ETAPAS PARA LA CREACIÓN DE UN MODELO MECANÍSTICO

Transcripción

1 ETAPAS PARA LA CREACIÓN DE UN MODELO MECANÍSTICO

2 ETAPAS PARA LA CREACIÓN Y APLICACIÓN DE UN MODELO! Estructura del modelo! Ecuaciones matemáticas! Creación del modelo! Calibración del modelo! Análisis de sensibilidad! Validación del modelo! Optimización del modelo

3 ESTRUCTURA DEL MODELO INITIALISATION FILES INITP.FOR CROPP.DAT BATCH.INP POTATOS.FOR LIGHT % interception ºCd Kg DM ha -1 d -1 Efficiency (DM/PAR) LUE, RCO, RTMP, RDRY PENMAN.FOR WATBALS.FOR Biomass HI Yield

4 ECUACIONES MATEMÁTICAS! Definir símbolos (constantes, variables)! Verificar dimensiones (Sistema Internacional de unidades)! Verificar la consistencia matemática y si las ecuaciones están completas! Verificar la consistencia biológica y si el sistema a modelar está completo

5 CREACIÓN DEL MODELO! Capturado en computadora (FORTRAN, VB, C)! Verificar la consistencia del programa! Localizar errores (cálculo directo de las ecuaciones matemáticas)! Imprimir los valores de las variables! Redondear números

6 CALIBRACIÓN DEL MODELO Consiste en comparar el resultado del modelo con los datos observados. Se ajustan algunos parámetros de tal forma que la predicción del modelo se acerque más a los datos observados. Para algunos creadores de modelos, este paso es inaceptable. Ellos creen que los parámetros deben ser obtenidos de investigaciones independientes.

7 CALIBRACIÓN DEL MODELO 1200 predicted 1200 predicted 1000 observed 1000 observed a) 200 b) da y o f the ye a r da y o f the ye a r

8 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Ayuda a simplificar a los modelos Se requiere definir la precisión requerida de sus parámetros, y especificar su rango de validez.

9 VALIDACIÓN DEL MODELO Se requiere probar al modelo con diferentes juegos de datos para asegurarse de que el modelo es capaz de trabajar bien bajo un escenario nuevo.

10 PASOS IMPORTANTES PARA CREAR UN MODELO Conocimiento (ideas) y datos Desarrollar el modelo con referencia a datos reales (calibración) Comparar el modelo con datos independientes Si el modelos está mal, implica que el conocimiento está mal. El modelo tiene que ser mejorado Este proceso es iteractivo.

11 EJEMPLO DE CONSTRUCCIÓN DE UN MODELO DINÁMICO MECANÍSTICO CONSERVACIÓN DE UN ECOSISTEMA DE PANTANO

12 ANTECEDENTES Parque nacional Tiene flora y fauna endémica Es alimentado por un río Se requiere extraer agua para uso humano Estudio del impacto de la extracción de agua en el ecosistema José Alfredo Carrillo Salazar Un modelo simple puede ser útil para la evaluación del impacto Montecillo, México. Otoño 2003

13 ANTECEDENTES

14 LA VEGETACIÓN Tasa de crecimiento de la vegetación (g m -2 ) dbiomasa dt = f es i Donde: f i es la fracción de radiación solar interceptada e es el coeficiente de conversión de energía solar a biomasa (1.4 g MJ -1 ) S es la radiación solar diaria (MJ m -2 d -1 )

15 LA VEGETACIÓN La fracción de radiación solar interceptada se calcula con la siguiente ecuación: f i = 1 exp( kl) Donde: k es el coeficiente de extinción del dosel (0.45) L es el índice de área foliar del dosel (m 2 m -2 )

16 LA VEGETACIÓN La tasa de senescencia de las hojas para esta especie se calcula con la siguiente ecuación: Donde: Temp ( d 300 Temp es la temperatura media diaria en C 1 )

17 LA VEGETACIÓN Tasa de crecimiento de la vegetación (g m -2 ) DBiomasa dt = f es i Temp Biomasa 300 Tasa de cambio del índice de área foliar (m 2 /m 2 ) Donde: dl dt Temp = 0.5 SLA f es L i se refiere a la fracción de f i e S que se utilizará para nuevo crecimiento de hojas SLA= 0.02 m 2 de hoja por g de hoja

18 LA VEGETACIÓN Efecto del contenido hídrico del suelo en la tasa de crecimiento: FACTOR DE CRECIMIENTO Más seco 1 Más húmedo CONTENIDO HÍDRICO (θ)

19 BALANCE HÍDRICO Tamaño del lago: 10 km 2 Profundidad del suelo: 1 m Flujo hacia el lago (Influx): un río Flujo fuera del lago (Outflux): Casi siempre Contenido hídrico del suelo (θ) en mm de agua/mm de suelo Nota: θ es 1.0 cuando la profundidad del agua (o volumen) es igual a la del suelo

20 BALANCE HÍDRICO Flujo hacia el lago (influx) Flujo fuera del lago (outflux) 4500 Registro automático de 4 años: TASA DE SALIDA DE AGUA (kg/s) y = x R 2 = salida CONTENIDO HÍDRICO

21 BALANCE HÍDRICO Pérdida de agua por evapotranspiración: 1.4 EVAPOTRANSPIRACIÓN/EP EVAP=CH*EP SI CH<1 EVAP=EP=1 SI CH=> CONTENIDO HÍDRICO

22 LA FAUNA Modelos dinámicos de crecimiento de poblaciones: dn dt = + Nacimientos Muertes + Inmigración Emigración Tasa de crecimiento de una población estable sin condiciones limitantes: dn = r N dt

23 LA FAUNA Teoría predador-presa dn dt = (r -C 1 P ) N dp dt = (C 2 N -d ) P Donde: N es el tamaño de la población de la presa r es la tasa intrínseca de crecimiento de una población (1.0) C 1 es una constante (0.05) P es el tamaño de la población del predador C 2, y d son constantes con valores de 0.004, 0.5 respectivamente José Alfredo Carrillo Salazar Montecillo, México. Otoño 2003

24 LA FAUNA Teoría predador-presa dn dt = (r ) N -C 1 P + D i -N D o dp dt = (C 2 N ) P -d + D i -P D o Donde: D i es la tasa de inmigración de insectos (1.0 insectos * d -1 ) D o es el coeficiente de emigración de insectos (0.01 d -1 )

25 LA FAUNA Teoría predador-presa dn dt = (r K-N -C 1 P ) N + D i -N D o K dp dt = (C 2 N ) P -d + D i -N D o Donde: K es la capacidad del hábitat de mantener a una especie

26 LA FAUNA Teoría predador-presa dn dt = (r K-N -C 1 P ) N + D i -N D o K dp dt = (C 2 N ) P -d + D i -N D o Donde: K= IAF 0.02 IAF es el índice de área foliar (m 2 m -2 ) Espacio requerido por la presa (0.02 m 2 area foliar por insecto -1 ) José Alfredo Carrillo Salazar Montecillo, México. Otoño 2003

27 EL MODELO (MODEL MAKER) QUÉ PORCENTAJE DE AGUA SE PUEDE EXTRAER DEL RÍO SIN AFECTAR SIGNIFICATIVAMENTE AL ECOSISTEMA? PREDICCIÓN A 8 AÑOS