Desarrollo de método espectral para la determinación de la distribución espacial y temporal de la temperatura del agua de una laguna somera altiplánica

Abstract

Las lagunas someras altipl´anicas son cuerpos de agua extremadamente someros albergados en ecosistemas ubicados en los territorios altipl´anicos de Chile, Argentina, Per´u y Bolivia. Generalmente la profundidad promedio de los salares no supera los 30 cm, por lo que la temperatura del agua de estas lagunas, tambi´en denominadas salares, est´a fuertemente influenciada por los flujos de calor provenientes de la atm´osfera y de los sedimentos. El objetivo principal de este trabajo consisti´o en generar una herramienta computacional que permita, dado un campo de velocidades del flujo, determinar la distribuci´on espacial y temporal de la temperatura del agua de una laguna somera altipl´anica, analizando casos con distintas batimetr´ıas y forzantes externas. La herramienta computacional que se desarroll´o corresponde a un programa que entrega la soluci´on de la hidrodin´amica, utilizando el modelo de Crank Nicolson, y del transporte de calor en la laguna representado por una ecuaci´on de advecci´on-dispersi´on en 2 dimensiones. La geometr´ıa utilizada para el modelo fue una geometr´ıa de Kranenburg, que simula un cuerpo de agua somero. Debido a la periodicidad de los t´erminos fuente de la ecuaci´on de transporte de calor del sistema, se opta por utilizar el m´etodo de vol´umenes finitos en conjunto con el m´etodo espectral para solucionarla. El beneficio de la incorporaci´on del m´etodo espectral para obtener la soluci´on del problema, radica en que es posible independizar la ecuaci´on del tiempo, lo que otorga eficiencia en los usos de recursos computacionales. Esto ´ultimo hace posible que, utilizando la herramienta desarrollada en este trabajo, sea posible determinar el comportamiento de la termodin´amica de una laguna somera altipl´anica para per´ıodos superiores a 15 a nos en menos de 5 horas de c´omputo, considerando que los datos meteorol´ogicos de entrada fueron tomados cada una hora. Los resultados obtenidos en el trabajo justifican la importancia de realizar un an´alisis en 2 dimensiones para la temperatura del agua de las lagunas someras altipl´anicas, debido a que se encuentran diferencias de m´as de 3◦C para un mismo tiempo en distintos puntos de la laguna. Tambi´en se obtuvo a partir de an´alisis con el n´umero de Wedderburn, que para las geometr´ıas consideradas en el an´alisis, los procesos de transporte de calor en la laguna no es tan sensible ante cambios del forzante de viento reinante en la superficie. Finalmente, gracias al bajo consumo de recursos computacionales del programa desarrolloado, este trabajo da pie para que se realicen investigaciones del comportamiento termodin´amico de lagunas someras altipl´anicas ante variados escenarios de cambio clim´atico, que servir´ıan de informaci´on para estudios hidrol´ogicos, biol´ogicos y ambientales, entre otros.