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Jueves ecpa
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“naturales”
y diseñar estrategias de
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                   Lima, March 21, 2013
gestión sostenible del Agua
                        Desastres Naturales




              Cuando
              Cuanta           Lluvia
              Donde
              Como

            Variabilidad
            Incertidumbre
Sistemas de Observación
    son essenciales

         Datos de Satélite
         Sistemas de tierra
Global Precipitation Mission Measurement
Tropical Rainfall Measurement Mission




                    http://www.nasa.gov/mission_pages/GPM
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South American Monsoon




Datos son disponibles para todo el mondo sin costo y acesso fácil
First Observations Central Andes




                           San Pedro, Andes




                                              2012
         Rio Kospiñata
                                              2011

Financiado por la NSF
Modelación

                             Datos Descritivos




                                                  Inundaciónes
             Precipitación       Modelo           Erosion
                                                  Sequía


                                                 Recursos Hídricos
Catchment-Scale Hydrological Response to Tropical Storms
      Natural LULC




      Tao and Barros, 2013 (J. Hydrology)
Predición de Inundaciones Radpidas



                    Error: 0.13%     Components
                                     Overland flow: 8.97%
                                     Interflow:    70.25%
                                     Baseflow:     17.81%




                   Error: 1.25%
                                     Components
                                     Overland flow: 39.44%
                                     Interflow:     54.64%
                                     Baseflow:       4.72%
FlashFlood QPE Operational Demo
Tropical Storm Fay

 QPE and QPF [NFDB]
                      Challenges
                      Model Skill
                      Lack of Data
                      Data Latency
#2 – Nonlinearity – SE USA

                 Precipitation




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  Li, Li and Barros, Climate Dynamics 2013
Predición de Sequía a Término Longo

•   Measure of Drought
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•   Data
      Physics
      Statistical Relevance

•   Demonstration
      Data Independence, Length of Record
      Non-stationarity




           Material described in Barros and Bowden, 2008, J. Hydrology
Raingauge Data CSIRO


             PC 1 72.8%   PC 2 7.2%   PC 3 5.3%
Goal

  12 month lead-time areal mean SPI12

               Data Driven ANN Model
                                           F1          F2



   1 2   3 4 5 6   7 8      9 10       11 12 ………..24



            ***Length of Record
               ***Non-stationarity
Basin Average




           ANN OUTPUTS
             RMSE/R       RMSE/R
12-month
            Calibration   Validation
 SPI PC
                Set          Set
               4.86         4.65
   1
               0.76         0.74
               1.57         4.63
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               0.60         0.05
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Jueves ecpa
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  ( la base científica)


Sistemas de Observación

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¡Únete a esta iniciativa
    hemisférica!
Adapt. Lemos 2011
Desastres Naturales                 Cambios Antropogénicos

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                                                                            September Rainfall Totals by
                                                                                 Appalachian Mountains
                                                                         350.0

                                Clouds                                     Large-Scale Moisture Convergence
                                                                         300.0

Microphysics              Heating
                           (2)                                               Local
                                                                         250.0       Evapotranspiration / CCN
     (3)            e




                                                   Rainfall Total (mm)
                                                                         200.0            ~
                                      Td                                 Temperature na
                                                                                 La Ni
                                             (1)   T                                 AMO +
                                                                         150.0

                                    Cooling / Lifting
Fog, Snow & Rainfall                            100.0


                                                                          50.0


                                                                           0.0
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Jueves ecpa
Downscaling
Ciclos Climáticos…
Dos series con                                             Nilometer 622-1284 A.D.
media y variancia        H=0.91
estadísticas iguales




The idea that
persistent
(0.5<H<1.0)
                         H=0.5                                          “Ruído Blanco”
movements in a
time series tend to
be part of larger
trends and cycles
more often than they
are completely
random.
                       From Koutsoyannis, 2004

                               (Mandelbrot and Wallis 1977, Hurst 1951, Barros and Evans 1996)

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  • 2. Integración de sistemas de Observación y Modelación para predicir desastres “naturales” y diseñar estrategias de Adaptación al cambio Ana P. Barros Duke University Lima, March 21, 2013
  • 3. gestión sostenible del Agua Desastres Naturales  Cuando  Cuanta Lluvia  Donde  Como  Variabilidad  Incertidumbre
  • 4. Sistemas de Observación son essenciales Datos de Satélite Sistemas de tierra
  • 5. Global Precipitation Mission Measurement Tropical Rainfall Measurement Mission http://www.nasa.gov/mission_pages/GPM http://www.nasa.gov/mission_pages/TRMM
  • 6. South American Monsoon Datos son disponibles para todo el mondo sin costo y acesso fácil
  • 7. First Observations Central Andes San Pedro, Andes 2012 Rio Kospiñata 2011 Financiado por la NSF
  • 8. Modelación Datos Descritivos  Inundaciónes Precipitación Modelo  Erosion  Sequía Recursos Hídricos
  • 9. Catchment-Scale Hydrological Response to Tropical Storms Natural LULC Tao and Barros, 2013 (J. Hydrology)
  • 10. Predición de Inundaciones Radpidas Error: 0.13% Components Overland flow: 8.97% Interflow: 70.25% Baseflow: 17.81% Error: 1.25% Components Overland flow: 39.44% Interflow: 54.64% Baseflow: 4.72%
  • 11. FlashFlood QPE Operational Demo Tropical Storm Fay QPE and QPF [NFDB] Challenges Model Skill Lack of Data Data Latency
  • 12. #2 – Nonlinearity – SE USA Precipitation Moisture Convergence Li, Li and Barros, Climate Dynamics 2013
  • 13. Predición de Sequía a Término Longo • Measure of Drought Standardized Precipitation Index • Data Physics Statistical Relevance • Demonstration Data Independence, Length of Record Non-stationarity Material described in Barros and Bowden, 2008, J. Hydrology
  • 14. Raingauge Data CSIRO PC 1 72.8% PC 2 7.2% PC 3 5.3%
  • 15. Goal 12 month lead-time areal mean SPI12 Data Driven ANN Model F1 F2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ………..24 ***Length of Record ***Non-stationarity
  • 16. Basin Average ANN OUTPUTS RMSE/R RMSE/R 12-month Calibration Validation SPI PC Set Set 4.86 4.65 1 0.76 0.74 1.57 4.63 2 0.60 0.05 1.22 1.13 3 0.77 0.37
  • 18. Adapatación ( la base científica) Sistemas de Observación Integración: COMO Funciona el Paisaje? Evaluación dinamica de recursos Gestión de riesgos
  • 19. ¡Únete a esta iniciativa hemisférica!
  • 21. Desastres Naturales  Cambios Antropogénicos Monitoreo de Riesgo Gestión  Variabilidad Climática de Hoy Análisis de Riesgo Y Predicción de Eventos Cambios Climáticos  Projectiones de Cambio Climático Adaptación Adaptación ≡ Preparación
  • 22. Processos de Formación de Lluvia Clausius-Clapeyron Variabilidad Interanual vapor pressure saturation vapor pressure Year September Rainfall Totals by Appalachian Mountains 350.0 Clouds Large-Scale Moisture Convergence 300.0 Microphysics Heating (2) Local 250.0 Evapotranspiration / CCN (3) e Rainfall Total (mm) 200.0 ~ Td Temperature na La Ni (1) T AMO + 150.0 Cooling / Lifting Fog, Snow & Rainfall 100.0 50.0 0.0 2008 2009 Year
  • 25. Ciclos Climáticos… Dos series con Nilometer 622-1284 A.D. media y variancia H=0.91 estadísticas iguales The idea that persistent (0.5<H<1.0) H=0.5 “Ruído Blanco” movements in a time series tend to be part of larger trends and cycles more often than they are completely random. From Koutsoyannis, 2004 (Mandelbrot and Wallis 1977, Hurst 1951, Barros and Evans 1996)

Notes de l'éditeur

  1. Homogenous correlation maps for the first three VARIMAX rotated principal components of the 12-month standardized precipitation index (SPI) for the study region (1973-2002).
  2. 12-month lead-time self-organizing linear output (SOLO) forecasts of the first three VARIMAX rotated 12-month SPI principal component scores (Jul-1981 to Dec-2002). 95% confidence bounds derived from bootstrap resampling are also included for the SPI12 forecasts. Independent validation forecasts are shown for the period Jul-1990 to Jun-1993.
  3. The spatial distribution in the study region of (a) RMSE, (b) the number of precipitation gauges, and (c) the standard deviation of precipitation (mm).