Crecimiento urbano, precipitación y escorrentía ante el cambio climático: una exploración a través de modelos de automata celular en la Gran Área Metropolitana, Costa Rica

• Eduardo Pérez-Molina ^[1]
  1. [1] Universidad de Costa Rica

     Universidad de Costa Rica

     Hospital, Costa Rica

     
• Localización: Ingeniería: Revista de la Universidad de Costa Rica, ISSN-e 2215-2652, ISSN 1409-2441, Vol. 34, Nº. Extra 3, 2024 (Ejemplar dedicado a: V Jornadas de Investigación de la Facultad de Ingeniería del año 2022), págs. 97-107
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Urban growth, precipitation, and runoff in the face of climate change: An exploration of the San José Metropolitan region, Costa Rica, through cellular automata models
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  • español

    Este trabajo es un primer esfuerzo por evaluar impactos futuros de crecimiento urbano y tendencias de precipitación sobre volúmenes de escorrentía en la GAM. Se calibró un modelo de crecimiento urbano basado en automata celulares simulando la cobertura urbana anual para 1997-2021 y comparándola con mapas de cobertura del suelo de 1997, 2005, 2012 y 2021. Posteriormente, se simuló anualmente el crecimiento urbano y la escorrentía derivada de la cobertura del suelo resultando para el periodo 2021-2045; la escorrentía fue calculada mediante el método del SCS de EEUU. La precipitación diaria máxima anual fue seleccionada del experimento EC78 Earth3, escenario SSP5-8.5 de la serie CMIP 6. Aplicando este método, se logró reproducir el efecto agregado del crecimiento urbano (reflejado en índices morfológicos regionales), aunque para ciertas zonas de la región el mapa de cobertura urbana simulado era más compacto que los mapas de cobetura del suelo. Se encontró también que la variabilidad climática natural es el principal determinante de la escorrentía, más que tendencias de precipitación o crecimiento urbano. Sin embargo, la acumulación de cobertura urbana causó un aumento de escorrentía de entre 11% y 13% a partir de 2037, relativo a lo que ocurriría en ausencia de expansión urbana

  • English

    This paper is an initial effort to evaluate the impact of future urban growth and precipitation trends on runoff volumes in the GAM. A cellular automata model of urban growth was calibrated by simulating yearly the urban footpring for 1997-2021 and comparing it to land cover maps of 1997, 2005, 2012, and 2021.Based on this model, the urban footprint was simulated yearly for 2021-2045; furthermore, these simulations were used as inputs to estimate runoff for each year using the SCS of the US. Daily maximum precipitation was selected from experiment EC78 Earth3 and SSP-8.5 from the CMIP 6 series. Based on this method, the aggregate effect of urban growth (evaluated through morphological indices) was accurately reproduced, though certain zones of the predicted urban pattern were more compact than land cover maps. While natural climate variability resulted as the main determinant of runoff, more so than urban growth or precipitation trends (associated to climate change), an increase of 11% to 13% (relative to a secnario with no urban growth after 2021) was detected from 2037 onwards due to the accumulation of impervious urban area.