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)

Modelado y acoplamiento de la conductividad eléctrica e hidráulica a partir de tomografía de rocas

Modeling and coupling of electrical and hydraulic conductivity from rock tomography

Miguel Ángel Martínez Rodríguez (2022, [Tesis de maestría])

En este trabajo se emplearon técnicas de modelado numérico para simular el flujo de corriente eléctrica y de fluido a través de medios porosos con el fin de determinar el factor de resistividad y la permeabilidad, así como la distribución de los campos de densidad de corriente eléctrica y velocidad de flujo. Para el modelado de flujo eléctrico se desarrolló un algoritmo basado en diferencias finitas, mientras que para el modelado hidráulico se empleó una librería reportada en la literatura, basada en el método de redes de Boltzmann. En ambos esquemas de modelado se establecieron condiciones en la frontera poro-grano para modelar los procesos físicos exclusivamente en el espacio poroso. Los valores estimados de factor de resistividad y de permeabilidad, así como la porosidad, se emplearon para estudiar las correlaciones entre estas propiedades a través de relaciones petrofísicas. Para esto, se propuso una expresión que relaciona la permeabilidad y la porosidad y, empleando una relación existente entre el factor de resistividad y la porosidad, se propuso también una relación directa entre la permeabilidad y el factor de resistividad. Las relaciones propuestas fueron aplicadas a los valores numéricos obtenidos para paquetes de esferas generados numéricamente y se encontró que se ajustan mejor a los datos en comparación con las relaciones más comúnmente utilizadas, especialmente para porosidades altas. Se mostró también que estas relaciones petrofísicas toman la forma de las relaciones más comunes conocidas cuando se trata con porosidades bajas. Valores obtenidos de imágenes digitales de un paquete de esferas sintético y una muestra de dolomita mostraron que las expresiones para porosidades bajas son suficientes para ajustar datos de medios porosos con porosidades menores a un valor entre 0.3 y 0.4. Finalmente, se analizaron el factor de resistividad, la permeabilidad, las relaciones petrofísicas, y las distribuciones espaciales y estadísticas de los campos vectoriales de flujo se analizaron para comparar los fenómenos de transporte eléctrico e hidráulico, encontrando que algunos factores, como la porosidad efectiva, son importantes en ambos fenómenos de flujo; mientras que otros, como la adherencia del fluido a las paredes del poro, son particularmente relevantes para el flujo hidráulico.

In this work, numerical modeling techniques were used to simulate the flow of electric current and fluid through porous media in order to determine the resistivity factor and permeability, as well as the distribution of electric current density and flow velocity fields. For electric flow modeling, an algorithm based on finite differences was developed, while for hydraulic modeling, a library reported in the literature, based on lattice Boltzmann method, was used. In both modeling schemes, pore-grain boundary conditions were established to model the physical processes exclusively in the pore space. The estimated values of resistivity factor and permeability, as well as porosity, were used to study the correlations between these properties through petrophysical relationships. An expression relating permeability and porosity was proposed and, using an existing relationship between the resistivity factor and the porosity, a direct relation between permeability and resistivity factor was also proposed. The proposed relations were applied to data obtained for numerically generated sphere packs and were found to fit the data better than the most commonly used relationships, especially for high porosities. It was also shown that these petrophysical relationships take the form of the most common relationships known when dealing with low porosities. Modeling data on digital images of a synthetic sphere pack and a dolomite sample showed that the expressions for low porosities are sufficient to fit data from porous media with porosities lower than 0.3 to 0.4. Finally, resistivity factors, permeabilities, petrophysical relationships, and spatial and statistical distributions of flow vector fields were analyzed to compare electrical and hydraulic transport phenomena, finding that some factors, such as the effective porosity, are important in both flow phenomena; whereas some other, such as the pore-wall adherence, are particularly relevant to hidraulic flux.

Física de rocas, modelado numérico, relaciones petrofísicas, fenómenos de transporte, factor de resistividad, permeabilidad, porosidad, tomografía de rocas, campos vectoriales, distribución estadística Rock physics, numerical modelling, petrophysical relations, transport phenomena, resistivity factor, permeability, porosity, rock tomography, vector fields, statistical distribution CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA GEOFÍSICA DE LA MASA SÓLIDA TERRESTRE GEOFÍSICA DE LA MASA SÓLIDA TERRESTRE