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Modelación de la
vegetación actual y
futura (2100) para el
Noroeste de México en
base al Modelo LPJ-
GUESS y datos
polínicos.
Por: Dra. Carmen Isela Ortega-Rosas Universidad Estatal de Sonora
Colaboradores: Hély-Alleaume Christelle, Guiot Joel, y Gutiérrez-Ruacho, Oscar Gerardo
1
Región de estudio
L
H
H
45°N
30°N
15°N
0°
Winter
climatic
system
Main
moisture source
Flow
at 500 mb
Cold front
Warm front
I.T.C.Z.
H
L
High pressure cell
Low pressure cell
Summer
climatic
system
H
L
I.T.C.Z.
NAM North American
monsoon
H
L
45°N
30°N
15°N
0°
NAM
90°W 110°W 70°W
Main
moisture source
Flow
at 500 mb
Cold front
Warm front
High pressure cell
Low pressure cell
H L
Modelación de la vegetación
Calibración y validación del modelo para la región
de estudio
Simulación de la vegetación en la actualidad
Simulación de la vegetación a futuro (2100), con el
escenario « B1 » del IPCC
LPJ-GUESS Model
La región de estudio
Sub-regiones:
1. Desierto de Sonora y Chihuahua
Biomes: DESE and SEDE
2. Sierra Madre Occidental
Biomes: TDF, WAMX, OC, COCO
El modelo dinámico de vegetación LPJ-GUESS (version estandar):
temperature, precipitation, radiation, CO2, soil type,
Vegetation structure and composition
Litter
Soil organic matter
NPP
Soil water soil hydrology
stomatal regulation
photosynthesis
plant respiration
leaf & root phenology
microbial decomposition
biomass allocation & growth
reproduction
establishment
mortality
fire disturbance
leaf, root & bark turnover
ecosystem state daily processes annual processes
CO 2
CO 2
CO
Vegetation structure and composition
Litter
Soil organic matter
NPP
Soil water soil hydrology
stomatal regulation
photosynthesis
plant respiration
leaf & root phenology
microbial decomposition
soil hydrology
stomatal regulation
photosynthesis
plant respiration
leaf & root phenology
microbial decomposition
biomass allocation & growth
reproduction
establishment
mortality
fire disturbance
leaf, root, sapwood turnover
H 2 O H 2 O
2
LAI, NPP, CMASS, NEE
Sitch et al., 2003; Smith et al., 2001
1) Parametrización de tipos funcionales de plantas
(PFT), valores para las variables básicas, basada en
la comparación entre valores de índice de área foliar
(LAI) observada por los satelites y valores de LAI
simulados por el modelo
2) Se repite el primer paso hasta obtener una
comparación aceptable entre valores de LAI
observados y simulados
3) Integración de PFT de tipo de vegetación tropical que
la version estandar del modelo no incluye.
Calibración del modelo LPJ-GUESS
PFT
LPJ-
GUESS
Definición
BoTNE Boreal Tolerant Needleleaved
Evergreen trees
BoMNE Boreal Needleleaved Evergreen trees
BoBS Boreal Broadleaved Summergreen
trees
BoNS Boreal Needleleaved Summergreen
trees
TeTBS Temperate Tolerant Broadleaved
Summergreen trees
TeMBS Temperate Medium Tolerant
Broadleave Summergreen
TeIBS Temperate Intolerant Broadleave
Summergreen trees
TeNE Temperate Needleleaved Evergreen
trees
TeBE Temperate Broadleaved Everergreen
trees
TrTBE Tropical tolerant broadleaved
evergreen trees
TrIBE Tropical intolerant broadleaved
evergreen trees
TrBR Tropical broadleaved raingreen trees
C4G Warm C4 grasses
C3G Cold C3 grasses
Biomas :
COCO
WAMX
TDF
OC
SEDE
STEP
DESE
PFT que lo integran :
BoNE, BoS, TeNE, C3
TeBE, C3, TeNE, TeBS
TrBR, C4, TeBE, TeNE, C3, TrBE
C3, TeNEn TeBE, BoNE
C4, C3, TrBR, TrBE
C3, TeBE, TeNE, TeBS
C4, C3, TrBE
Biomas :
COCO (Cool Conifer Forest): bosque de coniferas frías
WAMX (Warm Mixed Forest): bosque mixto cálido
TDF (Tropical Deciduous Forest): bosque tropical
deciduo
OC (Open Conifer Forest): bosque abierto de coníferas
SEDE (Semi-desert): semi-desierto (matorral espinoso)
STEP : Steppe: estepas o praderas
DESE : Desert: desierto
Calibración y validación
• Se utilizaron 468 sitios de muestreo de
polen superficial
• 148 sitios derivados de este trabajo
• 320 sitios fueron compilados de bases de
datos polínicas para Norte América
• 70 sitios fueron usados para la calibración
• 398 sitios para la validación
Resultados de la calibración del modelo:
Estructura de la vegetación
LAI versión modificada del modelo(14 PFT)
LAI satelitar (observado)
LAI versión estandar del modelo (10 PFT)
0
1
2
3
4
5
6
7
COCO WAMX TDF OC SEDE STEP DESE
To
tal
ma
xim
al L
AI
LAI maximal total por tipo de bioma
Resultados de la validación del modelo: composición de la vegetación
Comparación entre valores observados (proporción de polen por PFT) vs. Simulados (proporción de LAI por PFT) de los 398 sitios utilizados en el modelo
0
20
40
60
80
100
BoNE BoBS TeBE TeNE TeBS TrBE TrBR C3 C4
COCO WAMX TDF OC SEDE STEP DESE
Obs Sim Obs Sim Obs Sim Obs Sim Obs Sim Obs Sim Obs Sim
Estructura de la vegetación simulada en la actualidad
(simulación control)
Total maximal LAI
CRU_0ka Distribución de biomas actuales
Modificada de Thompson et al., 2002)
Simulación de la vegetación futura en LPJ-GUESS escenario « B1 » del IPCC
El escenario B1 es “optimista” describe un mundo convergente dotado de la misma población mundial que culmina a mitad del siglo XXI y la cual declina entonces, al igual que ocurre con el escenario A1, pero con cambios rápidos en las estructuras económicas, convergentes hacia una economía de servicios e información, con reducciones en la intensidad de la utilización de materiales y la introducción de tecnologías propias utilizando los recursos de manera eficaz. La acentuación se hace sobre las soluciones mundiales orientadas hacia una viabilidad económica, social, y mayor equidad pero sin iniciativa suplementaria para gestionar el clima
Cambios globales de temperatura y precipitación bajo el escenario B1,
IPCC, (modelo climático IPSL-CM4)
Temperaturas Precipitaciones
Modelo Parámetros climáticos DESIERTOS SMO
CRU 0k
(1969-1998)
Precipitacion (mm/año) 309 809
Temperatura media annual (°C) 21.2 14.8
IPSL_CM4 (B1)
(2071-2100)
Precipitacion (mm/año) 217 850
Temperatura media annual (°C) 25 18.5
Anomalies Precipitacion (mm/año) -92 +41
Temperatura media annual (°C) +3.8 +3.7
(Marti et al., 2006)
Precipitación actual arrojada por el
modelo de Circulación General
Atmosférica acoplado (océano-
atmósfera) IPSL-CM4
Cambios simulados en la estructura de la vegetación (LAI)
a futuro
CRU 1970-2000 IPSL 2070-2100
LAI Total maximal
BoNE BoNS TeBE TeNE TeBS C3 C4
Cambios futuros en la composición de la
vegetación
TrBE TrBR
0
20
40
60
80
100
CRU IPSL
COCO OC
CRU IPSL
WAMX
CRU IPSL
TDF
CRU IPSL
Sierra Madre Occidental
0
20
40
60
80
100
CRU IPSL CRU IPSL CRU IPSL
Deserts
DESE_CHI SEDE DESE_SON
PFT templados deciduos y herbaceas
PFT Boreales y templados siempre verde
En la Sierra Madre Occidental (SMO)
PFT tropicales de lluvia y herbáceas
PFT templado y tropical siempre verde
En los Desiertos de Sonora y Chihuahua:
Cambios simulados en el Intercambio Neto de C en los Ecosistemas
CRU 1969-1998 IPSL 2070-2100
Secuestro Valores negativos
Emisión Valores positivos
Conclusiones:
• Se encontro un mejor funcionamiento del modelo LPJ-GUES después de cambiar las variables básicas de los PFT.
• La vegetación a futuro presentará cambios importantes como lo simula el modelo:
• Una reducción de los valores de LAI en zonas boscosas (PFT boreales serán sustituídos por PFT templados deciduos)
• Un incremento de LAI (valores inferiores a 3) en ambos desiertos de Sonora y Chihuahua (extensión de praderas y matorrales)
Perspectivas de la
• Continuar con este tipo de estudios
basándose en diferentes escenarios
climáticos (IPCC 2013)
• Calibrar y validar el modelo con datos
reales de vegetación para otras regiones
de México
• Que los resultados sirvan para formular
políticas publicas en cuestiones de
adaptación y mitigación ante el cambio
climático
Gracias………
GUESS vegetation modelling strategy
Characteristics of PFTs Each grid square contains a
number of patches (independent)
In each patch (0.1 ha)
the PFTs compete for
resources
tree grass
crown area
height
fine roots
leaves
LAI
sapwood
heartwood
0 - 50 cm 50 - 100 cm
leaves / LAI
fine
roots
stem
diameter
crown area
height
fine roots
leaves
LAI
sapwood
heartwood
sapwood
heartwood
0 - 50 cm 50 - 100 cm
leaves / LAI
stem
diameter
Cambios simulados en la productividad primaria neta anual de la vegetación
CRU 1969-1998 IPSL 2070-2100
Reglas de Clasificación adoptadas para el
modelo LPJ-GUESS
Etructura de
la
vegetación
Biomes
Total LAI ≥ 3
Si BoMNE > 40% de LAI total
Si TeBE > 60% de LAI total
Si TeTBS+TeIBS >40% de LAI total
Si TeNE > 20% y C3 > 25% de LAI total
Si TrBR > 30% y TeBS < 20% de LAI total
Bosque
Cool conifer forest (COCO)
Warm mixed forest (WAMX)
Temperate deciduous forest (TEDE)
Open conifer forest (OC)
Tropical deciduous forest (TDF)
Total LAI ≥ 2 et < 3
Si TrBR < 30% et C4 < 60%
Matorral
Espinoso
Semidesert (SEDE)
Total LAI > 0 < 2
Si C4 < 60 % de LAI total
Si C4 > 60 % de LAI total
Praderas
Steppe (STEP)
Desert (DESE)