Estimación de lluvias extremas mediante un enfoque de análisis regional y datos satelitales en Cusco, Perú

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.24850/j-tyca-2024-05-01

Palabras clave:

precipitaciones máximas, regiones homogéneas, GPM-IMERG VO6, Índice de avenida, OMM, curvas IDF

Resumen

La frecuencia y magnitud de los eventos climáticos extremos de precipitación han aumentado de forma significativa en varios países del mundo, incluido Perú. Estos hechos causan pérdidas económicas y humanas, especialmente en países en vías de desarrollo. La información y metodologías que permitan prevenir o diseñar estrategias para afrontarlas son escasas o inexistentes. El objetivo de esta investigación fue analizar la capacidad del producto satelital IMERG (Integrated Multi-satellitE Retrievals) del satélite GPM (Global Precipitation Measurement) y datos observados a partir de estaciones meteorológicas mediante un enfoque mixto para estimar la distribución de lluvias extremas en la región del Cusco, ubicado al sur del Perú. Este enfoque mixto aprovechó las ventajas que ofrecen ambas fuentes de información, como es la solidez de los datos observados a lo largo de varios años y la resolución temporal horaria del producto satelital. La metodología se basó en una curva de crecimiento de cada región homogénea, factor de corrección y parámetros que estiman la función intensidad y duración para toda la región Cusco. Los resultados se evaluaron mediante validación cruzada entre los valores de precipitación diaria obtenidos del producto IMERG, enfoque mixto y precipitación observada para periodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 y 1 000 años. Los resultados sugieren que la combinación de datos observados de lluvia y del satélite IMERG puede ser una alternativa para estimar lluvias extremas en la región Cusco.

Citas

Anctil, F., Larouche, W., Viau, A. A., & Parent, L. E. (2002). Exploration de l’indicateur standardisé de précipitation à l’aide d’une analyse statistique régionale. Canadian Journal of Soil Science, 82(1), 115-125. DOI: 10.4141/S00-080

Asurza, F., Ramos, C., & Lavado, W. (2018). Assessment of Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) and Global Precipitation Measurement (GPM) products in hydrological modeling of the Huancane river basin, Peru. Scientia Agropecuaria, 9(1), 53-62. DOI: 10.17268/sci.agropecu.2018.01.06

Awadallah, A. G. (2015). Regional intensity-duration-frequency curves for Jeddah region, Saudi Arabia, using ordinary and L-moments approaches: Regional I-D-F for Jeddah, Saudi Arabia. Journal of Flood Risk Management, 8(3), 195-207. DOI: 10.1111/jfr3.12085

Barbato, G., Barini, E. M., Genta, G., & Levi, R. (2011). Features and performance of some outlier detection methods. Journal of Applied Statistics, 38(10), 2133-2149. DOI: 10.1080/02664763.2010.545119

Bergmann, J., Vinke, K., Fernández-Palomino, C. A., Gornott, C., Gleixner, S., Laudien, R., Lobanova, A., Ludescher, J., & Schellnhuber, H. J. (2021). Cambio climático y migraciones en el Perú. Recuperado de https://publications.iom.int/system/files/pdf/assessing-the-evidence-peru-es.pdf

Bradley, A. A. (1998). Regional frequency analysis methods for evaluating changes in hydrologic extremes. Water Resources Research, 34(4), 741-750. DOI: 10.1029/98WR00096

Cassalho, F., Beskow, S., Vargas, M. M., De Moura, M. M., Fernandes-Ávila, L., & De Mello, C. R. (2017). Hydrological regionalization of maximum stream flows using an approach based on L-moments. RBRH, 22(0). DOI: 10.1590/2318-0331.021720160064

Charrad, M., Ghazzali, N., Boiteau, V., & Niknafs, A. (2014). NbClust: An R package for determining the relevant number of clusters in a data set. Journal of Statistical Software, 61(6), 1-36. DOI: 10.18637/jss.v061.i06

Collischonn, B., Collischonn, W., & Tucci, C. E. M. (2008). Daily hydrological modeling in the Amazon basin using TRMM rainfall estimates. Journal of Hydrology, 360(1-4), 207-216. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2008.07.032

CRED, Centre for Research on the Epidemiology of Disasters. (2018). Economic losses, poverty & disasters, 1998-2017. Recuperado de https://www.preventionweb.net/files/61119_credeconomiclosses.pdf

Dalrymple, T. (1960). Flood-Frequency analyses. Manual of hydrology. Part 3. Flood-flow techniques. Recuperado de https://pubs.usgs.gov/publication/wsp1543A

Espinosa-López, J. A., Ibáñez-Castillo, L. A., Arteaga-Ramírez, R., & Galeana-Pizaña, J. M. (2020). Modelo hidrológico distribuido con imágenes GPM-IMERG en la cuenca del río Huaynamota, Nayarit, México. Tecnología y ciencias del agua, 11(5), 344-383. DOI: 10.24850/j-tyca-2020-05-09

Espinoza, J. C., Guyot, J. L., Ronchail, J., Cochonneau, G., Filizola, N., Fraizy, P., Labat, D., De Oliveira, E., Ordoñez, J. J., & Vauchel, P. (2009). Contrasting regional discharge evolutions in the Amazon basin (1974-2004). Journal of Hydrology, 375(3-4), 297-311. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2009.03.004

Fernández, C. A., & Lavado, W. (2017). Regional maximum rainfall analysis using L-moments at the Titicaca Lake drainage, Peru. Theoretical and Applied Climatology, 129(3-4), 1295-1307. DOI: 10.1007/s00704-016-1845-3

Flores-Rojas, J. L., Moya-Álvarez, A. S., Valdivia-Prado, J. M., Piñas-Laura, M., Kumar, S., Karam, H. A., Villalobos-Puma, E., Martínez-Castro, D., & Silva, Y. (2021) On the dynamic mechanisms of intense rainfall events in the Central Andes of Peru, Mantaro Valley. Atmospheric Research, 248, 105188. DOI: https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105188

Guijarro, J. A. (2019). Homogeneización de series climáticas con Climatol, Versión 3.1.1. Agencia Estatal de Meteorología (AEMET), D.T. en Islas Baleares, España. Recuperado de http://www.climatol.eu/homog_climatol-es.pdf

Hosking, J. R. M. (1990). L-Moments: Analysis and estimation of distributions using linear combinations of order statistics. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Methodological), 52(1), 105-124. DOI: 10.1111/j.2517-6161.1990.tb01775.x

Hosking, J. R. M., & Wallis, J. R. (1986). The value of historical data in flood frequency analysis. Water Resources Research, 22(11), 1606-1612. DOI: 10.1029/WR022i011p01606

Hosking, J. R. M., & Wallis, J. R. (1993). Some statistics useful in regional frequency analys. IBM Research Division, Yorktown Heights, New York, 29(92), 271-281. DOI: 10.1029/92WR01980

Hosking, J. R. M., & Wallis, J. R. (1997). Regional frequency analysis: An approach based on L-moments. DOI: 10.1017/CBO9780511529443

Huffman, G. J., Bolvin, D. T., Braithwaite, D., Hsu, K.-L., Joyce, R. J., Kidd, C., Nelkin, E. J., Sorooshian, S., Stocker, E. F., Tan, J., Wolff, D. B., & Xie, P. (2020). Integrated Multi-satellite Retrievals for the Global Precipitation Measurement (GPM) Mission (IMERG). In: Levizzani, V., Kidd, C., Kirschbaum, D. B., Kummerow, C. D., Nakamura, K., & Turk, F. J. (eds.). Satellite Precipitation Measurement. Vol. 67 (pp. 343-353). DOI: 10.1007/978-3-030-24568-9_19

Huffman, G. J., Bolvin, D. T., Braithwaite, D., Hsu, K., Joyce, R., Kidd, C., Nelkin, E. J., Sorooshian, S., Tan, J., & Xie, P. (2019). NASA/GSFC NASA/GSFC Code 612 Greenbelt, MD 2077. 38. Recuperado de https://gpm.nasa.gov/sites/default/files/document_files/IMERG_ATBD_V06.pdf

Hunink, J. E., Immerzeel, W. W., & Droogers, P. (2014). A high-resolution precipitation 2-step mapping procedure (HiP2P): Development and application to a tropical mountainous area. Remote Sensing of Environment, 140, 179-188. DOI: 10.1016/j.rse.2013.08.036

INDECI, Instituto Nacional de Defensa Civil. (2012). Evaluación del impacto socio económico de la temporada de lluvias 2010 en la región del Cusco. Recuperado de http://bvpad.indeci.gob.pe/doc/pdf/esp/doc1934/doc1934-contenido.pdf

INGEMMET, Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico. (2010). Mapa de susceptibilidad por movimientos en masa del Perú. Recuperado de http://sigrid.cenepred.gob.pe/docs/PARA%20PUBLICAR/INGEMMET/Mapa_Susceptibilidad_movimientos_en_masa_Peru_2010.pdf

IPCC, Panel Intergubernamental del Cambio Climático. (2015). El Quinto Informe de evaluación del grupo intergubernamental de expertos sobre el cambio climático. Recuperado de https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/

Jiang, S., Ding, Y., Liu, R., Wei, L., Liu, Y., Ren, M., & Ren, L. (2022). Assessing the potential of IMERG and TMPA satellite precipitation products for flood simulations and frequency analyses over a typical humid basin in South China. Remote Sensing, 14(17), 4406. DOI: 10.3390/rs14174406

Kasi, V., Maheswaran, R., & Jarajapu, D. C. (2022). Framework for developing IDF curves using satellite precipitation: A case study using GPM-IMERG V6 data. Earth Science Informatics, 15(11), 1-17. DOI: 10.1007/s12145-021-00708-0

Khodadoust, S., Saghafian, B., & Moazami, S. (2017). Comprehensive evaluation of 3-hourly TRMM and half-hourly GPM-IMERG satellite precipitation products. International Journal of Remote Sensing, 38(2), 558-571. DOI: 10.1080/01431161.2016.1268735

Kumar, R., Chatterjee, C., Kumar, S., Lohani, A. K., & Singh, R. D. (2003). Development of regional flood frequency relationships using L-moments for middle Ganga plains subzone 1(f) of India. Water Resources Management, 17(4), 243-257. DOI: 10.1023/A:1024770124523

Landwehr, J. M., Greenwood, J. A., Matalas, N. C., & Wallis, J. R. (1979). Probability weighted moments: Definition and relation to parameters of several distributions expressable in inverse form. Water Resources Research, 15(5), 1049-1054. DOI: 10.1029/WR015i005p01049

Lavado, C., Taylor, P., Sven, W., & Guyot, J. L. (2012). Basin-scale analysis of rainfall and runoff in Peru (1969-2004): Pacific, Titicaca and Amazonas drainages Basin-scale analysis of rainfall and runoff in Peru (1969-2004): Pacific. Hydrological Sciences Journal, 57(4), 37-41. DOI: 10.1080/02626667.2012.672985

Lavado, W., & Espinoza, J. C. (2014). Impactos de El Niño y La Niña en las lluvias del Perú (1965-2007). Revista Brasileira de Meteorologia, 29(2), 171-182. DOI: 10.1590/S0102-77862014000200003

Lavado-Casimiro, W., Jimenez, J. C., Llauca, H., Leon, K., Oria, C., Llacza, A., Huerta, A., Felipe, O., Acuña, J., Rau, P., & Abad, J. (2020). The first system for flash flood monitoring and forecasting in Peru. DOI: 10.5194/egusphere-egu2020-3759

Lin, G. F., & Chen, L. H. (2006). Identification of homogeneous regions for regional frequency analysis using the self-organizing map. Journal of Hydrology, 324(1-4), 1-9. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2005.09.009

Llauca, H., Lavado, W., León, K., Jimenez, J., Traverso, K., & Rau, P. (2021). Assessing near real-time satellite precipitation products for flood simulations at sub-daily scales in a sparsely gauged watershed in Peruvian Andes. Remote Sensing, 13(4), 826. DOI: 10.3390/rs13040826

Mahavik, N., & Tantanee, S. (2021). Seasonal characteristics of precipitating cloud properties and structures in the inland of the Indochina peninsula: A legacy of 16 years of the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite. Geographia Technica, 16(1), 48-66. DOI: 10.21163/GT_2021.161.05

Malekinezhad, H., & Zare, A. (2014). Regional frequency analysis of daily rainfall extremes using L-moments approach. Atmosfera, 27(4), 411-427. DOI: 10.1016/S0187-6236(14)70039-6

Manz, B., Páez, S., Horna, N., Buytaert, W., Ochoa, B., Lavado, W., & Willems, B. (2017). Comparative ground validation of IMERG and TMPA at variable spatiotemporal scales in the Tropical Andes. Journal of Hydrometeorology, 18(9), 2469-2489. DOI: 10.1175/JHM-D-16-0277.1

MINAM, Ministerio del Ambiente. (2015). Mapa de susceptibilidad física del Perú. Recuperado de https://www.minam.gob.pe/wp-content/uploads/2017/01/MAPA-DE-SUSCEPTIBILIDAD-FISICA.pdf

MINAM, Ministerio del Ambiente. (2016). El Perú y el cambio climático. Tercera comunicación nacional del Perú a la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático. Recuperado de https://sinia.minam.gob.pe/documentos/tercera-comunicacion-nacional-peru-convencion-marco-las-naciones

Moazami, S., & Najafi, M. R. (2021). A comprehensive evaluation of GPM-IMERG V06 and MRMS with hourly ground-based precipitation observations across Canada. Journal of Hydrology, 594, 125929. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2020.125929

Ngongondo, C. S., Xu, C. Y., Tallaksen, L. M., Alemaw, B., & Chirwa, T. (2011). Regional frequency analysis of rainfall extremes in Southern Malawi using the index rainfall and L-moments approaches. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 25(7), 939-955. DOI: 10.1007/s00477-011-0480-x

Noto, L. V., & La Loggia, G. (2009). Use of L-moments approach for regional flood frequency analysis in Sicily, Italy. Water Resources Management, 23(11), 2207-2229. DOI: 10.1007/s11269-008-9378-x

OMM, Organización Meteorológica Mundial. (1994). Guía de prácticas hidrológicas. Adquisición y proceso de datos, análisis, predicción y otras aplicaciones (OMM-N° 168). Ginebra, Suiza: Organización Meteorológica Mundial.

OMM, Organización Meteorológica Mundial. (2010). Guía del Sistema Mundial de Observación (OMM-N° 252). Ginebra, Suiza: Organización Meteorológica Mundial.

PACC & SENAMHI, Programas de Adaptación al Cambio Climático & Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú. (2012). Caracterización climática de las regiones Apurimac y Cusco. Recuperado de http://siar.minam.gob.pe/apurimac/documentos/caracterizacion-climatica-las-regiones-apurimac-cusco-0

Peng, F., Zhao, S., Chen, C., Cong, D., Wang, Y., & Ouyang, H. (2020). Evaluation and comparison of the precipitation detection ability of multiple satellite products in a typical agriculture area of China. Atmospheric Research, 236, 104814. DOI: 10.1016/j.atmosres.2019.104814

Perry, L. B., Seimon, A., & Kelly, G. M. (2014). Precipitation delivery in the tropical high Andes of southern Peru: New findings and paleoclimatic implications: Precipitation delivery in tropical high Andes of southern Perú. International Journal of Climatology, 34(1), 197-215. DOI: 10.1002/joc.3679

Qamar, M. U., Azmat, M., Shahid, M. A., Ganora, D., Ahmad, S., Cheema, M. J. M., Faiz, M. A., Sarwar, A., Shafeeque, M., & Khan, M. I. (2017). Rainfall extremes: A novel modeling approach for regionalization. Water Resources Management, 31(6), 1975-1994. DOI: 10.1007/s11269-017-1626-5

Rojas, N. B., Salas, R., Silva, J. O., Oliva, M., Gómez, D., Terrones, R. E., Iliquín, D., Barrena, M., & Barboza, E. (2021). Site selection for a network of weather stations using AHP and near analysis in a GIS Environment in Amazonas, NW Peru. Climate, 9(12), 169. DOI: 10.3390/cli9120169

Salas, A. J., Rosales, E. R., Alvarez, C. E., & Asención, R. M. (2020). Comparación del producto de precipitación GPM IMERA y PISCO sobre la intercuenca Alto Madre de Dios, Perú. Revista El CEPROSIMAD, 8(2), 38.45. DOI: 10.56636/ceprosimad.v8i2.99

Sankarasubramanian, A., & Srinivasan, K. (1999). Investigation and comparison of sampling properties of L-moments and conventional moments. Journal of Hydrology, 218(1-2), 13-34. DOI: 10.1016/S0022-1694(99)00018-9

SENAMHI, Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú. (2019). Movimiento en masa por lluvias intensas en el Perú. Recuperado de https://www.senamhi.gob.pe/load/file/01401SENA-81.pdf

SENAMHI, Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú. (2021). Climas del Perú. Recuperado de https://www.senamhi.gob.pe/?p=mapa-climatico-del-peru

SENAMHI, Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú. (2016). Asimilación y evaluación de datos de precipitación en base a satélite en el modelamiento hidrológico de la cuenca del río Vicanota. Recuperado de https://repositorio.senamhi.gob.pe/handle/20.500.12542/109

Smith, J. A. (1989). Regional flood frequency analysis using extreme order statistics of the annual peak record. Water Resources Research, 25(2), 311-317. DOI: 10.1029/WR025i002p00311

Stedinger, J. R., Vogel, R. M., Foufoula-Georgiou, E. (1993). Chapter 18. Frequency analysis of extreme events. Recuperado de https://sites.tufts.edu/richardvogel/files/2019/04/frequencyAnalysis.pdf

Tan, J., Huffman, G. J., Bolvin, D. T., & Nelkin, E. J. (2019). IMERG V06: Changes to the Morphing Algorithm. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 36(12), 2471-2482. DOI: 10.1175/JTECH-D-19-0114.1

Tang, S., Li, R., He, J., Wang, H., Fan, X., & Yao, S. (2020). Comparative evaluation of the GPM IMERG early, late, and final hourly precipitation products using the CMPA data over Sichuan Basin of China. Water, 12(2), 554. DOI: 10.3390/w12020554

UNESCO, Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura. (2015). Water for a sustainable world. París, Francia: Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura.

UNESCO, Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura. (2020). Agua y cambio climático. Recuperado de https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000373611.locale=es

Viglione, A., Laio, F., & Claps, P. (2007). A comparison of homogeneity tests for regional frequency analysis: Homogeneity tests for regional frequency analysis. Water Resources Research, 43(3). DOI: 10.1029/2006WR005095

Villacorta, S., & Fidel, L. (2012). Mapa de susceptibilidad por movimientos en masa del Perú. Revista de la Asociación Geológica Argentina, 69(3), 393-399. Recuperado de https://core.ac.uk/download/pdf/148683454.pdf

Wallis, J. R., Schaefer, M. G., Barker, B. L., & Taylor, G. H. (2007). Regional precipitation-frequency analysis and spatial mapping for 24-hour and 2-hour durations for Washington State. Hydrology and Earth System Sciences, 11(1), 415-442. DOI: 10.5194/hess-11-415-2007

Wang, C., Tang, G., Han, Z., Guo, X., & Hong, Y. (2018). Global intercomparison and regional evaluation of GPM IMERG Version-03, Version-04 and its latest Version-05 precipitation products: Similarity, difference and improvements. Journal of Hydrology, 564, 342-356. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2018.06.064

WMO, World Meteorological Organization. (1970). The planning of meteorological station networks. 265. Recuperado de https://library.wmo.int/records/item/28777-the-planning-of-meteorological-station-networks

WMO, World Meteorological Organization. (1983). Guide to hydrological practices. Vol II. Analysis, forecasting and other applications. Recuperado de https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10027

Yang, T., Shao, Q., Hao, Z. C., Chen, X., Zhang, Z., Xu, C. Y., & Sun, L. (2010). Regional frequency analysis and spatio-temporal pattern characterization of rainfall extremes in the Pearl River Basin, China. Journal of Hydrology, 380(3-4), 386-405. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2009.11.013

Yuan, F., Zhang, L., Soe, K., Ren, L., Zhao, C., Zhu, Y., Jiang, S., & Liu, Y. (2019). Applications of TRMM- and GPM-Era Multiple-Satellite Precipitation Products for flood simulations at sub-daily scales in a sparsely gauged watershed in Myanmar. Remote Sensing, 11(2), 140. DOI: 10.3390/rs11020140

Yurekli, K. (2005). Regional frequency analysis of maximum daily rainfalls based on L-moment approach L-Moment. GOÜ. Ziraat Fakültesi Dergisi, 22(1), 37-44.

Zhang, J., Lin, L.-F., & Bras, R. L. (2018). Evaluation of the quality of precipitation products: A case study using WRF and IMERG data over the central United States. Journal of Hydrometeorology, 19(12), 2007-2020. DOI: 10.1175/JHM-D-18-0153.1

Zubieta, R., Getirana, A., Espinoza, J. C., Lavado, W., & Aragon, L. (2017). Hydrological modeling of the Peruvian–Ecuadorian Amazon Basin using GPM-IMERG satellite-based precipitation dataset. Hydrology and Earth System Sciences, 21(7), 3543-3555. DOI: 10.5194/hess-21-3543-2017

Zubieta, R., Saavedra, M., Espinoza, J. C., Ronchail, J., Sulca, J., Drapeau, G., & Martin‐Vide, J. (2019). Assessing precipitation concentration in the Amazon basin from different satellite‐based data sets. International Journal of Climatology, 39(7), 3171-3187. DOI: 10.1002/joc.6009

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Publicado

2024-09-01

Cómo citar

Aragón, L., Lavado-Casimiro, W., Montesinos, C., Zubieta, R., & Laqui, W. (2024). Estimación de lluvias extremas mediante un enfoque de análisis regional y datos satelitales en Cusco, Perú. Tecnología Y Ciencias Del Agua, 15(5), 1–64. https://doi.org/10.24850/j-tyca-2024-05-01