Una revisión de los modelos hidrológicos aplicados en la región ártica dominada por el permafrost
Autores: Bui, Minh Tuan; Lu, Jinmei; Nie, Linmei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Una revisión de los modelos hidrológicos aplicados en la región ártica dominada por el permafrost
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
ártico
Cambio climático
Modelos hidrológicos
Hidrología superficial
Modelos crio-hidrogeológicos
Permafrost
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La región ártica es la más sensible al cambio climático. Los modelos hidrológicos son herramientas fundamentales para la evaluación del impacto del cambio climático. Sin embargo, debido a las condiciones climáticas extremas, los procesos hidrológicos específicos y los desafíos en la adquisición de datos en el Ártico, es crucial seleccionar modelos hidrológicos adecuados para esta región. En este documento, se realiza una revisión y comparación exhaustiva de diferentes modelos basada en estudios recientemente disponibles. Se analizan la funcionalidad, las limitaciones y la idoneidad de los modelos hidrológicos potenciales para el proceso hidrológico ártico, incluyendo: (1) los modelos hidrológicos superficiales Topoflow, DMHS (sistema de modelado hidrológico determinista), HBV (departamento de balance hídrico de la Agencia Hidrológica Sueca), SWAT (herramienta de evaluación de suelos y agua), WaSiM (modelo de simulación de balance hídrico), ECOMAG (modelo ecológico para geofísica aplicada) y CRHM (modelo hidrológico de regiones frías); y (2) los modelos crio-hidrogeológicos ATS (simulador terrestre ártico), CryoGrid 3, GEOtop, SUTRA-ICE (variante de hielo del modelo de transporte saturado/no saturado existente) y PFLOTRAN-ICE (variante de hielo del modelo de flujo subsuperficial y transporte reactivo masivamente paralelo existente). La revisión encuentra que Topoflow, HBV, SWAT, ECOMAG y CRHM son adecuados para estudiar la hidrología superficial en lugar de otros procesos en entornos de permafrost, mientras que DMHS, WaSiM y los modelos crio-hidrogeológicos tienen mayores capacidades para la hidrología subsuperficial, ya que tienen en cuenta los tres cambios de fase del agua en el suelo cercano a la superficie. De los modelos crio-hidrogeológicos revisados aquí, GEOtop, SUTRA-ICE y PFLOTRAN-ICE son adecuados para cuencas de pequeña escala, mientras que ATS y CryoGrid 3 son potencialmente adecuados para cuencas de gran escala. Especialmente, ATS y GEOtop son las primeras herramientas que acoplan la hidrología térmica de permafrost superficial/subsuperficial. Si se busca la precisión en la simulación de la dinámica de la capa activa, DMHS, ATS, GEOtop y PFLOTRAN-ICE son herramientas potenciales en comparación con los otros modelos. Además, la adquisición de datos es una tarea desafiante para los modelos crio-hidrogeológicos debido a las complejas condiciones de frontera en comparación con los modelos hidrológicos superficiales HBV, SWAT y CRHM, y los modelos crio-hidrogeológicos son más difíciles de usar para usuarios no expertos y más costosos de operar en comparación con otros modelos.
Descripción
La región ártica es la más sensible al cambio climático. Los modelos hidrológicos son herramientas fundamentales para la evaluación del impacto del cambio climático. Sin embargo, debido a las condiciones climáticas extremas, los procesos hidrológicos específicos y los desafíos en la adquisición de datos en el Ártico, es crucial seleccionar modelos hidrológicos adecuados para esta región. En este documento, se realiza una revisión y comparación exhaustiva de diferentes modelos basada en estudios recientemente disponibles. Se analizan la funcionalidad, las limitaciones y la idoneidad de los modelos hidrológicos potenciales para el proceso hidrológico ártico, incluyendo: (1) los modelos hidrológicos superficiales Topoflow, DMHS (sistema de modelado hidrológico determinista), HBV (departamento de balance hídrico de la Agencia Hidrológica Sueca), SWAT (herramienta de evaluación de suelos y agua), WaSiM (modelo de simulación de balance hídrico), ECOMAG (modelo ecológico para geofísica aplicada) y CRHM (modelo hidrológico de regiones frías); y (2) los modelos crio-hidrogeológicos ATS (simulador terrestre ártico), CryoGrid 3, GEOtop, SUTRA-ICE (variante de hielo del modelo de transporte saturado/no saturado existente) y PFLOTRAN-ICE (variante de hielo del modelo de flujo subsuperficial y transporte reactivo masivamente paralelo existente). La revisión encuentra que Topoflow, HBV, SWAT, ECOMAG y CRHM son adecuados para estudiar la hidrología superficial en lugar de otros procesos en entornos de permafrost, mientras que DMHS, WaSiM y los modelos crio-hidrogeológicos tienen mayores capacidades para la hidrología subsuperficial, ya que tienen en cuenta los tres cambios de fase del agua en el suelo cercano a la superficie. De los modelos crio-hidrogeológicos revisados aquí, GEOtop, SUTRA-ICE y PFLOTRAN-ICE son adecuados para cuencas de pequeña escala, mientras que ATS y CryoGrid 3 son potencialmente adecuados para cuencas de gran escala. Especialmente, ATS y GEOtop son las primeras herramientas que acoplan la hidrología térmica de permafrost superficial/subsuperficial. Si se busca la precisión en la simulación de la dinámica de la capa activa, DMHS, ATS, GEOtop y PFLOTRAN-ICE son herramientas potenciales en comparación con los otros modelos. Además, la adquisición de datos es una tarea desafiante para los modelos crio-hidrogeológicos debido a las complejas condiciones de frontera en comparación con los modelos hidrológicos superficiales HBV, SWAT y CRHM, y los modelos crio-hidrogeológicos son más difíciles de usar para usuarios no expertos y más costosos de operar en comparación con otros modelos.