemas relacionados con la resolución como la posibilidad para un HTU de inundar a sus vecinos. Este esquema fue validado en comparación con observaciones y con su versión previa en ORCHIDEE. La comparación de simulaciones con y sin el esquela de inundación activado, forzadas por forzantes atmosférica a distintas resoluciones nos permitió evaluar (1) el impacto de las llanuras de inundación en las variables de superficie y (2) como la resolución afecta la simulación de la dinámica de las llanuras de inundación. El esquema de llanuras de inundación fue utilizado en una simulación del modelo RegIPSL (modelo acoplado ORCHIDEE-WRF) para estudiar cómo modifica las interacciones suelo- atmósfera sobre la región del Pantanal y cuales son los impactos locales y remotos sobre el clima de Sur America.
Tropical floodplains are regions which are temporarily or permanently flooded due to the overflow of rivers over a lowland area. Floodplains over large rivers may have a predictable annual flood regime which is why they are important ecological places with a rich biodiversity providing important ecological services. The Pantanal which is one of the world’s largest tropical floodplains is the region of study for this thesis. The aim is to develop a floodplains scheme for the ORCHIDEE Land Surface Model (LSM) compatible with high resolution atmospheric models for the following reasons : (1) improve the representation of the impact of floodplains on the water and energy cycle in ORCHIDEE, (2) study the dynamic of the Pantanal flood-plains and (3) evaluate the impact of floodplains on the land-atmosphere interactions over this region. Initially, the original low resolution version of the floodplains in ORCHIDEE has been used to show the importance of including floodplains in a Land Surface Models as it improves the representation of the water cycle and allows to represent more realistic land-atmosphere fluxes. The high resolution floodplains scheme developed here is based on the construction of the river routing graph on an atmospheric grid using high resolution Hydrologically-conditioned DEM via the Hydrological Transfer Units (HTUs) concept. A parallelized flexible pre-processing tool has been developed in order to facilitate and improve the construction of the river routing graph on different types of atmospheric grids which facilitates the integration of additional hydrological data required for the representation of floodplains. This scheme had to handle new issues related to the resolution such as the possibility of an HTU to flood its neighbours. This scheme has been validated in comparison to observations and to its previous version in OR-CHIDEE. The comparison of simulations with and without floodplains forced by atmospheric forcings with different resolutions allowed us to evaluate : (1) the impact of floodplains on land surface variables and (2) how the resolution affects the simulation of the floodplain dynamics. The high resolution floodplains scheme has been used in a simulation of the RegIPSL model (coupled ORCHIDEE-WRF model) to study how it modifies land-atmosphere interactions over the Pantanal region and the local and remote impact on the climate of South America.
Fil: Schrapffer, Anthony André Victor. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.