Caracterización de las amenazas geo-climáticas en los Andes centrales y semi-áridos de Chile y Argentina (30-33 °S)

• Autores: Vergara Dal Pont, Iván P.
• Año de publicación: 2020
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Moreiras, Stella M.; Uniersidad Nacional de Río Negro; Araneo, Diego C.
• Materia: Ciencias de la Tierra (General); Vulcanología; Amenazas geo-climáticas; Umbrales meteorológicos; Regresión logística ordinal; Frecuencia de flujos de detritos; Capa activa; Flujos de detritos por fusión de nieve; Cambio climático; Andes Centrales; Andes Semi-Áridos; Ciencias de la Tierra (General); Vulcanología
• Institución: Universidad Nacional de Río Negro

Fil: Vergara Dal Pont, Iván Pablo. Universidad Nacional de Río Negro. Sede Alto Valle y Valle Medio; Argentina
The extreme geo-climatic events constitute an important hazard in the Central and Semi-Arid Andes of Argentina and Chile, assiduously generating fatalities and significant economic losses. Due to this situation, it was worked on the aspects that were considered more urgent for the quantification of their current and future hazard. Due to the scarcity of meteorological information and recorded extreme geo-climatic events, these topics were developed in areas of the region where the necessary base information is densified and therefore the probability of finding novel results is greater. First, the probabilities for the triggering of hyper-concentrated flows, and debris and mud flows in the middle basin of the Elqui River (Chile) were determined. The objective was achieved collecting, for a period of fourteen years, the precipitation events generating high-discharge flows, as well as the larger precipitation events that did not generate this process. For each of these events, data of peak one-hour storm precipitation, temperature (representing the zero-isotherm altitude) and antecedent precipitation of one, five and ten days were collected from three meteorological stations. Initially, an ordinal logistic regression model for each antecedent precipitation was fitted, but all were discarded due to the low significance of these variables in the generation of the models. This result allowed to hypothesize that the high discharge flows of the region would be triggered by in-channel entrainment and shallow failure planes, and not by deep failure planes. Subsequently a new model with the remaining variables, peak precipitation and temperature, was performed, which was statistically validated. From this, it was considered prudent to take as thresholds for the occurrence of hyper-concentrated flows, and debris and mud flows, their respective probabilities of 50 %. For these thresholds, the model had an efficiency in the prediction of high-discharge flows of 90 %. Finally, the partial correlation coefficients of each predictor variable of the final model with respect to the dependent were calculated, establishing that the temperature has greater influence than the peak one-hour storm precipitation. Through the Difunta Correa watershed, representative of periglacial area of the Semi-Arid Andes, were investigated the thermo-radiative characteristics, the possible water sources, and the current and future frequency of debris flows triggered from rapid melt of seasonal snow, and / or ice within the active layer. Information was collected on three temporal clusters of debris flows during which no rains and major earthquakes occurred. The thermo-radiative conditions of each cluster were analysed through nearby stations that cover the entire watershed altitudinal range Snow covers were calculated using the closest satellite images before and after each cluster in order to evaluate the snowmelt contribution for each. The frequency of melting-driven debris flows, for the remainder of the 21st century was evaluated by calculating the trends of climatic variables that control them. The results indicate that debris flows present several patterns such as: lag of some hours between the warmest daily hours and their triggering, occurrence in clusters of three to five days during the early summer, and accelerated increase of temperature during the previous days to the clusters beginnings. In addition, it was inferred that the water of debris flows can come from the melt of seasonal snow as well as of shallow ice within the active layer. Lastly, due to the positive trend of the maximum temperature of warmer trimester and the high inter-annual variability of precipitation, a frequency increase is expected, followed by a possible decrease due to the negative and positive trends of precipitation and mean annual temperature, respectively. Finally, meteorological information and locations and dates of 569 landslides and snow avalanches were analysed, in order to advance in the detection and compression of temporary changes in the extreme geo-climatic events of the Eastern Central Andes. Initially, a characterization was carried out, that allowed to divide the extreme geo-climatic events in zones and seasons with different climates. Then, the trends of these events were calculated taking precautions for their non-systematic monitoring (selection of the series type, year of beginning and type of trend made). The frequencies of the extreme geo-climatic events triggered by precipitation for the different zones and seasons of the annual cycle were stationary or presented low positive trends. The positive changes were related to changes in precipitation, since both variables showed significant correlations, and greater increases in the Atlantic climate dominance sector than in the Pacific dominance. From these trends it was known that the increase in the record of extreme geo-climatic events triggered by precipitation since the second half of the 20th century was mainly due to increases in monitoring. In addition, from the study it was deduced that despite the warming that the region suffers, the decrease in the extreme geo-climatic events triggered by snowfall since the end of the 1990s was due solely to a reduction in precipitation. This is because the winter warming occurred exclusively on the days without precipitation; on days with precipitation an oceanic air mass usually enters which has not had significant thermal changes since at least 1974. Based on the results and conclusions obtained throughout the Thesis, it was deduced that although the relationship between the extreme geo-climatic activity and the climate is clear, it varies considerably depending on the type of landslide or snow avalanche, the type of triggering causal factor, the climate and the land properties. Understanding this relationship in its entirety implies knowing the interaction between atmospheric dynamics and the geotechnical, physical and morphometric properties of the terrain, so it can be considered a multidisciplinary study.
Los eventos geo-climáticos extremos constituyen una amenaza importante en los Andes Centrales y Semi-Áridos de Argentina y Chile, generando situaciones de riesgo para los asentamientos humanos, cuya concreción en desastres causa frecuentemente víctimas fatales e importantes pérdidas económicas. Debido a esta situación se trabajó en los aspectos que se consideraron más urgentes para la cuantificación de su amenaza actual y futura. A causa de la escasez de información meteorológica como del registro de eventos geo-climáticos extremos, estas temáticas fueron desarrolladas en zonas de la región donde la información de base requerida se densifica y las probabilidades de hallar resultados novedosos es mayor. En primer lugar, se determinaron para la cuenca media del Río Elqui (Chile) las probabilidades para el desencadenamiento de flujos hiper-concentrados así como también para flujos de detritos y de barro. El objetivo se logró mediante la recolección, para un período de 14 años, de los eventos de precipitación que desencadenaron flujos de alta descarga, así como también de los eventos de precipitación mayores que no desencadenaron estos procesos. Para cada uno de estos eventos, se recolectaron datos de precipitación máxima en una hora, temperatura (utilizada como indicadora de la altitud de la isoterma 0 °C) y precipitación antecedente de 1, 5 y 10 días desde tres estaciones meteorológicas. Inicialmente, se ajustó un modelo de regresión logística ordinal para cada precipitación antecedente, pero todos se descartaron debido a la baja significancia de estas variables en la generación de los modelos. Este resultado permitió hipotetizar que los flujos de alta descarga de la zona se desencadenarían por arrastre en el canal y fallamiento superficial, y no por superficies de falla profundas. Posteriormente se realizó un nuevo modelo con las variables restantes, precipitación máxima y temperatura, el cual fue validado estadísticamente. A partir de este modelo, se consideró prudente emplear como umbrales para el desencadenamiento de flujos hiper-concentrados, y flujos de detritos y de barro, sus respectivas probabilidades del 50 %. Para estos umbrales, el modelo tuvo una eficiencia en la predicción de flujos de alta descarga del 90 %. Finalmente, se calcularon los coeficientes de correlación parcial de cada variable predictiva del modelo final con respecto a la dependiente, estableciendo que la temperatura tiene mayor influencia que la precipitación máxima en una hora. A través de la microcuenca Difunta Correa, representativa del área periglacial de los Andes Semi-Áridos, se investigaron las características termo-radiativas, las posibles fuentes de agua y la frecuencia actual y futura de los flujos de detritos desencadenados por derretimiento rápido de nieve estacional y/o hielo somero de la capa activa. Se recopiló información sobre tres clusters temporales de flujos de detritos durante los cuales no se produjeron lluvias ni sismos grandes. Se analizaron las condiciones termo-radiativas de cada cluster a través de estaciones cercanas que cubren todo el rango altitudinal de la microcuenca. Se calcularon las coberturas de nieve usando las imágenes satelitales más cercanas al inicio y final de cada cluster, a fin de evaluar la contribución de la nieve derretida para cada uno. Finalmente se evaluó la frecuencia de los flujos de detritos gatillados por fusión para lo que resta del siglo XXI, mediante el cálculo de las tendencias de las variables climáticas que los controlan. Los resultados indican que los flujos de detritos presentan varios patrones, tales como: retraso de algunas horas entre las horas diarias más cálidas y sus desencadenamientos, ocurrencia en clusters de tres a cinco días a principios del verano, y un aumento acelerado de la temperatura durante los días previos al inicio de los clusters. Además, se infirió que el agua de los flujos de detritos puede provenir de la capa de nieve como del hielo somero dentro de la capa activa. Por último, se espera un aumento de la frecuencia de estos flujos de detritos debido a la tendencia positiva de la temperatura máxima del trimestre más cálido y la alta variabilidad interanual de la precipitación. Sin embargo, a este aumento le podría seguir una disminución debido a las tendencias negativas y positivas de la precipitación y la temperatura media anual, respectivamente. Por último, se analizó información meteorológica y ubicaciones y fechas de 569 movimientos en masa y avalanchas de nieve, a fin avanzar en la detección y compresión de cambios temporales en los eventos geo-climáticos extremos de los Andes Centrales Orientales. Inicialmente se realizó una caracterización, que permitió dividir los eventos geo-climáticos extremos en zonas y temporadas con diferentes climas. Luego se calcularon las tendencias de las frecuencias de los eventos geo-climáticos extremos tomando precauciones por su monitoreo no-sistemático (selección del tipo de serie, año de inicio y tipo de tendencia efectuada). Las series resultaron estacionarias o presentaron tendencias positivas bajas. Los cambios positivos se relacionaron con cambios en la precipitación, ya que ambas variables presentaron correlaciones significativas, y mayores aumentos en el sector de dominancia climática Atlántica que en el de dominancia Pacífica. A partir de estas tendencias se determinó que el importante aumento en el registro de eventos geo-climáticos extremos gatillados por precipitación desde la segunda mitad del siglo XX se debió principalmente a aumentos del monitoreo. Además, a partir del estudio se determinó que a pesar del calentamiento que experimenta la región, la disminución de los eventos geo-climáticos extremos desencadenados por nevadas desde fines de la década 1990 se debió únicamente a una reducción en la precipitación. La temperatura no tuvo injerencia ya que el calentamiento invernal ocurrió en los días sin precipitación; en los días con precipitación suele ingresar una masa de aire oceánica la cual no experimentó tendencias térmicas significativas desde al menos 1974. A partir de los resultados y las conclusiones obtenidos a lo largo de la Tesis se dedujo que si bien la relación entre la actividad geo-climática extrema y el clima es clara, esta varía considerablemente dependiendo del tipo de movimiento en masa o avalancha de nieve, del tipo de factor causal desencadenante, del clima y de las propiedades del terreno. La comprensión de esta relación en su totalidad implica entender la interacción entre la dinámica atmosférica y las propiedades geotécnicas, físicas y morfométricas del terreno, por lo que puede considerarse un estudio multidisciplinario.