Unraveling the effects of modeling decisions on hydroclimatic projections in Chile

Abstract

La estimación de cambio hidrológico se realiza, generalmente, mediante el uso de modelos hidrológicos, los que son calibrados y luego forzados considerando distintas condiciones futuras (por ejemplo, cambios en las condiciones climáticos y/o en la cobertura vegetal). Este proceso requiere la toma de distintas decisiones metodológicas, las cuales repercuten en las proyecciones hidrológicas. Debido a la secuencialidad de la toma de decisiones, la estimación de cambio hidrológico se ampara en el contexto de cascada de incertidumbre, es decir, decisiones sucesivas que incrementan la dispersión de los resultados. Entre las decisiones relevantes se encuentran la elección de escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero, modelos que proyecten el clima futuro, escalamiento espacial y corrección de sesgo de dichos modelos climáticos, elección de modelos hidrológicos y estimación de sus parámetros, entre otros. Este trabajo se aboca a analizar el impacto de algunas de estas decisiones en la simulación hidrológica histórica y proyecciones hidrológicas futuras bajo un clima cambiante en 120 cuencas de Chile continental. Para las proyecciones de cambio climático, se consideran 30 Modelos de Circulación General (GCM) bajo el escenario de emisiones SSP5-8.5, siete métodos de corrección de sesgo y tres estratificaciones temporales para aplicar los métodos de corrección de sesgo. Los resultados permiten obtener series de precipitación y temperaturas extremas diarias para todo Chile continental, desde el año 1960 al año 2100. Por otra parte, la modelación hidrológica se realiza mediante el modelo hidrológico Variable Infiltration Capacity (VIC), la cual tiene dos objetivos: (i) identificar el efecto de distintas decisiones de calibración (e.g., elección de los parámetros a regularizar y la función objetivo) en la simulación de variables hidrológicas (e.g., evapotranspiración) y (ii) realizar proyecciones de cambio hidrológico. Los resultados permiten identificar la relevancia de decisiones que, tradicionalmente, se consideran inofensivas. Por ejemplo, la estratificación temporal a la cual se aplican los métodos de corrección de sesgo impacta en la magnitud y signo de los cambios proyectados, principalmente, de precipitación. Más aún, la estratificación temporal impacta directamente en la estacionalidad promedio proyectada de la precipitación. Respecto a las proyecciones de cambio climático, se esperan disminuciones de precipitación desde la región de Valparaíso al sur, reducciones severas en la caída de nieve en todo el territorio nacional y aumentos en la isoterma 0°C en días con precipitación que favorecerá los riesgos de crecidas e inundaciones. No obstante la dispersión de las proyecciones entre GCMs, hay un alto nivel de acuerdo (>90%) en la distribución espacial futura del tipo de clima según la clasificación de Köppen-Geiger. Respecto a la modelación hidrológica, se identifican riesgos importantes en la calibración del modelo VIC considerando solo caudal, pudiendo errar severamente el balance de masa estacional a escala de cuenca a pesar de una buena simulación del caudal. Este tipo de errores afecta las proyecciones hidrológicas a escalas temporales anuales, estacionales y mensuales, así como la magnitud y signo de los cambios hidrológicos proyectados.