Tesis por compendio de publicaciones / La contaminación difusa procedente de la agricultura contribuye significativamente al incremento de la concentración de nitrógeno (N) y fósforo (P) en los ecosistemas acuáticos continentales, siendo éste un grave problema en la gestión del agua. En las regiones mediterráneas más áridas, como el sureste ibérico, este problema se ve agravado debido a los escasos caudales de los cursos de agua, que disminuyen su capacidad de dilución de solutos y los hace especialmente sensibles a la eutrofización. Está globalmente reconocido que los humedales reducen el flujo de nutrientes desde los ecosistemas terrestres a los acuáticos, siendo así utilizados en el tratamiento de la contaminación difusa en zonas agrícolas, urbanas e incluso mineras. Sin embargo, la diversidad de procesos implicados en la retención de nutrientes determina que la eficiencia de retención de los humedales pueda variar en función del clima y la hidrología. En este sentido, la funcionalidad de los humedales mediterráneos del sureste ibérico para la retención de nutrientes en paisajes agrícolas es en gran medida desconocida. En este contexto, en la presente tesis se plantean cuatro objetivos generales: 1. Conocer la eficiencia de retención de N y P de los humedales asociados a sistemas de drenaje, así como su variación temporal en un ciclo hidrológico. 2. Conocer si existen diferencias en la retención de N y P entre el compartimento superficial y subsuperficial de estos humedales. 3 Analizar los factores ambientales que afectan a la retención de N y P. 4. Analizar la variabilidad espacial, a lo largo del eje longitudinal de los humedales, de la eficiencia de retención de N y P en ambos compartimentos. En base a estos objetivos, se seleccionaron 2 humedales (Taray y Parra) asociados a sistemas de drenaje de cuencas agrícolas del sureste ibérico. En ambos, se tomaron mensualmente muestras de agua superficial y subsuperficial a lo largo de un ciclo hidrológico y se midió la concentración de las diferentes fracciones de N y P. Además, se midieron distintas variables físico-químicas e hidrológicas. Tras ello, se analizó la variabilidad espacial y temporal de la retención de N y P en ambos compartimentos, y con la aplicación de diversos test estadísticos, se llegó a las siguientes conclusiones generales: 1. Los humedales mostraron altas eficiencias de retención de N en ambos compartimentos y frente a elevadas concentraciones de N. El clima cálido parece constituir una ventaja para la retención de N en los humedales mediterráneos. 2. El NO3- fue la fracción mayoritaria del N y mostró los mayores porcentajes de retención. Su variabilidad temporal fue menor en el c. subsuperficial. 3. Las mayores eficiencias de retención de NO3- se registraron en verano. 4. Las eficiencias de retención de NH4+ y de NOT fueron muy inferiores y más variables en el tiempo que las de NO3-. Ningún factor ambiental de los estudiados explicó su variabilidad temporal. 5. El c. subsuperficial mostró una mayor eficiencia de retención de NO3- que el superficial, pero el escaso caudal subsuperficial de los humedales determinó que la carga de NO3- retirada en este compartimento fuese muy inferior a la del superficial. 6. A escala de humedal, el Taray retuvo P mientras la Parra lo exportó. 7. La eficiencia de retención de N y P en los humedales estudiados no mostró un carácter lineal, es decir, el incremento en la longitud del humedal, no generó un incremento proporcional en la retención de nutrientes. 8. La mayor eficiencia de retención de NT y NO3- (99.9% del NT) se observó en los primeros 100 m de humedal. La retención de NH4+ en el c. superficial fue mayor en el último tramo del humedal, donde las altas concentraciones de NH4+ pudieron estimular su asimilación microbiológica. La retención de NOT, PT y PRS no mostró ningún patrón de variación espacial estadísticamente significativo entre tramos. 9. La protección y/o restauración de los humedales asociados a sistemas de drenaje podría ser una herramienta útil para controlar la contaminación difusa en cuencas agrícolas. / Nonpoint source pollution from agriculture areas contributes significantly to increase nitrogen (N) and phosphorus (P) concentrations in freshwater ecosystems, being this a major problem in water management. In the most arid areas of Mediterranean region, such as the Iberian southeast, this problem is specially accused because the majority of aquatic ecosystems have low discharges that diminish their solute dilution capacity, and this make them especially sensitive to eutrophication It is globally recognised that wetlands reduce the flow of nutrients from terrestrial to aquatic ecosystems, being used in the diffuse pollution treatment in agricultural, urban and even mining zones. However, the diversity of processes involved in nutrient retention determines that retention efficiency in wetlands can vary in function of climatic conditions and hydrological regimes. In this sense, the functionality of Mediterranean wetlands, in the Iberian southeast, for nutrient retention in agricultural landscapes is largely unknown. In this context, in the present thesis four general objectives were established: 1. To know the N and P retention efficiency of wetlands associated to drainage systems, as well as, its temporal variability over a hydrological cycle. 2. To know if exist differences in the N and P retention efficiency between the surface and subsurface compartments of these wetlands. 3. Analyse the environmental factors that affect to N and P retention. 4. Analyse the spatial variability, along the longitudinal axis of wetlands, of the N and P retention efficiency in both compartments. Basing on these objectives, we selected two wetlands associated to drainage systems of agricultural catchments in the Iberian southeast (Taray and Parra). In both wetlands, surface and subsurface water samples were collected once a month during a hydrological period and the concentration of the different N and P forms were analysed. In addition, different physicochemical and hydrological variables were measured. Thus, the spatial and temporal variability for N and P retention efficiency was analysed in both wetlands components and next conclusions were established: 1. The wetlands showed high N removal efficiencies at both surface and subsurface components, even for high inflow N concentrations. The warm temperature in the Mediterranean wetlands can be an advantage for N removal. 2. NO3- was the main N form and showed the highest retention percentages. Its temporal variability was lower in the subsurface component. 3. The highest NO3- retention efficiency was observed in summer. 4. The NH4+ and TON retention efficiencies were much lower and more variable through the study period than the NO3- efficiency. The studied environmental factors did not explain their temporal variability. 5. The subsurface component showed a higher NO3- retention efficiency than the surface component, but the lower subsurface discharge defined that the NO3- load removed at the subsurface was much lower than at the surface. 6. At the wetland scale, P was retained in Taray wetland but it was exported in Parra wetland. 7. The N and P retention efficiency in the study wetlands did not show a linear nature, that is, the increase in the wetland length did not cause a proportional increase in the nutrient retention. 8. The highest TN and NO3- (99.9% of TN) removal within wetlands was observed in the first 100 m. The NH4+ retention efficiency at the wetland surface was higher in the last wetland reach, where the high inflow NH4+ concentrations could stimulate the microbial immobilization. TON, TP and SRP retention efficiencies did not show any consistent spatial pattern. 9. The conservation and/or restoration of wetlands associated to drainage systems could be an appropriate tool for the control of non-point pollution in agricultural catchments.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Evalúa la emisión de gases de efecto invernadero de la construcción de la línea de transmisión de 220 kV. Cajamarca – Carhuamayo, que son cuantificados siguiendo la metodología del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el cambio climático (IPCC), dando como resultado la emisión a la atmósfera 4061 toneladas de CO2 equivalente, en función a los 2 alcances indicados en la norma ISO 14064-1; el alcance 1 originado por la combustión del combustible con 3793 toneladas de CO2, con una representación del 93% y el alcance 2 originado por el consumo de energía eléctrica, que representa al 7% de la cuantificación total, con 268 toneladas de CO2 equivalente. Presenta sugerencias sobre medidas de reducción como cambio de focos convencionales por focos ahorradores, uso de aditivos que optimicen la combustión, uso de biocombustibles. Asimismo, se ha realizado simulaciones numéricas en distintos escenarios, de los cuales se puede constatar que de haberse aplicado en el proyecto éste hubiera dejado de emitir 284 toneladas de CO2, esto significaría una reducción del 9.3% del total de las emisiones generadas en el proyecto. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Identifica los cambios observados en la dinámica oceánica debido a cambios en la intensidad del esfuerzo del viento haciendo uso de datos numéricos provenientes de un modelo numérico oceanográfico de alta resolución. Para el logro de la finalidad de la investigación se realiza tres experimentos numéricos usando el modelo numérico ROMS donde, la primera y segunda simulación emplea valores del esfuerzo del viento constante espacial y temporalmente de 0.0095 N.m-2 (Rsoda_Qmin) y de 0.0620 N.m-2 (Rsoda_Qmax), respectivamente. Mientras que, en la tercera simulación (RSoda_Q5) el esfuerzo del viento utilizado es 5 veces el escenario control. Identifica y cuantifica las variaciones observadas en variables oceanográficas de temperatura, salinidad y campos de velocidades en las tres simulaciones realizadas. Por último identifica y cuantifica los cambios asociados a la actividad de los remolinos en los tres escenarios de simulación. / Tesis

La necesidad de cuantificar el riesgo de ocurrencia de precipitaciones de cierta intensidad y duración es vital para las obras de ingeniería en el Perú. Una herramienta que sirve para estimarlo son las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF). La exactitud de estas curvas depende de datos de calidad y resolución temporal horaria (Ritschel et al., 2017). Sin embargo, en el Perú se cuenta con un registro muy corto de años de precipitaciones horarias, lo que dificulta inferir propiedades estadísticas de la IDF sub diarias. Un método de estimación de las curvas IDF sobre territorio peruano es desarrollado en esta investigación, utilizando la distribución General de Extremos (GEV) para calcular las intensidades de diferente duración en 5, 50, 100 y 200 años de retorno. El método se validó comparando las curvas generadas con datos observados y simulados para la Mina Toquepala ubicada en la sierra sur del Perú. Los datos horarios simulados fueron generados con el modelo estocástico de pulso rectangular de Bartlett-Lewis (BLRPM), (Rodriguez-Iturbe, D.R. Cox, 1988), el cual fue calibrado con información diaria observada y datos corregidos del satelital TRMM 3b42. Producto de esta comparación se observó que las series obtenidas con BLRPM capturan las principales características estadísticas de las curvas IDF. Para la obtención de las curvas, se aplicó el método validado a los datos de precipitación diaria provista por el Servicio Nacional Meteorología e Hidrológica del Perú (SENAMHI). Las estaciones se encuentran distribuidos en las principales cuencas hidrográficas. Las curvas IDF resultantes pueden apreciarse en el siguiente link: https://josezevallosr.github.io/CurvasIdf/mapa.html / The need for quantifying the risk of occurrence of precipitation of a certain intensity and duration is vital for providing engineering works in Peru. A tool for estimating it is the intensity-duration-frequency relationship (IDF). The accuracy of such relationship depends on the quality of the data and its temporal resolution, which is typically hourly (Ritschel et al., 2017). However, the length or the recorded series are short, which makes it difficult to infer confident statistical properties for sub daily curves. A method of estimating the IDF curves on Peruvian territory is developed in this investigation, using the General Distribution of Extremes (GEV) to calculate the intensities of different duration for 5, 50, 100 and 200 years of return. The method was validated by comparing the generated curves with observed and simulated data for the Toquepala mine site located in the southern highlands of Peru. The simulated hourly data were generated with the Bartlett-Lewis stochastic rectangular pulse model (BLRPM), (Rodriguez-Iturbe, D.R. Cox, 1988), which was calibrated with observed daily information and corrected data from the TRMM satellite 3b42. As result of this comparation, it was observed that the series obtained with BLRPM capture the main statistical characteristics of the IDF curves. To obtain the curves at the national scale, the validated method was applied to the daily rainfall data provided by the National Meteorological and Hydrological Service of Peru (SENAMHI). The stations are distributed in the main river basins. The resulting IDF curves can be seen in the following link: https://josezevallosr.github.io/CurvasIdf/mapa.html / Tesis

La tesis propone la redacción de un procedimiento operativo, para gestionar la información meteorológica necesaria para la planificación de la travesía y el control de la navegación para buques amenazados por sistemas meteorológicos con tiempo severo. Para ello, se han considerado los principios que rigen los Sistemas de Gestión Integrada, y los incluidos en el Código Internacional para la Gestión de la Seguridad en buques mercantes. Recoge y aplica conceptos relativos a la gestión operativa como la mejora continua, la gestión por enfoque basado en procesos o la responsabilidad y el liderazgo. También trata aspectos relativos a la seguridad como el análisis de riesgos. El objetivo es proporcionar al profesional una herramienta que guíe sus acciones en el supuesto considerado, de forma que se minimicen los riesgos derivados de la navegación en circunstancias meteorológicas de tiempo severo en latitudes afectadas por ciclones tropicales. / The thesis proposes the drafting of an operating procedure to manage the meteorological information necessary for passage planning and navigation control for ships threatened by severe weather systems. To do this, we have considered the principles of Integrated Management Systems, and those included in the International Safety Management Code for merchant ships. Collects and applies concepts related to operational management and continuous improvement, management by processes and a based on responsibility and leadership approach. It also addresses issues relating to safety and risk assessment. The aim is to provide the professional a tool to guide their actions in the case considered, so that the risks of navigation in severe weather conditions in latitudes affected by tropical cyclones are minimized.

Implementa y pone operativo el modelo númerico acoplado de predicción meteorológica y química Global Forecast System (GFS) - Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry (WRF-Chem), para evaluar los niveles de contaminantes atmosféricos existentes en Lima, comprendiendo los procesos físicos y químicos que ocurren en la naturaleza. Compara los niveles de contaminantes con los estándares de calidad emitidos por el Ministerio del Ambiente de Perú. / Tesis

Magíster en Meteorología y Climatología / En este trabajo se implementa y validan los resultados de una primera aplicación de un modelo de calidad de aire que acopla módulos meteorológicos y de química atmosférica, sobre la cuenca de Santiago, para fines de aplicación ulterior como una herramienta operacional de pronóstico del tiempo químico en la Dirección Meteorológica de Chile, en adición a otras herramientas ya disponibles. El modelo ha sido desarrollado en el Centro de Pronóstico del Tiempo y del Clima de Brasil (INPE-CPTEC) y se quiere que esta herramienta se convierta en una plataforma de desarrollo comunitario en América del Sur, para lo cual este trabajo ha constituido el proyecto piloto para la exportación del modelo a otras instituciones en la región. En este contexto, este trabajo ha ayudado a identificar las modificaciones en aspectos computacionales y físicos del código necesarias para el buen funcionamiento del mismo a escala urbana y sobre una zona de topografía compleja. Aquí se muestra la evaluación sistemática del modelo con énfasis en la inicialización en los campos de humedad, representación de la capa límite y procesos de advección. Para ello se eligió un periodo de 2 semanas en enero de 2002, para el cual se simuló la dispersión de monóxido de carbono (CO), una traza químicamente pasiva a escala urbana y la formación fotoquímica de ozono (O3) a partir de precursores. Estos resultados son comparados con observaciones disponibles en Santiago y con simulaciones del modelo MM5-Polyphemus, implementado de modo operacional en la Dirección Meteorológica de Chile. También fueron estudiados y evaluados aspectos tales como la razón entre compuestos orgánicos volátiles y óxidos de nitrógeno presente en el inventario local de emisiones y los resultados simulados de óxidos de nitrógeno, respectivamente. Se concluye que el modelo es capaz de representar las características generales de la variabilidad meteorológica y química sobre la zona de estudio, haciéndolo pertinente como herramienta operativa para pronósticos del tiempo químico. Se considera, sin embargo, que su desempeño podría ser mejorado al incrementar su resolución espacial en la zona de estudio, así como ajustando las opciones físicas disponibles en el modelo.

Estudia el área comprendida entre las latitudes 3◦N - 223◦S y 90◦O - 69◦O de longitud, en el océano Pacífico suroriental, mediante simulación numérica de la circulación atmosférica y oceánica, utilizando el Modelo Numérico de Circulación Oceánica Regional Oceanic Model (ROMS), empleando como forzante el vector esfuerzo generado por la acción del viento. Los vientos se obtuvieron mediante simulaciones numéricas efectuadas con el modelo atmosférico “The Weather Research And Forecasting Model” (WRF). Los resultados del análisis realizado con los datos de QuikSCAT y los simulados con el modelo WRF, correspondientes a velocidades horizontales de viento, los esfuerzos, y rotacional sobre la superficie oceánica, demuestran que los datos de las velocidades del viento simulados representan adecuadamente la circulación atmosférica sobre el ´área de estudio. Los valores de correlacion correspondientes son cercanos a la unidad. El ciclo estacional de la Temperatura Superficial del Mar (TSM) y salinidad, obtenidos con el modelo ROMS, forzado con datos de WRF (ROMS -WRF), reproduce satisfactoriamente la intrusión de aguas cálidas durante el verano, la intensificación del frente de afloramiento y la lengua de agua fría que se extiende a lo largo del Ecuador durante el invierno. Los patrones estacionales de salinidad, obtenidos mediante la simulación de ROMS -WRF, también son concordantes con las descripciones científicos de campo realizadas sobre el área de estudio. / Tesis

Una característica propia de las precipitaciones en el área del Mediterráneo Occidental es la torrencialidad. En el marco de unas precipitaciones anuales no muy abundantes, típicas del clima mediterráneo, se registran fenómenos de precipitaciones torrenciales intensas en muchas zonas del Mediterráneo Occidental que provocan grandes daños económicos e incluso, en ocasiones, víctimas. La cuenca mediterránea está conformada por un mar profundo y semicerrado rodeado por una serie de cadenas montañosas, especialmente en su mitad occidental. Esta configuración favorece el desarrollo de una dinámica atmosférica propia con algunos comportamientos particulares de esta región. Uno de los factores que pueden ser importantes en la génesis y desarrollo de las precipitaciones torrenciales es la interacción entre el mar y la atmósfera con intercambios de humedad y calor que pueden inestabilizar la masa de aire que se desplaza sobre el mar. El Mediterráneo es un mar semicerrado con una circulación propia y poco intercambio de masas de agua con otros mares u océanos. A partir de datos de satélites se ha elaborado una climatología de la temperatura superficial del Mediterráneo y se ha estudiado sus patrones de distribución espacial en las diferentes épocas del año. Como resultado de este análisis, se ha determinado la existencia de dos regímenes principales de distribución de la temperatura superficial de mar en las épocas invernal y estival, con dos periodos de transición entre ambas en primavera y otoño. A partir del conocimiento de la climatología de la temperatura superficial del mar y, especialmente, de su distribución espacial se han seleccionado tres eventos de precipitaciones torrenciales en la Comunidad Valenciana para estudiar el efecto de las diferentes distribuciones de temperatura del mar en la simulación de las lluvias torrenciales. Para ello, se ha seleccionado episodios de lluvia correspondientes a los regímenes invernal, estival y de transición en otoño. Para todos los eventos se ha realizado una simulación de control con los datos de temperatura superficial del mar originales que actúa como simulación de control. Posteriormente se ha realizado simulaciones de cada evento en las que se perturbaba la temperatura superficial del mar en las zonas por las que se desplazaba la masa de aire que originaba las lluvias torrenciales a lo largo de su trayectoria en los días previos. Se ha comprobado en los resultados del modelo meteorológico que la variación de la temperatura superficial del mar en determinadas zonas, indicadas por su régimen de distribución espacial, provoca importantes cambios en la precipitación acumulada. Se ha podido identificar, por tanto, la existencia de áreas de recarga donde la interacción mar-atmósfera favorece el desarrollo de precipitaciones torrenciales en diferentes puntos de la cuenca mediterránea, en este caso la Comunidad Valenciana. / Torrentiality is a known feature of rainfall in the Western Mediterranean. As part of a typical Mediterranean climate, heavy rain events are recorded in many areas of the Western Mediterranean that cause major economic damage and even sometimes human casualties. The Mediterranean basin is formed by a deep and almost closed sea and surrounded by a series of mountain ranges, especially in its western basin. This configuration favors the development of its own atmospheric dynamic behavior. A main factor in the genesis and development of torrential rainfall are the ocean and atmosphere exchanges of moisture and heat that can destabilize the air mass that travels over the sea. The Mediterranean is a semi-enclosed sea with its own oceanic circulation and little exchange of water masses with other seas. A surface temperature climatology of the Mediterranean has been built from satellite data so its spatial distribution patterns have been studied. As a result of this analysis, we have determined the existence of two main distribution modes for sea surface temperature in winter and summer, with transitional periods in spring and autumn. From the knowledge of sea surface temperature climatology and, especially, from its spatial distribution three heavy precipitation events have been selected in Valencia to study the effect of different sea temperature distributions in the simulation of torrential rains. To this end, we selected rainfall events for winter and summer regimes and for fall transition. For all events a simulation with the unperturbed sea surface temperature data was performed as control simulation. Then, simulations of each event were run in which sea surface temperature was modified in areas along the air mass path. It has been found that the variation of sea surface temperature in certain areas, indicated by its spatial distribution scheme, causes significant changes in the precipitation accumulated in the simulation. Therefore, the existence of recharge areas where the air-sea interaction favors the development of torrential rainfall in different parts of the Mediterranean, in this case Valencia, has been shown.

Esta tesis presenta el primer estudio científico acerca de la ocurrencia de condiciones favorables para el surf en las escalas global y regional (en este caso en el Mar Cantábrico). Para ello han sido empleadas bases de datos de reanálisis atmosféricos y de oleaje previamente calibrados, los cuales permiten estimar la calidad de las condiciones y la consistencia (días de buenas condiciones de surf) la cual es la principal característica en la disponibilidad de recurso (Lazarow et al., 2007). Los valores medios obtenidos muestran una alta relación con el patrón general de circulación atmosférica y con las características de propagación de los oleajes tipo swell y, por lo tanto, con las variaciones estacionales de los mismos. El estudio de la variabilidad estacional ha sido investigado relacionando la consistencia mensual con diferentes índices climáticos como el SOI (Southern Oscillation Index) o la NAO (North Atlantic Oscillation) entre otros, mostrando valores altos de correlación. El análisis de las tendencias en el largo plazo muestra un incremento generalizado en las costas con orientación oeste (ej. 20 horas/año en California), lo cual coincide con un incremento de la actividad extratropical durante el periodo de tiempo analizado. En la escala regional han sido empleadas técnicas de regionalización para obtener campos de oleaje y viento de alta resolución con el objetivo de mejorar la estima de la calidad de las condiciones de surf. Para ello, han sido calculadas la dispersión frecuencial y direccional del espectro de oleaje mejorando la estima actual de la calidad, la cual es altamente dependiente de los procesos de propagación del oleaje por aguas someras. La variabilidad climática en esta escala ha sido estudiada por medio de técnicas de clasificación de la atmósfera que permiten obtener patrones preferenciales de variabilidad en diferentes escalas temporales: tipos de tiempo (3 días) y patrones climáticos (1 mes). Estas técnicas permiten relacionar unívocamente un estado de la atmosfera con una distribución específica de la energía del oleaje en el dominio de las frecuencias y direcciones. Esta metodología permite además analizar la variabilidad en la forma espectral debida al cambio climático o la variabilidad climática natural. / This thesis presents the firs scientific study of the surf conditions occurrence at a global and a regional scale (herein Cantabrian Sea). Calibrated wave and wind hindcast data bases have used as the ground true estimating surf quality and consistency (days of good surfing conditions) which is the most striking feature in surf resource availability (Lazarow et al., 2007). Mean consistency values are calculated finding spatial patterns highly related with the general circulation scheme and swell traveling properties and thus seasonality. Controls of inter-annual variability are investigated by comparing occurrence values with global and regional climate patterns. Southern Oscillation Index (SOI), North Atlantic Oscillation (NAO) between others, have been related to surf occurrence, showing a great influence at both, global and regional scales. Analysis of long term trends shows an increase in the probability of surfable events over the west facing coasts on the planet (e.g. 20 hours/year in California coasts), according with previous studies which indicate increased extra-tropical storminess during the past few years. Moreover, downscaling techniques have been employed obtaining high resolution wave and wind fields in order to asses surf quality in a regional scale. At this scale, spectral directional and frequency spreading have been also determined improving the current estimation of the surf quality, which is highly related to the wave shallow water processes. Clustering statistics techniques have been applied to sea level pressure over the North Atlantic obtaining leading patterns of weather (3 days) and climate variability (1 month) corresponding to AO (Arctic Oscillation), NAO or EA (East Atlantic Oscillation) atmospheric states. These techniques allow univocal relating some specific state of the atmosphere with one wave energy distribution through frequencies and directions domain, including high frequency energy coming from local winds. In addition the proposed methodology makes possible analyzing spectral variability due to climate change or natural climatic variability.