Geólogo / Los glaciares son una de las principales reservas de agua dulce y representan un significativo aporte a los recursos hídricos, actuando como agentes reguladores del agua disponible en las cuencas andinas. Estudios relacionados con cambios en el balance de masa en los glaciares de montaña son fundamentales para el entendimiento del funcionamiento del sistema hídrico. Asimismo, posibilitan la comprensión de los efectos del cambio climático, del aumento del nivel del mar y manejo de reservas de agua, proporcionando información más precisa al momento de la toma de decisiones sobre el manejo presente y futuro de los recursos hídricos del país. El objetivo principal de este estudio es aplicar la metodología de reanálisis del balance de masa glaciar propuesta por Zemp (2013) para las series registradas en el glaciar Echaurren Norte (1982-2015), validando así la metodología para el hemisferio sur. Las prestaciones de esta metodología permiten su aplicación en un amplio número de glaciares de Chile. Las series de datos obtenidas mediante métodos de observación glaciológicos se acoplan a las series de datos independientes de métodos geodésicos (2009-2015) con el fin de determinar los errores sistemáticos y aleatorios de cada método, eliminando los errores sistemáticos. Se cuantifican los principales errores sistemáticos y aleatorios de cada método, y se realiza el testeo estadístico para la validación de los balances de masa glaciológico y geodésico. Una de las principales fuentes de error sistemático encontradas es la generada por la extrapolación de la acumulación y ablación a año hidrológico, la cual se corrige mediante el modelo del grado-día (Hock, 2003). Se determina que el balance de masa glaciológico acumulado no es estadísticamente igual al geodésico. A pesar de esto, no se realiza el proceso de calibración debido a que existen fuentes de error sistemático asociado a la serie glaciológica que no han sido cuantificadas todavía. Se discuten las posibles fuentes de error, entre las que destacan: la representatividad de la acumulación del pozo estratigráfico, las mediciones de densidad y la no cuantificación del balance interno y basal del glaciar. Finalmente, se valida la metodología del reanálisis y se aconseja acoplar los datos ya existentes de las mediciones glaciológicas y geodésicas para glaciares del hemisferio sur que posean series glaciológicas mayores a 5 años. Se deja propuesto un siguiente paso iterativo de reanálisis para el glaciar Echaurren Norte, en el que se agreguen datos de radio eco-sondaje y balance de energía. Se obtendría así una mejor aproximación del comportamiento del balance de masa del glaciar Echaurren Norte. / Trabajo realizado con el apoyo de la Unidad de Glaciología y Nieves (UGN) de la Dirección General de Aguas (DGA), Ministerio de Obras Públicas (MOP)

Ingeniero Civil / Hoy en día la estimación de los recursos hídricos ha sido de gran relevancia para el desarrollo hidroeléctrico, industria agrícola y consumo de agua potable en la zona central del país. Es por ello, que en cuencas centrales como la del Maipo alto se han implementado distintos modelos hidrológicos, que teóricamente permiten estimar los caudales durante el año. La presente memoria, está enfocada principalmente a analizar los resultados que se obtienen al simular los caudales y la cobertura nival en distintas subcuencas de la cuenca alta del río Maipo, usando tres modelos hidrológicos diferentes llamados VIC, CRHM y WEAP. Los modelos seleccionados, que han sido previamente calibrados para distintos niveles temporales y usando diferentes conceptualizaciones, estos se implementarán en las subcuencas Volcán en Queltehues, Maipo en las Melosas, Afluente embalse el Yeso, Olivares antes junta río Colorado y Colorado antes junta río Olivares, todas estas correspondientes a subcuencas del Maipo alto. Se analiza en detalle tanto la metodología que se adopta en cada modelo para el proceso de acumulación y derretimiento nival, como la representatividad y validez de los valores de los parámetros asociados, obtenidos en cada caso. También se estudia la sensibilidad de la resolución temporal y espacial de cada modelación, junto con una comparación tanto de las coberturas nivales simuladas con aquellos porcentajes de nieve observados a través de imágenes satelitales MODIS, como de los caudales simulados a distintas resoluciones temporales con aquellos registrados en las estaciones fluviométricas de la zona. Por otro lado, se analiza la complejidad de los modelos a la hora de usarlos, dado la importancia del tiempo de aprendizaje al momento de obtener las primeras simulaciones. Los resultados asociados a fluviometría en el modelo VIC fueron excelentes, dado que los coeficientes de Nash arrojaron valores entre 0.65 y 0.84. Sin embargo en CRHM y VIC los resultados fueron no esperados, dado que los Nash fueron todos menores que cero. En términos de cobertura nival, todos los modelos sobreestimaron en exceso la nieve con respecto a lo observado en MODIS, por lo que conllevaron a Nash menores que cero, independiente de la cuenca y de la escala temporal. No obstante a lo anterior, en la cuenca Afluente embalse el Yeso la variable SWE dio muy buenos resultados con las simulaciones en WEAP y CRHM, adoptando coeficientes de Nash 0.52 y 0.75 respectivamente. Se concluye que ningún modelo estudiado es apto para modelar adecuadamente la nieve, debido a que estos no están hechos para abordar el área glaciar existente y no despreciable en estas zonas de estudio.

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La cryosphère désigne les milieux où l’eau est présente sous sa forme solide, comme la neige ou les glaciers. La sensibilité des composantes de la cryosphère aux fluctuations climatiques, notamment température et précipitation, permet de construire des indicateurs de première importance dans le suivi de la ressource en eau et de l’évolution du climat. Les structures sociétales sont directement impactées par les altérations de ces réservoirs naturels de montagne : irrigation, potentiel hydro-électrique, tourisme, patrimoine paysager. Dans le cadre du projet de thèse-CRYOPYR, un important travail méthodologique a été effectué pour estimer les variations de surface et de volume de neige et de glace à partir de l’imagerie optique très haute résolution. Le massif des Pyrénées (3 404 m) abrite les glaciers les plus méridionaux d’Europe, et présente un important manteau neigeux saisonnier. Nous avons pu estimer la hauteur de neige en fin de période d’accumulation dans le bassin versant de la centrale hydro-électrique de Bassiès (Ariège). Dans le cas du glacier d’Ossoue (Hautes-Pyrénées), nous avons pu cartographier les variations pluriannuelles d’altitude du glacier. Complétée par une recherche de données historiques, cette démarche a permis de reconstruire les fluctuations du glacier depuis la fin du petit âge glaciaire (1850), et de caractériser les variations du climat régional à haute altitude dans les Pyrénées. L’association de ces méthodes quantitatives et de ces sites d’études permet de fournir des éléments de réponses à la problématique hydro-climatique pyrénéenne. / The Pyrenees mountain range hosts the southernmost glaciers in Europe (south of 43 _N), and are covered by a large seasonal snowpack. Glacier and snowpack are both components of the cryosphere, the water in its frozen state, and present high sensitivity to climatic influences. In the Pyrenees, water availability from snowmelt is an important issue concerning hydropower generation, irrigation in lowlands and are potentially linked to conflict usage. Pyrenees ski resorts are highly vulnerable to a potential declining snowpack. Pyrenean glaciers are strongly out of balance with regional climate and are in jeopardy in this new century. Natural patrimony and the visual perception of the high mountain landscape could be irrevocably affected by this lost. Snow depth cartography may provide valuable information to manage human activities in link with snow presence. To date, there is no direct approach to map snow depth in mountainous areas from spaceborne sensors. Here, we examined the potential of very-high-resolution stereo satellites to map snow depth in a mountain catchment. The results showed a decimetric accuracy and precision in the Pléiades derived snow depths, and realistic snow patterns. We also validated Pléiades data to estimate the annual glacier mass balance of a Pyrenean glacier. Thanks to this new approach and a deep sounding of archives data, we reconstructed the evolution of the second largest glacier of the Pyrenees (Ossoue glacier, 42.46 _N, 0.45 km2). Ossoue glacier has retreated since the end of the little ice age (LIA) with some stable phases, and would probably disappear by the half of the 21th century. Based on a new complete inventory, we maped the outline of the Pyrenean glaciers at the end of the little ice age (1850 approximately) and in 2011. It appears clear that the Pyrenees mountain range is in its last stage of deglaciation. / El término criósfera designa al conjunto de lugares donde el agua está presente en forma sólida, como la nieve o los glaciares. La sensibilidad de los componentes de la criósfera a las fluctuaciones climáticas, en particular la temperatura y las precipitaciones, permite construir indicadores de primera magnitud en el seguimiento del recurso hídrico y de la evolución del clima. Las alteraciones de esos depósitos naturales de montaña afectan de forma directa a estructuras de tipo social, tales como la: irrigación, la energía hidroeléctrica, el turismo o el patrimonio paisajístico. En el marco del proyecto de tesis CRYOPYR, llevamos a cabo un importante trabajo metodológico a partir de imágenes ópticas por satélite de muy alta resolución con el fin de evaluar las variaciones de superficie y de volumen de las capas de nieve y de hielo. Los Pirineos (3 404 m) cobijan los glaciares más meridionales de Europa, así como un importante manto de nieve estacional. Pudimos determinar la altura de la capa de nieve al final del periodo de acumulación en la cuenca de la central hidroeléctrica de Bassiès (Ariège, Francia). En el caso del glaciar de Ossoue (Hautes-Pyrénées, Francia), cartografiamos las variaciones plurianuales de altitud del glaciar. Completamos este trabajo basado en adquisiciones de imágenes por satélite con una búsqueda de datos históricos. De este modo, reconstruimos las fluctuaciones del glaciar de Ossoue desde el final de la pequeña edad de hielo (1850), y caracterizamos las variaciones del clima regional a alta altitud en los Pirineos. La combinación de estos métodos cuantitativos con medidas en sitios representativos de los cambios en curso ofrece elementos de respuesta a la problemática hidroclimática pirenaica.

Tesis por compendio / [ES] El cambio climático indudablemente afectará los eventos de nieve ya que se espera que la temperatura y la precipitación cambien en el futuro. Las montañas españolas se ven especialmente afectadas por esta situación, ya que el almacenamiento de nieve se concentra en periodos muy concretos del año hidrológico y juega un papel muy importante en la gestión de los recursos hídricos. En este estudio se realiza en primer lugar un análisis del comportamiento de los fenómenos complejos relacionados con la nieve en las cuatro principales regiones montañosas de España en los próximos 50 años. El modelo hidrológico ASTER se aplica utilizando como insumo básico datos de temperatura y precipitación, estimados bajo un escenario de cambio climático. Los resultados muestran diferentes cambios en los caudales máximos y promedio esperados, dependiendo de la muy diferente magnitud y signo de los cambios en la precipitación. Puede producirse un aumento de los episodios de inundación como consecuencia de una compleja relación entre los cambios en las precipitaciones y un aumento de las intensidades máximas de deshielo que oscilan entre el 2,1% en los Pirineos y el 7,4% en la Cordillera Cantábrica. Sin embargo, los patrones comunes se muestran en una menor duración de las reservas de masa de nieve, que se espera que ocurra 45 días antes para la Cordillera Cantábrica, y alrededor de 30 días para el resto de las regiones montañosas estudiadas. Los cambios observados también conducen a una disminución preocupante del efecto regulador de los fenómenos relacionados con la nieve en los ríos españoles, con una disminución de la acumulación media de nieve que oscila entre un 28% para Pirineos y Sierra Nevada y un 42% para el Sistema Central y la Cordillera Cantábrica. Se espera una disminución del caudal medio, que fluctúe desde el 2,4% en los Pirineos hasta el 7,3% en la Cordillera Cantábrica, aumentando únicamente en el Sistema Central un 4,0%, siendo necesario desarrollar nuevas medidas de adaptación al cambio climático. Por otro lado, con el fin de lograr una mejor estimación del Equivalente de agua de nieve (SWE) utilizando una red meteorológica y de profundidad de nieve (SD) económica y extensa; y que mejore la calibración del modelo hidrológico ASTER, se proporcionan nuevos modelos de regresión de densidad de nieve (SDEN). A partir del gran banco de datos de densidad de nieve (SDEN) existente para los Pirineos españoles, siendo una de las zonas más importantes y mejor monitorizadas del mundo, se evalúan modelos de regresión lineal simple y múltiple que relacionan SDEN con la intra-dependencia del tiempo anual y otros factores como la precipitación acumulada estacional, las temperaturas promedio de 7 días, la profundidad de la nieve (SD) y la elevación. Los resultados mostraron tasas de densificación similares sin mostrar un patrón espacial. La tasa de densificación para el conjunto de muestras manuales se fijó en 1,2 x 10-3 kg/L/día, muy similar al conjunto de medidas automáticas. Los resultados aumentan el conocimiento sobre SDEN en los Pirineos, aunque hay que tener en cuenta la alta variabilidad espacial encontrada. Finalmente, se estudian los efectos que el cambio climático puede tener en las inundaciones para un caso de estudio de una cuenca nival de la Cordillera Cantábrica. Usando diferentes modelos climáticos, considerando un escenario de emisiones de gases de efecto invernadero comparativamente altas (RCP8.5), con datos diarios de temperatura y precipitación entre los años 2007-2070, y comparando los resultados en términos relativos, se estiman el caudal y la variación del riesgo de inundación debido al cambio climático. En el caso concreto de Reinosa, el modelo climático MRI-CGCM3 muestra que el cambio climático provocará un aumento significativo de habitantes potenciales afectados y daños económicos por riesgo de inundaciones. / [CA] El canvi climàtic afectarà indubtablement els esdeveniments de neu ja que s'espera que la temperatura i la precipitació canvien en el futur. Les muntanyes espanyoles estan especialment afectades per aquesta situació, ja que l'emmagatzematge de neu es concentra en períodes molt concrets de l'any hidrològic i juga un paper molt important en la gestió dels recursos hídrics. En aquest estudi es fa una anàlisi del comportament dels fenòmens complexos relacionats amb la neu a les quatre principals regions muntanyoses d'Espanya en els propers 50 anys. El model hidrològic ASTER s'aplica utilitzant com a insum bàsic dades de temperatura i precipitació, estimades sota un escenari de canvi climàtic. Els resultats mostren diferents canvis en els cabals màxims i la mitjana esperada, depenent de la molt diferent magnitud i signe dels canvis en la precipitació. Es pot produir un augment dels episodis d'inundació com a conseqüència d'una relació complexa entre els canvis en les precipitacions i un augment de les intensitats màximes de desglaç que oscil¿len entre el 2,1% als Pirineus i el 7,4% a la Serralada. Cantàbrica. Tot i això, els patrons comuns es mostren en una menor duració de les reserves de massa de neu, que s'espera que ocórreguen 45 dies abans per a la Serralada Cantàbrica, i al voltant de 30 dies per a la resta de les regions muntanyoses estudiades. Els canvis observats també condueixen a una disminució preocupant de l'efecte regulador dels fenòmens relacionats amb la neu als rius espanyols, amb una disminució de l'acumulació mitjana de neu que oscil¿la entre un 28% per als Pirineus i Sierra Nevada i un 42% per al Sistema Central i la Serralada Cantàbrica. S'espera una disminució del cabal mitjà, que fluctua des del 2,4% als Pirineus fins al 7,3% a la Serralada Cantàbrica, augmentant únicament al Sistema Central un 4,0%, i cal desenvolupar noves mesures d'adaptació al canvi climàtic. D'altra banda, per tal d'aconseguir una estimació millor de l'Equivalent d'aigua de neu (SWE) utilitzant una xarxa meteorològica i de profunditat de neu (SD) econòmica i extensa que condueix a millorar el calibratge del model hidrològic ASTER, es proporcionen nous models de regressió de densitat de neu (SDEN). A partir del banc de dades més significatiu de densitat de neu (SDEN) als Pirineus espanyols, i sent una de les zones més importants i millor monitorizades del mon per a mostrejos manuals in situ i mesures automàtiques, s'avaluen models de regressió lineal simple i múltiple que relacionen SDEN amb intra-dependència del temps anual i altres factors com la precipitació acumulada estacional, les temperatures mitjana de 7 dies, la profunditat de la neu (SD) i l'elevació. La precipitació estacional acumulada va presentar una influència més dominant que la precipitació diària, sent usualment el segon factor determinant de SDEN més dominant, seguit per la temperatura. Les temperatures mitjanes van mostrar el millor ajustament a SDEN. Els resultats van mostrar taxes de densificació similars, sense mostrar un patró espacial. La taxa de densificació per al conjunt de mostres manuals es va fixar en 1,2 x 10-3 kg/L/dia, molt semblant al conjunt de mesures automàtiques. Els resultats augmenten el coneixement sobre SDEN als Pirineus, encara que cal tindre en compte l'alta variabilitat espacial trobada. Finalment, s'estudien els efectes que el canvi climàtic pot tindre en les inundacions per a un cas d'estudi d'una conca nival de la Serralada Cantàbrica. Usant diferents models climàtics, considerant un escenari d'emissions de gasos d'efecte hivernacle comparativament altes (RCP8.5), amb dades diàries de temperatura i precipitació dels anys 2007-2070, i comparant els resultats en termes relatius, la taxa de flux i la variació del ri / [EN] Climate change undoubtedly will affect snow events as temperature and precipitation are expected to change in the future. Spanish mountains are especially affected by that situation since snow storage is there focused on very specific periods of the hydrological year and plays a very important role in the management of water resources. In this study, an analysis of the behaviour of the complex snow-related phenomena in the four main mountain regions of Spain in the next 50 years is conducted. The ASTER hydrological model is applied using temperature and precipitation data as basic input, estimated under a climate change scenario. Results show different changes in the maximum and average expected flows, depending on the very different magnitude and sign of changes in precipitation. An increase of flooding episodes may occur as a result of a complex relationship between changes in precipitation and an increase in maximum snowmelt intensities that range from 2.1% in the Pyrenees to 7.4% in the Cantabrian Mountains. However, common patterns are shown in a shorter duration of the snow bulk reserves, expected to occur 45 days earlier for the Cantabrian Mountains and about 30 days for the rest of the studied mountain regions. Changes observed also lead to a concerning decrease in the regulatory effect of the snow-related phenomena in the Spanish rivers, with a decrease in the average snow accumulation that ranges from about 28% for the Pyrenees and Sierra Nevada to 42% for the Central System and the Cantabrian Mountains. A decrease in average flow is expected, fluctuating from 2.4% in the Pyrenees to 7.3% in Cantabrian Mountains, only increasing in the Central System by 4.0%, making all necessary to develop new adaptation measures to climate change. To achieve a better estimation of Snow Water Equivalent (SWE) using an economical and extensive snow depth (SD) and meteorological network that leads to improving the calibration of ASTER hydrological model, new snow density (SDEN) regression models are given in this work. Based on the most significant dataset of snow density (SDEN) in the Spanish Pyrenees for on-site manual samples and automatic measurements, as one of the most important and best-monitored areas in the world, single and multiple linear regression models are evaluated that relate SDEN with intra-annual time dependence and other drivers such as the seasonal accumulated precipitation, 7-day average temperatures, snow depth (SD) and elevation. The seasonal accumulated precipitation presented a more dominant influence than daily precipitation, usually the second most dominant SDEN driver, followed by temperature. Average temperatures showed the best fitting to SDEN. The results showed similar densification rates without showing a spatial pattern. The densification rate for the set of manual samples was 1.2 x 10-3 kg/L/day, very similar to the set of automatic measurements. The results increase knowledge on SDEN in the Pyrenees, although the high spatial variability that has been found must be regarded. Finally, climate change's effects on floods are studied in a case study of a snow basin in the Cantabrian Mountains. Using different climate models, regarding a scenario of comparatively high greenhouse gas emissions (RCP8.5), with daily temperature and precipitation data from the years 2007-2070, and comparing results in relative terms, flow rate and flood risk variation due to climate change are estimated. In the specific case of Reinosa, the MRI-CGCM3 climate model shows that climate change will cause a significant increase of potentially affected inhabitants and economic damage due to flood risk / Lastrada Marcén, JE. (2022). Study of the Climate Change Effect on the Snow Water Resources in the Spanish Mountains [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/188951 / Compendio