Evaluación del desempeño del esquema ISBA en la cuenca del río La Vieja-departamentos de Valle del Cauca, Risaralda y Quindío (Colombia)

Abstract

Con el objetivo de investigar si el esquema SAVT-ISBA (Interactions Soil Biosphere Atmosphere Scheme, [81], [75],[80]) es apto para la reproducción del ciclo hidrológico en Colombia, se seleccionó la cuenca del río la Vieja (CRLV) como área de estudio para evaluar las simulaciones de escorrentía obtenidas con este esquema. Para ello se realizó una completa descripción de la hidroclimatología de la cuenca en función de la información disponible (proporcionada por IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales) y CeniCafe (Centro de Investigaciones del Café)) ; con base en este análisis se determinó que el mejor periodo para el desarrollo de este trabajo cubría entre 1991 y 2005, además, se pudo establecer el marco climatológico general de la CRLV y se determinó que el fenómeno ENOS (El Niño - La Oscilación de Sur) es el mayor forzante para las variaciones en los promedios de precipitación trimestral en el área de estudio. Inicialmente se tenía contemplado el uso de información observada para el forzamiento atmosférico del esquema ISBA, no obstante, la información disponible para tal fin no fue suficiente para generar este tipo de análisis, por ello se intentaron usar los resultados de una simulación climatológica del modelo WRF (Weather Research and Forecasting Model), pero los resultados de la evaluación de la información simulada en función de las series de tiempo disponibles para la CRLV y con relación a las escalas intra-anual e inter-anual, indicaron que los resultados de esta corrida particular del modelo atmosférico, no se aproximan a las observaciones y en consecuencia la información de forzamiento requerida por ISBA fue deducida a través de fórmulas empíricas. La evaluación del esquema ISBA se realizó con dos experimentos (de una celda y multicelda) y se utilizó la metodología de calibración GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation [94]) con valores de los parámetros seleccionados de manera aleatoria de una distribución uniforme [94][95]. Los resultados indicaron que en general el esquema ISBA preserva una adecuada representación de la evaporación y que los parámetros del modelo asociados al drenaje son los mas sensibles. No obstante, la reproducción de la escorrentía es bastante limitada, pero se encontraron argumentos para corroborar que para mejorar esta deficiencia del esquema ISBA, este debe ser acoplado a un modelo hidrológico y además, que se debe profundizar en el manejo que el modelo le da a la conductividad hidráulica [49], [18]. Finalmente gracias al adecuado manejo de la evaporación, el esquema ISBA es recomendado para estudios de cambio climático en Colombia.

Abstract. In order to investigate if the SVAT-scheme ISBA (Interactions Soil Biosphere Atmosphere Scheme, [81], [75],[80]) is able to reproduce the hydrological cycle in Colombia, was selected the la Vieja river basin (CRLV) as a study area to assess runoff simulations obtained with this scheme. A full description of the hydroclimatology of the basin based on available information (provided by IDEAM (Institute of Hydrology, Meteorology and Environmental Studies) and CENICAFE (Coffee Research Center)) was performed; based on this analysis it was determined that the best period for the development this work was between 1991 and 2005, also,it was established the general climatological framework of the CRLV and was determined that the ENSO (El Niño - The Southern Oscillation phenomenon ) is the largest forcing to variations in quarterly averages of rainfall in the study area. Initially it had planned the use of observed information for the atmospheric forcing of the ISBA scheme, however, the information available for this purpose was not sufficient to generate this type of analysis, for it, was attempted to use the results of a climatological simulation of WRF model (Weather Research and Forecasting Model), but the results of the evaluation of the simulated data in terms of time series available for CRLV and in relation to the intra -annual and inter-annual scales, indicated that the results of this particular run of the atmospheric model, don’t approach the observations and thus the forcing information required by ISBA was derived through empirical formulas. The evaluation of the ISBA scheme was carried out by two experiments (of a cell and multicell) and was used the calibration methodology GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation [94]) with values of the parameters selected randomly from uniform distribution [94][95]. The results indicated that in general the ISBA scheme preserves adequate representation of the evaporation and the model parameters associated with the drainage are the most sensitive. However, the reproduction of runoff is fairly limited, but it was found arguments to corroborate that, to improve this deficiency in the ISBA scheme, it must be coupled to a hydrological model and also it must be deepened in handling the model gives of the hydraulic conductivity [49], [18]. Finally thanks to the appropiate management of the evaporation, the ISBA scheme is recommended for studies on climate change in Colombia.