Memoria para optar al título de Geógrafo / La presente memoria centra su estudio en el análisis de la distribución espacial y temporal de las precipitaciones. En este contexto, se analizaron las tendencias de la irregularidad temporal y espacial de las precipitaciones, para el área geográfica comprendida entre los 300 S y 350 S de latitud, en el período 1965 y 2010. Para este propósito se utilizó registros pluviométricos diarios de un total de 55 estaciones meteorológicas distribuidas aleatoriamente en la zona de estudio. Mediante dicha información se construyeron indicadores estadísticos, obteniendo patrones del promedio de las precipitaciones, y otros de irregularidad de estas, destacando el índice de irregularidad temporal (S1) y el coefciente de variación (CV). En este contexto se confirmó que si bien los montos de precipitaciones se incrementan a medida que se avanza en latitud y altitud, es decir, norte-sur y oeste-este, hay algunas singularidades geográficas a destacar, por ejemplo, en el sector de Tiltil. Por su parte, la irregularidad y variabilidad de las precipitaciones se analizaron a través del coeficiente de variación y el índice de irregularidad. Estos indicadores, disminuyen a medida que la latitud aumenta, pero no longitudinalmente. Así, y de acuerdo a la clasificación realizada por Llasat et al (2010), el área de estudio presentan coeficiente de variación e índice de irregularidad muy altos, obteniendo una sola tipología, lo cual es insuficiente para explicar la variabilidad de las precipitaciones en esta región. Es por esto que, a través del análisis clúster, se obtuvo una nueva clasificación, mucho más cercana a los climas regionales. Finalmente, es necesario señalar que ambos indicadores se correlacionan fuertemente, presentando coherencia con la evidencia internacional.

Geógrafo / La presente memoria analiza la variabilidad climática que presentan las precipitaciones en el centro y sur de Chile, con el propósito de dilucidar su comportamiento y características pluviométricas, y establecer la influencia que ejercen sobre ellas la disposición geográfica. Para esto se utilizaron 109 estaciones meteorológicas, las cuales corresponden al período 1965-2012. Se han empleado múltiples indicadores de variabilidad: Coeficiente de Variación (CV), Irregularidad Temporal (S), Concentración Mensual (PCI) e Índice de Concentración (CI), además de los principales patrones de teleconexión que afectan a Chile centro-sur: El Niño Oscilación del Sur, Oscilación Decadal del Pacífico y Oscilación Antártica (ENSO, PDO, AAO). Los resultados permiten establecer gradientes de los índices aplicados, los que disminuyen su variabilidad conforme aumenta la latitud, lo cual es consistente con el reparto estacional de las precipitaciones. Los patrones de teleconexión analizadas no afectan de igual modo a toda la región estudiada, de hecho el SOI (fase negativa) y la PDO (fase positiva) se relacionan con mayor precipitación al norte de la región de La Araucanía (PDO en el margen litoral, mientras que el SOI hacia la Depresión central y la cordillera), mientras que la AAO (fase negativa) se asocia a mayores precipitaciones tanto al norte de los 36°S como al sur de los 40°S, con algunas excepciones del valle central.

Memoria para optar al título de Geógrafo / El propósito de esta investigación es identificar y analizar la influencia que ejerce la orografía en la distribución de la precipitación, así como, en su intensidad y frecuencia en la zona Central de Chile, específicamente en las regiones de Valparaíso, Metropolitana y O´Higgins. Esta área se caracteriza por presentar un relieve acusado, donde, predominan dos cordilleras (Los Andes y de la Costa), además de, valles y cordones transversales. El relieve influye en la pluviometría, factor gatillante de otros procesos, tales como amenazas hidrometeorológicas. Para ello se trabaja sobre una base de precipitación diaria (1965-2011) y se calculan periodos de retorno de 24, 48 y 72 horas; los eventos pluviométricos extremos de 72 horas son contrastados con información de la Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM). Entre los principales resultados obtenidos se tiene que la precipitación máxima posee diferencias entre eventos de periodo de retorno de 10 años y aquellos de 50 y 100 años; los primeros dan máximos en las planicies litorales y Cordillera de Los Andes mientras que los segundos suman parte del valle de la VI región. Las comparaciones de los eventos extremos con TRMM demuestran diferencias importantes en montos registrados y estimados, lo cual permite afirmar la necesidad de una red más densa de estaciones pluviométricas. Por último, los análisis agrupados a nivel comunal demuestran que Coinco, Coltauco, Los Andes, San José, San Vicente y Quilpué poseen mayor precipitación extrema, y comparten características del relieve que provoca forzamiento orográfico

La ciudad de Lima, a partir de la década de los 80's, ha venido experimentando un crecimiento urbano exponencial y desordenado, estas condiciones y la falta de seguridad en las construcciones de viviendas incrementan la vulnerabilidad frente a diversos peligros como terremotos, incendios, tsunamis y también frente a lluvias, siendo estas últimas poco estudiadas y no por ello menos importantes. El presente estudio busca implementar nuevas herramientas y métodos para realizar un modelamiento espacial que nos permita identificar las zonas más vulnerables frente a una lluvia extrema en Lima Metropolitana, así también, identificar la tipología predominante de las viviendas en zonas más vulnerables. Esta investigación utiliza como principal fuente, reportes históricos de una de las lluvias atípicas más catastróficas que ha ocurrido en Lima, la del 15 de enero de 1970 coloquialmente conocida como el “diluvio setentero”, quedando así la ciudad en condiciones críticas. Desde entonces no ha vuelto a ocurrir una lluvia de similar magnitud, pudiendo ser el evento del siglo; lo que significa que volverá a ocurrir y por ello, se deben tomar las medidas de prevención necesarias. No se debe subestimar la fuerza erosiva del agua, siendo que vivimos en una ciudad sin infraestructura para la evacuación del agua y con viviendas poco estructuradas para este tipo de eventos. Para entender las zonas más vulnerables, identificar los patrones y características de estos espacios, se utilizó el programa Maxent y un conjunto de herramientas de análisis espacial, como los sistemas de información geográfica. Se complementó el análisis con un registro fotográfico para corroborar los resultados. Esta investigación contribuirá como una línea de base a los tomadores de decisiones y sugerirá algunas acciones para prevenir los impactos de las lluvias intensas en la ciudad capital. Los resultados indican que la vulnerabilidad se presenta en la mayoría de las periferias de Lima Metropolitana y el Callao, así como, en los distritos de tradición histórica. La tipología de viviendas que predomina en las zonas vulnerables corresponde en su mayoría a viviendas de techo y pared de adobe cuya forma de techo es plana. / The city of Lima, since the 80's, has been experiencing an exponential and disorganized urban growth. These conditions and the lack of security in housing constructions increase vulnerability to various hazards such as earthquakes, fires, tsunamis and rains. These rains are little studied but not least important. The present study searches to implement new tools and methods to perform a spatial modeling that allows us to identify the most vulnerable areas in the face of extreme rain in Metropolitan Lima, in the same way to identify the predominant type of housing in the most vulnerable areas. This research uses as main source, reports the historical one of the most catastrophic atypical rains that has occurred in Lima, on January 15, 1970, colloquially known as the “diluvio setentero”, thus leaving the city in critical conditions. Since then, there has not been a rain of similar magnitude again, which could be the event of the century; which means that it will happen again. Therefore, the necessary prevention measures must be taken. The erosive force of water should not be underestimated, in face that we live in a city without infrastructure for water evacuation and with poorly structured housing for this type of event. To understand the most vulnerable areas, to identify the patterns and characteristics of these spaces, we used the program called Maxent and a set of spatial analysis tools, such as geographic information systems. The analysis was complemented with a photographic record to corroborate the results. This investigation will contribute as a baseline to the decision makers and suggest some actions to prevent the impacts of heavy rains in the capital city. The results indicate that the vulnerability is present in most of the peripheries of Metropolitan Lima and Callao, as well as in the districts of historical tradition. The typology of dwellings that predominates in the vulnerable zones corresponds in its majority to dwellings of roof and adobe wall whose roof form is flat. / Tesis

Los métodos de generación estocástica parten de la concepción de que los datos históricos constituyen una muestra estadística de alguna variable hidrológica en particular. Estos métodos de generación procuran reproducir secuencias de magnitudes de éstas variables resguardando las características estadísticas de la serie histórica que les dio origen, sin que los valores o secuencia de ellos sean iguales a los observados. Estos valores pueden considerarse como otras muestras estadísticas de lo que podría ocurrir en el futuro, ejemplares que pueden ser empleados en el diseño de obras de aprovechamiento de agua. En este trabajo, se ha implementado un modelo estocástico de simulación de precipitaciones diarias para Chile Continental basándose en un generador de clima "tipo de Richardson" el cual es una herramienta importante en la planificación de actividades como las hidrológicas, la gestión ambiental y las evaluaciones de riesgos agrícolas. Estos estudios a menudo requieren largas series de datos meteorológicos diarios y los generadores clima pueden producir series sintéticas de clima diarios de cualquier longitud. Los generadores de clima también se utilizan para interpolar los datos observados para producir datos meteorológicos sintéticos a nuevos sitios, y se los ha empleado también en la construcción de escenarios de cambio climático. Cualquier generador deberá ser probado para asegurar que los datos que produce son satisfactorios para los fines que se va a utilizar. Para el progreso del modelo a implementar se han empleado observaciones de magnitudes de precipitación diaria de 523 estaciones de la Dirección General de Aguas, ubicadas a lo largo de Chile Continental durante el periodo 1979-2010, las que se han complementado con datos provenientes de un modelo de Reanálisis. Basado en estos datos, se han calculado todos los parámetros requeridos en el proceso de simulación. Con base en los parámetros mensuales estimados en las 523 estaciones, es posible simular precipitaciones diarias para cualquier período. Una simulación de 32 años se desarrolló y se comparó con las observaciones de las 523 estaciones durante 1979-2010 en términos de estadísticas anuales y mensuales, tanto de magnitudes de precipitación como número de días lluviosos. Los resultados son satisfactorios, pues entre valores medios mensuales generados y medios mensuales observados se obtienen altos niveles de correlación (R2>0.9), lo mismo sucede con los montos medios anuales.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / La cartografía climática es de interés científico, económico y ambiental. En el caso de Chile, actualmente se encuentra dispersa, en escala inapropiada o no disponible en formato digital. Esta se ha generado a partir de diferentes áreas, y elaborado tradicionalmente mediante la interpolación de datos de estaciones meteorológicas, usando métodos lineales o trazado experto de isolíneas. Los métodos lineales están limitados debido a su naturaleza (Lam, 1983; Dowd, 1994), en cambio el trazado isolíneas se ve limitado por el conocimiento de la zona. Actualmente las Redes Neuronales Artificiales (RNA) buscan superar estas limitaciones, y poseen la ventaja de ser funciones no lineales con capacidad de aprendizaje. Este estudio es sobre la elaboración de cartografía climática de temperatura media mensual (TMM) y precipitación media mensual (PMM) de la Región del Libertador General Bernardo O’Higgins, mediante el uso de RNA. Para este fin se hizo usó de información de TMM y PMM de estaciones meteorológicas, la que se complementó con información fisiográfica (Latitud, Longitud, Altitud, Exposición, Pendiente, Vegetación, Distancia de la costa). Esto sirvió de insumo para los modelos topoclimáticos mensuales de RNA multicapa del tipo “feed-forward”. Cada mes contó con tres modelos, diferenciados en la cantidad variables usadas. El primer escenario descartó variables mediante análisis stepwise, dejando aquellas que fueron significativas para elaborar modelos mensuales (SimSTEP). El segundo usó todas las variables fisiográficas (SimE7), y el tercero sólo tomó en cuenta latitud, longitud y altitud (SimE3). Posteriormente estos modelos fueron comparados con un modelo global (WorldClim). Los tres modelos, mostraron una alta correlación con los datos de estaciones meteorológicas (R2 entre 70% y 92%), dando cuenta de una buena habilidad de generalización (R2 de 70% en promedio para el subgrupo de validación). La espacialización de los datos mostró una estrecha relación de las variables de entrada y la representación cartográfica, y la distribución espacial de las estaciones. Al comparar con WorldClim, SimE3 mostró una mayor similitud visual y numérica. Las RNA son una herramienta útil para estudios ambientales. Pero al igual que otro tipo de modelos se ven limitados por los datos, en este caso la baja densidad de estaciones fue relevante en la representación cartográfica. / Climate Mapping has scientific, economic and environmental relevance. In Chile, the information is currently scattered, in inappropriate scale or not available in digital. Usually generated from different areas, and traditionally made by interpolating weather data by linear methods or expert knowledge. The linear methods are limited due to his nature (Lam, 1983; Dowd, 1994); and expert contours are limited by the knowledge of the area. Currently Artificial Neural Networks (ANN) tries to overcome these limitations, have the advantage of being nonlinear functions with learning ability. This study is about climate mapping monthly mean temperature and precipitation (MMT and MMP) in the Region of Libertador General Bernardo O'Higgins, using ANN. MMT and MMP Information was gathered from meteorological stations and completed with physiographic data (latitude, longitude, altitude, exposure, slope, vegetation, coast distance). This information was used as input for monthly models of topoclimate ANN multilayer feed-forward. Each month had three models, with different variables. The first model discriminate significant variables using a stepwise analysis (SimSTEP), second model used all physiographic variables (SimE7), and the third model used latitude, longitude and altitude (SimE3). These models were compared with a global model (WorldClim). These models showed high correlation with the weather stations data (R2 between 70% and 92%), and good generalization ability (R2 over 70% average in validation subgroup). Spatialized data showed close relationship with input variables and cartographic representation and the station spatial distribution. These models were compared with Worldclim, SimE3 showed a visual and numerical the best similarity. ANNs area useful tool for environmental and interpolation studies. However like other models are limited by the data density, in this case the low density of stations in the study area.

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 ciudad de Lima, a partir de la década de los 80's, ha venido experimentando un crecimiento urbano exponencial y desordenado, estas condiciones y la falta de seguridad en las construcciones de viviendas incrementan la vulnerabilidad frente a diversos peligros como terremotos, incendios, tsunamis y también frente a lluvias, siendo estas últimas poco estudiadas y no por ello menos importantes. El presente estudio busca implementar nuevas herramientas y métodos para realizar un modelamiento espacial que nos permita identificar las zonas más vulnerables frente a una lluvia extrema en Lima Metropolitana, así también, identificar la tipología predominante de las viviendas en zonas más vulnerables. Esta investigación utiliza como principal fuente, reportes históricos de una de las lluvias atípicas más catastróficas que ha ocurrido en Lima, la del 15 de enero de 1970 coloquialmente conocida como el “diluvio setentero”, quedando así la ciudad en condiciones críticas. Desde entonces no ha vuelto a ocurrir una lluvia de similar magnitud, pudiendo ser el evento del siglo; lo que significa que volverá a ocurrir y por ello, se deben tomar las medidas de prevención necesarias. No se debe subestimar la fuerza erosiva del agua, siendo que vivimos en una ciudad sin infraestructura para la evacuación del agua y con viviendas poco estructuradas para este tipo de eventos. Para entender las zonas más vulnerables, identificar los patrones y características de estos espacios, se utilizó el programa Maxent y un conjunto de herramientas de análisis espacial, como los sistemas de información geográfica. Se complementó el análisis con un registro fotográfico para corroborar los resultados. Esta investigación contribuirá como una línea de base a los tomadores de decisiones y sugerirá algunas acciones para prevenir los impactos de las lluvias intensas en la ciudad capital. Los resultados indican que la vulnerabilidad se presenta en la mayoría de las periferias de Lima Metropolitana y el Callao, así como, en los distritos de tradición histórica. La tipología de viviendas que predomina en las zonas vulnerables corresponde en su mayoría a viviendas de techo y pared de adobe cuya forma de techo es plana. / The city of Lima, since the 80's, has been experiencing an exponential and disorganized urban growth. These conditions and the lack of security in housing constructions increase vulnerability to various hazards such as earthquakes, fires, tsunamis and rains. These rains are little studied but not least important. The present study searches to implement new tools and methods to perform a spatial modeling that allows us to identify the most vulnerable areas in the face of extreme rain in Metropolitan Lima, in the same way to identify the predominant type of housing in the most vulnerable areas. This research uses as main source, reports the historical one of the most catastrophic atypical rains that has occurred in Lima, on January 15, 1970, colloquially known as the “diluvio setentero”, thus leaving the city in critical conditions. Since then, there has not been a rain of similar magnitude again, which could be the event of the century; which means that it will happen again. Therefore, the necessary prevention measures must be taken. The erosive force of water should not be underestimated, in face that we live in a city without infrastructure for water evacuation and with poorly structured housing for this type of event. To understand the most vulnerable areas, to identify the patterns and characteristics of these spaces, we used the program called Maxent and a set of spatial analysis tools, such as geographic information systems. The analysis was complemented with a photographic record to corroborate the results. This investigation will contribute as a baseline to the decision makers and suggest some actions to prevent the impacts of heavy rains in the capital city. The results indicate that the vulnerability is present in most of the peripheries of Metropolitan Lima and Callao, as well as in the districts of historical tradition. The typology of dwellings that predominates in the vulnerable zones corresponds in its majority to dwellings of roof and adobe wall whose roof form is flat.

Magíster en Meteorología y Climatología / Ingeniera Civil / La precipitación es la principal fuente de agua en ríos, lagos y napas subterráneas. Una de las características hidrológica más importante en la zona del norte-chico de Chile es la variabilidad de las precipitaciones, la que se ha visto que está modulada en parte, por el cambio climático y que aumenta la incertidumbre asociada al pronóstico de caudales. El pronóstico de caudales depende a su vez de la distribución espacial de la precipitación, aspecto muy sensible en regiones de topografía compleja. Con el interés de mejorar el pronóstico de caudales en la cuenca del Elqui (región de Coquimbo) el principal objetivo de esta tesis es efectuar un análisis hidro-meteorológico del Gradiente Orográfico de Precipitación (GOP), pues es este parámetro el que ayuda a determinar la cantidad de precipitación (líquida o sólida) que cae en la parte alta de la cordillera. A partir de una regresión lineal de la precipitación con la altura se obtiene un GOP promedio de 7,4 mm/km para todas las Tormentas Significativas (TS) consideradas (aquellas que aportan más del 20% del total anual promedio). Sin embargo se ve que el GOP por tormenta varía aproximadamente entre 19 y -12 mm/km en promedio. De acuerdo a esto se definen: GOP>5 mm/km para las Tormentas Significativas Típicas (TST), GOP entre -5 y 5 mm/km para Tormentas Significativas Neutras (TSN) y GOP<-5 mm/km para Tormentas Significativas Atípicas (TSA). La hipótesis central es que las TSA y TSN resultan del bloqueo parcial en Los Andes al flujo zonal incidente, que inhibe el desarrollo de la nubosidad y la precipitación en la parte alta de la cuenca. Para cuantificar el grado de bloqueo del flujo, se utiliza el Número de Froude (Fr) calculado a partir del Reanálisis (CSFR) entre los niveles de 500 y 850 hPa, y la posición vertical del Chorro de Barrera Andino (CBA). El Fr, además de mostrar una relación positiva con el GOP, indica que para valores altos (TST) se observa la influencia de una mayor componente de los vientos zonales, lo que implica un aumento del efecto orográfico en la precipitación. En ausencia de mediciones del CBA, se utilizó los datos del Reanálisis (CFSR) los que fueron previamente validados comparando los obtenidos del CFSR con mediciones in-situ para Sierra Nevada (California). Se concluye que el GOP es alto para casos con CBA bajo y con mayor precipitación que en los casos con CBA alto, donde el GOP es bajo. Se concluye también que la circulación secundaria asociada del CBA produce una mejor repartición de la precipitación en la cuenca, disminuyendo el valor del GOP; y que la altura del CBA discrimina mejor los GOP bajos. El análisis meteorológico de escala sinóptica, muestra que para los casos de TST dominan esquemas compatibles con bloqueo al SO del continente, mientras que en los casos de TSA son más frecuentes las Bajas Segregadas. Finalmente se ve que es posible relacionar positivamente la precipitación en la parte alta de la cuenca, con el caudal efluente de la parte media alta y el GOP en escala anual. Esto estrega una potencial herramienta de este concepto para análisis hidrológico en la cuenca del valle del Elqui.

Memoria para optar al título profesional de: Ingeniero Agrónomo Mención: Manejo de Suelos y Aguas