Variaciones en balance hídrico en cuencas hidrográficas del noreste de Puerto Rico por cambios en patrones climáticos automatizando modelización a nivel de píxel entre 1990-2021

Abstract

[ES] El balance hídrico expresa el balance entre la entrada y salida de agua en un territorio. La modelización de este ayuda a entender el ciclo hidrológico a nivel local. Generando datos de balance hídrico entre diferentes tiempos, podemos analizar a su vez los efectos del cambio climático en la cantidad de agua disponible variando las variables de este tipo que se utilizan en la modelización, proporcionando a los investigadores la capacidad de cuantificar la disponibilidad y la demanda de humedad de una manera significativa. Por la coyuntura ambiental actual, es importante generar un conjunto de datos y capas de balance hídrico de diferentes fechas de áreas hidrológicamente importantes de Puerto Rico como los son las cuencas que alimentan el Bosque Nacional El Yunque para posteriores análisis, la mejora en resolución de datos similares disponibles, así también la generación de un código que pueda modelizar este proceso de manera automatizada y sistemática utilizando softwares vigentes. Para llevar a cabo el balance hídrico de cuencas a nivel de píxel se parte de una serie de datos y otras variables calculadas. Se genera una ficha hídrica para cada píxel con el cálculo entre entradas de precipitación y salidas como evapotranspiración. Se desarrolla un solo código automatizado que calcula un balance hídrico anual completo para cada píxel dentro de un modelo digital de elevaciones y capas de datos. Se presenta un índice relativo de demanda de humedad superficial para divisiones hidrográficas y la comparación temporal entre resultados cambiando los datos climatológicos para cada año. Se encuentra una tendencia positiva a déficit de agua anualmente en el área de estudio. Cambios en patrones climáticos durante los pasados 32 años han afectado paulatinamente el almacenamiento de agua en las cuencas hidrográficas del Bosque El Yunque. Se anexa el código que automatiza los cálculos y los resultados anuales en base de datos.

[EN] The water balance expresses the balance between the input and output of water in a territory. Doing this modeling helps to understand the hydrological cycle at the local level. By generating water balance data between different times, we can in turn analyze the effects of climate change on the amount of water available by varying variables of this type used in modeling, providing researchers the ability to quantify availability and moisture demand in a significant way. Due to the current environmental situation, it is important to generate a set of data and water balance layers from different dates of hydrologically important areas of Puerto Rico, such as the watersheds that feed the El Yunque Forest for later analysis, the improvement in resolution of similar data available, as well as the generation of a script that can model this process in an automated and systematic way using current software. To carry out the water balance of watersheds at the pixel level, we start from a series of data and other calculated variables. A water record is generated for each pixel with the calculation between precipitation inputs and outputs such as evapotranspiration. A single automated code is developed that calculates a complete annual water balance for each pixel within a digital elevation model and data layers. A relative index of surface moisture demand is presented for hydrographic divisions and the temporal comparison between results changing the climatological data for each year. A positive tendency to water deficit is found annually in the study area. Changes in climate patterns over the past 32 years have gradually affected water storage in the El Yunque Forest watersheds. The code that automates the calculations and the annual result in the database is attached.