Clima y disponibilidad de agua: análisis del pasado para prever el futuro

Climate and water availability: analysis of the past for predicting the future

IGNACIO SANCHEZ COHEN WALDO OJEDA BUSTAMANTE JOSE VILLANUEVA DIAZ GABRIEL DIAZ PADILLA MIGUEL AGUSTIN VELASQUEZ VALLE JESUS ARCADIO MUÑOZ VILLALOBOS (2007, [Artículo])

Las variables de entrada para el análisis del ciclo hidrológico son predominantemente climáticas (radiación, precipitación, temperaturas, etc.); así, la alteración en patrones de precipitación trae como consecuencia las modificaciones al resto de las variables involucradas en este proceso (infiltración, escurrimiento, evaporación, etc.). Es claro entonces que la disponibilidad de agua está fuertemente ligada a las variaciones climáticas. En esta tesitura, el análisis histórico del clima es fundamental para conocer las leyes que rigen su variación y así poder predecir su comportamiento. En el presente trabajo se muestran algunos estudios de caso de variabilidad climática puntualizando algoritmos para su cuantificación.

Disponibilidad de agua Cambio climático Modelos matemáticos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Modelación estocástica del consumo doméstico de agua potable, empleando el esquema de Neyman-Scott

VICTOR HUGO ALCOCER YAMANAKA Velitchko Tzatchkov RAFAEL GARCIA-BARTUAL Felipe Arreguin (2008, [Artículo])

El consumo de agua potable en el ámbito doméstico tiene carácter estocástico; por ello, con objeto de caracterizarlo, recientemente se han desarrollado métodos que lo representan como series de pulsos rectangulares de Poisson. Estos métodos requieren de ciertos parámetros para poder generar las series de consumo, como son la intensidad, duración y frecuencia de los pulsos; cada uno de ellos representado estadísticamente por su valor medio, varianza y distribución de probabilidad. La obtención de estos parámetros se basa en la medición directa de la demanda instantánea. En este artículo se presenta un nuevo método para estimar los parámetros necesarios para la generación de las series de consumo instantáneo, con base en mediciones con intervalos de tiempo mayores a un segundo (por ejemplo, un minuto). El método propuesto considera algunos principios del proceso de Neyman-Scott en la desagregación temporal del volumen acumulado. La estimación de los parámetros se fundamenta en la comparación de los momentos observados, producto de las mediciones en campo, con los momentos teóricos obtenidos de un análisis del proceso estocástico.

Consumo doméstico de agua Modelos estocásticos Estimación de parámetros INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Medición y caracterización estocástica de la demanda instantánea de agua potable

Velitchko Tzatchkov VICTOR HUGO ALCOCER YAMANAKA Felipe Arreguin (2003, [Artículo])

Este artículo reporta un estudio de resolución temporal ultra fina del comportamiento real e instantáneo de la demanda de agua potable doméstica. En tres viviendas de diferente nivel socioeconómico de Culiacán, Sinaloa, México, se colocaron micromedidores nuevos, equipados con sensor magnético de impulsos y registradores, todos ellos con la capacidad de registrar el consumo en la vivienda cada segundo. De esta manera se conoció el consumo en las viviendas por segundo durante 101 días. El consumo se presenta en pulsos instantáneos de intensidad y duración aleatorias. Los datos de la medición se procesaron para obtener los parámetros estadísticos de esos pulsos, como duración, intensidad y volumen, con sus valores promedio, desviación estándar, coeficiente de variación y otros. El factor de utilización medio (la relación del tiempo durante el cual hubo uso del agua y el tiempo total de la medición) fue entre 3 y 5%. Estos parámetros posteriormente pueden ser usados en el modelo de pulsos rectangulares de Poisson, de Buchberger y Wu para generar series de consumo para los fines de modelos dinámicos de las redes de agua potable u otros usos. Además, la información obtenida ayuda en una estimación más precisa en la variación de la demanda de agua potable y, en general, para un mejor entendimiento de los patrones reales del consumo doméstico de agua potable.

Consumo doméstico de agua Modelos estocásticos Estimación de parámetros Agua potable INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Estación meteorológica convencional versus automática sus diferencias evaluadas con índices estadísticos Chapingo, México

Conventional versus automatic weather station evaluated differences with statistical indexes Chapingo, Mexico

RAMON ARTEAGA RAMIREZ ROCIO CERVANTES OSORNIO MARIO ALBERTO VAZQUEZ PEÑA WALDO OJEDA BUSTAMANTE (2017, [Artículo])

El objetivo del presente trabajo fue realizar la comparación de los datos meteorológicos medidos por una estación convencional contra los mismos obtenidos por una automática, ambas estaciones están ubicadas en la Universidad Autónoma Chapingo, estos datos fueron: temperatura máxima, mínima, humedad relativa máxima y mínima, colectados de manera diaria y analizados de forma gráfica y estadística, por medio del coeficiente de inconsistencia y consistencia, la raíz cuadrada del cuadrado medio del error y normalizado, el índice de concordancia o Willmott, el coeficiente de determinación, un análisis de regresión, error sistemático y error aleatorio, el periodo comprendido de enero 2004 a junio, 2013. Se encontró, que para las variables temperatura máxima y temperatura mínima, se pueden usar indistintamente los datos de la estación meteorológica automática o los de la convencional ya que los datos son semejantes.

Estaciones meteorológicas Sistemas de información Modelos matemáticos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Caracterización de habilidades cognitivas en infantes con Parálisis Cerebral atendidos a través del modelo Petö: un estudio retrospectivo en la asociación civil Con Nosotros, A.C. en Morelos, México

IRIS ANAID RODRÍGUEZ SÁNCHEZ (2023, [Tesis de maestría])

En esta investigación se describen los diversos elementos que componen el modelo Petö 1

identificando en sus programas las habilidades cognitivas que desarrollan los infantes, ya que es de gran

relevancia la autonomía que logran durante su crianza y educación con este modelo.

Se realizó una revisión de los expedientes de 9 infantes con Parálisis Cerebral (PC) entre 6 y 13

años, específicamente se analizaron los resultados de la Prueba Progress Assesment Chart P.A.C2 en el

área de comunicación, socialización, independencia personal y ocupación del año 2017 al 2020, con el

objetivo de caracterizar las habilidades cognitivas en infantes con Parálisis Cerebral atendidos a través

del modelo Petö en la asociación civil Con Nosotros, A.C. en Morelos, México.

Los resultados de las pruebas de cada infante fueron vaciados en rúbricas diseñadas para poder

caracterizar las habilidades cognitivas que el modelo Petö desarrolla en atención a los infantes con

Parálisis Cerebral de la asociación civil Con Nosotros, A.C. Morelos, México.

Así mismo, se realizó un análisis cuantitativo en graficas con porcentajes, así como cualitativos de los

resultados de las evaluaciones de las áreas de comunicación, socialización, independencia personal y

ocupación de dichos 9 expedientes.

La presente investigación fue un estudio longitudinal, descriptivo, basado en el análisis y

sistematización retrospectiva de la revisión de 9 expedientes de infantes con Parálisis Cerebral entre 6 y

13 años de la asociación civil Con Nosotros, A.C. Morelos, México, durante el período 2017-2020. El

objetivo de esta revisión fue caracterizar las habilidades cognitivas que desarrolla el Modelo Petö. Los

resultados del análisis de las pruebas muestran que independientemente del nivel de discapacidad que

presenten los infantes, el modelo desarrolla en ellos habilidades cognitivas, motrices, sociales y de

independencia.

En conclusión, estas habilidades cognitivas que los infantes desarrollan durante su rutina escolar

les da las herramientas para lograr una ortofuncionalidad en sus vidas y con esto lograr una mejor calidad

de vida para ellos y para sus familias.

HUMANIDADES Y CIENCIAS DE LA CONDUCTA PSICOLOGÍA Parálisis Cerebral, Modelo Petö, habilidades cognitivas.

Modelo de calidad del agua en redes de distribución

Velitchko Tzatchkov Arreguin Felipe (2004, [Artículo])

Se presenta un modelo de calidad del agua potable en una red de distribución, el cual incluye las tuberías de tres pulgadas de diámetro y mayores. La aplicación se realizó en la zona norte de Culiacán, Sinaloa, México, que cuenta con una población de 61,500 habitantes. Se determinó la constante de primer orden de reacción del cloro con el agua ka= 0.0988 horas-1 y la de reacción con la pared del tubo kp = 0.4140 m/día, para un diámetro de 16 pulgadas, y kp = 0.1509 m/día para 10 pulgadas. Con lo anterior, para el caso de la ciudad de Culiacán, los valores del coeficiente total de decaimiento k son de 0.2478 a 0.189 horas-1. La comparación de resultados entre medición y modelo muestra que en 70.83% del total de los puntos se tienen diferencias menores al 25%. En la región uno del sitio de aplicación, los resultados presentan diferencias menores al 20% en el 90% de los nodos.

Calidad del agua Redes de distribución de agua Modelos matemáticos Decaimiento del cloro INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Decaimiento del cloro por reacción con el agua en redes de distribución

Velitchko Tzatchkov VICTOR HUGO ALCOCER YAMANAKA Felipe Arreguin (2004, [Artículo])

Se analiza la ecuación cinética de la reacción del cloro residual libre con el agua, separada de la reacción con la pared de las tuberías, con base en muestras tomadas en 64 puntos de la red de agua potable de una ciudad. Se obtiene que la ecuación cinética de primer orden no describe adecuadamente el decaimiento real y, en su lugar, se propone una ecuación cinética de orden mixto, caracterizada por dos parámetros k1 y k2, cuyos valores dependen de la concentración en el inicio de la reacción. Se muestran ecuaciones de regresión que expresan los parámetros k1 y k2 en términos de la concentración inicial para los casos de agua superficial tratada en planta potabilizadora y agua subterránea clorada, válidas para el sitio de medición. El valor de k1 es positivo y disminuye ligeramente con el incremento de la concentración inicial. El valor de k2 es negativo para concentraciones iniciales medianas y altas (mayores de 80 mg/I), y positivo para las concentraciones iniciales menores. La magnitud de k1/k2 muestra una tendencia estable, disminuyendo ligeramente (en valor absoluto) con el incremento de la concentración inicial. La tasa de decaimiento del cloro es marcadamente más alta cuando la concentración inicial es baja. La ecuación cinética obtenida puede ser usada en modelos matemáticos de la calidad del agua en redes de distribución, calibrando los coeficientes k1 y k2 por mediciones de campo similares a las presentadas.

Calidad del agua Redes de agua potable Decaimiento del cloro Modelos matemáticos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Evaluación de la operación de un tramo del canal principal de riego con un enfoque económico

PENELOPE CRUZ MAYO ARIOSTO AGUILAR CHAVEZ (2022, [Artículo])

DOI: 10.24850/j-tyca-2022-01-03

En este trabajo se presenta un análisis económico e hidráulico para implementar un modelo de control automático de las compuertas de un distrito de riego. El funcionamiento hidráulico de la red de canales se analiza con un modelo de simulación numérica, con diferentes opciones de control automático que se pueden instaurar y un análisis de los precios sombra en la producción agrícola, a partir de los escenarios dinámicos de simulación numérica. Esta metodología se aplica al Distrito de riego 076, ubicado en Valle del Carrizo, Sinaloa, México, y se obtienen diferentes escenarios que pueden ser considerados en la modernización de la red de canales.

Distritos de riego Canales de riego Modelos matemáticos Simulación Valor del agua INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Control de sistemas usando aprendizaje de máquina

Systems control using machine learning

Jesús Martín Miguel Martínez (2023, [Tesis de maestría])

El aprendizaje por refuerzo es un paradigma del aprendizaje de máquina con un amplio desarrollo y una creciente demanda en aplicaciones que involucran toma de decisiones y control. Es un paradigma que permite el diseño de controladores que no dependen directamente del modelo que describe la dinámica del sistema. Esto es importante ya que en aplicaciones reales es frecuente que no se disponga de dichos modelos de manera precisa. Esta tesis tiene como objetivo implementar un controlador óptimo en tiempo discreto libre de modelo. La metodología elegida se basa en algoritmos de aprendizaje por refuerzo, enfocados en sistemas con espacios de estado y acción continuos a través de modelos discretos. Se utiliza el concepto de función de valor (Q-función y función V ) y la ecuación de Bellman para resolver el problema del regulador cuadrático lineal para un sistema mecánico masa-resorte-amortiguador, en casos donde se tiene conocimiento parcial y desconocimiento total del modelo. Para ambos casos las funciones de valor son definidas explícitamente por la estructura de un aproximador paramétrico, donde el vector de pesos del aproximador es sintonizado a través de un proceso iterativo de estimación de parámetros. Cuando se tiene conocimiento parcial de la dinámica se usa el método de aprendizaje por diferencias temporales en un entrenamiento episódico, que utiliza el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos en la sintonización del crítico y descenso del gradiente en la sintonización del actor, el mejor resultado para este esquema es usando el algoritmo de iteración de valor para la solución de la ecuación de Bellman, con un resultado significativo en términos de precisión en comparación a los valores óptimos (función DLQR). Cuando se tiene desconocimiento de la dinámica se usa el algoritmo Q-learning en entrenamiento continuo, con el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos y el esquema de mínimos cuadrados con descenso del gradiente. Ambos esquemas usan el algoritmo de iteración de política para la solución de la ecuación de Bellman, y se obtienen resultados de aproximadamente 0.001 en la medición del error cuadrático medio. Se realiza una prueba de adaptabilidad considerando variaciones que puedan suceder en los parámetros de la planta, siendo el esquema de mínimos cuadrados con mínimos cuadrados recursivos el que tiene los mejores resultados, reduciendo significativamente ...

Reinforcement learning is a machine learning paradigm with extensive development and growing demand in decision-making and control applications. This technique allows the design of controllers that do not directly depend on the model describing the system dynamics. It is useful in real-world applications, where accurate models are often unavailable. The objective of this work is to implement a modelfree discrete-time optimal controller. Through discrete models, we implemented reinforcement learning algorithms focused on systems with continuous state and action spaces. The concepts of value-function, Q-function, V -function, and the Bellman equation are employed to solve the linear quadratic regulator problem for a mass-spring-damper system in a partially known and utterly unknown model. For both cases, the value functions are explicitly defined by a parametric approximator’s structure, where the weight vector is tuned through an iterative parameter estimation process. When partial knowledge of the dynamics is available, the temporal difference learning method is used under episodic training, utilizing the least squares with a recursive least squares scheme for tuning the critic and gradient descent for the actor´s tuning. The best result for this scheme is achieved using the value iteration algorithm for solving the Bellman equation, yielding significant improvements in approximating the optimal values (DLQR function). When the dynamics are entirely unknown, the Q-learning algorithm is employed in continuous training, employing the least squares with recursive least squares and the gradient descent schemes. Both schemes use the policy iteration algorithm to solve the Bellman equation, and the system’s response using the obtained values was compared to the one using the theoretical optimal values, yielding approximately zero mean squared error between them. An adaptability test is conducted considering variations that may occur in plant parameters, with the least squares with recursive least squares scheme yielding the best results, significantly reducing the number of iterations required for convergence to optimal values.

aprendizaje por refuerzo, control óptimo, control adaptativo, sistemas mecánicos, libre de modelo, dinámica totalmente desconocida, aproximación paramétrica, Q-learning, iteración de política reinforcement learning, optimal control, adaptive control, mechanical systems, modelfree, utterly unknown dynamics, parametric approximation, Q-learning, policy iteration INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LOS ORDENADORES INTELIGENCIA ARTIFICIAL INTELIGENCIA ARTIFICIAL

Escenarios futuros de eventos extremos de precipitación y temperatura en México

Future changes of precipitation and temperature extremes in Mexico

Ernesto Ramos Esteban (2024, [Tesis de maestría])

Diferentes estudios a escala mundial indican un incremento en frecuencia de eventos climáticos extremos debido al calentamiento global y sugieren que podrían intensificarse en el futuro. El objetivo de este trabajo es analizar los posibles cambios de 12 índices climáticos extremos (ICE) de precipitación y temperatura en 15 regiones de México, el sur de los Estados Unidos y Centroamérica para un período histórico (1981-2010), un futuro cercano (2021-2040), un futuro intermedio (2041-2060) y un futuro lejano (2080-2099). Se utilizó el reanálisis ERA5 como referencia en la evaluación histórica de los modelos climáticos globales (MCG) y para las proyecciones se analizaron los ICE de diez MCG del Proyecto de Intercomparación de Modelos Climáticos, fase 6 (CMIP6), de acuerdo con dos escenarios de Vías Socioeconómicas Compartidas (SSPs), uno de bajas emisiones (SSP2-4.5) y otro de altas emisiones (SSP3-7.0). Los MCG reproducen muy bien los índices extremos de temperatura histórica y los días consecutivos secos, pero subestiman la lluvia promedio y la lluvia extrema en las zonas más lluviosas desde el centro de México hasta Centroamérica. Históricamente, se observaron tendencias positivas de las temperaturas extremas (TXx y TNn) en todas las regiones, pero sólo en algunas regiones fueron significativas, mientras que los índices de lluvia extrema (R95p, R10mm y R20mm) presentaron tendencias negativas, pero pequeñas. Las proyecciones indican que las temperaturas extremas podrían seguir incrementándose en el futuro, desde 2° C hasta 5° C a mitad y final de siglo, respectivamente. La contribución de la precipitación extrema arriba del percentil 95 (R95p) se podría incrementar entre un 10 % y 30 %, especialmente en la región subtropical, mientras que la precipitación podría disminuir en las regiones tropicales. Este estudio es el primero que analiza los cambios futuros de índices extremos del CMIP6 a escala regional (en 15 regiones) de México, el sur de Estados Unidos y Centroamérica.

Global-scale studies indicate an increase in the frequency of extreme weather events due to global warming and suggest that they could further intensify in the future. This study aims to assess potential changes in 12 extreme climate indices (ECI) related to precipitation and temperature in 15 regions in Mexico, the southern United States, and Central America for different periods: a historical period (1981-2010), a near future (2021-2040), an intermediate future (2041-2060), and a far future (2080-2099). The ERA5 reanalysis was used as a reference for the historical evaluation of global climate models (GCMs), and ECI from ten GCMs of phase 6 (CMIP6) from the Coupled Model Intercomparison Project were employed for the projections and examined under two Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) scenarios, one characterized by low emissions (SSP2-4.5) and another representing high greenhouse gas emissions (SSP3-7.0). The GCMs reproduce historical extreme temperature indices and consecutive dry days very well. However, they underestimate average and extreme rainfall from central Mexico to Central America in the wetter areas. Historically, positive trends in extreme temperatures (TXx and TNn) were observed across all regions. However, statistical significance was only present in certain regions, while extreme rainfall indices (R95p, R10mm, and R20mm) exhibited small negative trends. The projections suggest that extreme temperatures could continue to increase in the future, from 2°C to 5°C by the mid and late century, respectively. The contribution of extreme precipitation above the 95th percentile (R95p) could increase by 10% to 30%, particularly in the subtropical regions, while precipitation might decrease in tropical regions. This study is the first to analyze future changes in extreme indices from CMIP6 at a regional scale (across 15 regions) in Mexico, the southern United States, and Central America.

Centroamérica, CMIP6, escenarios SSP, extremos climáticos, intercomparación de modelos climáticos, México Central America, climate extremes, CMIP6, intercomparison of climate models, Mexico, SSP scenarios CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO OCEANOGRAFÍA OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04) OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04)