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Se propone mejorar las estimaciones de evapotranspiración a partir de la modelación que tiene en cuenta métodos de balance de agua y disponer de herramientas de cálculo eficientes y confiables que permitan una mejor determinación de disponibilidades y pérdidas de agua con fines hidrológicos y agronómicos. Para ello se plantea introducir el uso de métodos modernos de estimación de evapotranspiración, investigar la influencia que tienen sobre estos métodos la disposición y consistencia de datos de entrada y validar con datos de campo las estimaciones que se obtienen de los modelos. Para lograr los objetivos, se utilizaron el Modelo de Jaworski y el Modelo Balver, aplicados a parcelas experimentales situadas dentro del predio de la Estación Experimental Agropecuaria INTA Marcos Juárez en la provincia de Córdoba. A partir de las investigaciones realizadas se concluye la necesidad de incorporar un módulo de escurrimiento en el Modelo de Jaworski para subsanar la sobreestimación de la evapotranspiración y de humedad del suelo. Por su parte el Modelo Balver si bien requiere mayor información del sistema suelo-vegetación, analiza más detalladamente el recorrido del agua dentro del suelo y realiza un balance más elaborado De acuerdo a los resultados obtenidos, los Modelos de Jaworski y Balver se consideran aptos para su utilización, y de acuerdo a la información disponible se seleccionará el más conveniente de utilizar, decisión que también depende de los objetivos planteados y del grado de detalle que se requiera.

Los Modelos Lineales Generalizados Mixtos (MLGM) son una extensión del modelo lineal generalizado (MLG) adicionando los efectos aleatorios. En particular en estudios longitudinales un camino de modelación es considerar al individuo como efecto aleatorio. En este trabajo se analiza la aplicabilidad de dichos modelos para el caso de una variable de respuesta ordinal cuando los datos son de naturaleza longitudinal. Para ilustrar las técnicas abordadas en esta investigación se modela la variable ordinal clase diamétrica de distintos grupos funcionales de plantas expuestos a diferentes intensidades de perturbación a lo largo del tiempo, en dos bosques tropicales Mesoamericanos de Costa Rica: Tirimbina y Corinto. En una primera instancia, se aplican técnicas de análisis multivariado para la caracterización de la variable de respuesta ordinal, tanto para definir una recategorización de la misma como para realizar un análisis descriptivo de los efectos que intervienen en el diseño del problema. Se probaron cuatro modelos Log - Acumulados considerando el cumplimiento o no del supuesto de proporcionalidad e incorporando el efecto aleatorio del individuo. Del análisis de estos modelos se destacan ventajas y desventajas de cada uno. Para el caso concreto de estudio se propone un Modelo Log – Acumulado Mixto no proporcional que tiene en cuenta la ordinalidad de la variable, el carácter longitudinal de los datos y presenta la flexibilidad suficiente como para permitir la modelación sujeto específico.

Droughts are extreme events that produce greater economic losses when they occur in a region. Mainly because there are no warning systems that certainly anticipate the beginning of these events, and when they finally happen they are in an advanced state. Faced with this situation, this work focuses on generating a tool that can detect the occurrence of extreme events in advance and monitor their situation. In this way, provide quality information to those responsible for making decisions to reduce the impacts of these phenomena on society. The fulfilllment of the objectives includes a first part that involves the construction of monitoring indices through a non-parametric methodology, based on an empirical probability function to adjust the variable behavior; this methodology is applied to precipitation as well as to the rest of the evaluated variables. These hydroclimatic fields were generated through the implementation of a Land Surface Model in the La Plata Basin, and with this simulated fields a climatology of dry events was developed during the 1980-2010 period. Finally, a system for monitoring and predicting extreme dry events was determined in this region of South America. The forecast were made by forcing the Land Surface Model with 9-months predicted variables. The ability of the proposed methodology was evaluated by comparing predicted situations with near-real time simulated conditions on a particular date.

La modelación del flujo en medios geológicos naturalmente fracturados depende principalmente de la composición estructural de la relación matriz-fractura y de la forma en que se aproxime el intercambio de fluido entre ambas fases. Las dos características mencionadas (composición estructural de la doble porosidad y la función de transferencia de flujo) incorporan el mayor grado de incertidumbre en la modelación de los estados transitorios generados por bombeo. Para poder mejorar la interpretación del ensayo de bombeo y con el objetivo último de obtener parámetros característicos confiables del acuífero (tales como la conductividad y el coeficiente de almacenamiento para ambas fases), la metodología propuesta en esta tesis aprovecha las herramientas que brinda la geoestadística para simular realizaciones de campos de fisuras cuyo ensamble permite a su vez estimar los parámetros de forma de la función de transferencia matriz-fisura (FTMF). En efecto, los métodos clásicos disponibles para interpretar resultados de ensayos de bombeo en acuíferos heterogéneos, en especial aquellos que se presentan naturalmente fracturados y con una compleja relación entre las dos componentes porosas, no contienen una vinculación directa entre la estructura interna de un acuífero con doble porosidad y los parámetros hidrogeológicos que definen el flujo a través de ella. Esto sólo se ha logrado con geometrías muy simples de la estructura matriz-fisura o con realizaciones estocásticas de la red de fisuras que luego requieren un gran esfuerzo computacional al simularlos con modelos hidrodinámicos. Lo que se presenta en este trabajo de tesis es una metodología sencilla y práctica para lograr mejorar la estimación de los parámetros de un ensayo de bombeo en este tipo de acuíferos confinados naturalmente fracturados, incorporando por primera vez la estructura y la proporción de las familias de fisuras en las ecuaciones de pozo a través de la estimación directa del factor de forma de la función de transferencia, incidiendo principalmente en las etapas tempranas del régimen transitorio del bombeo. Para verificar su funcionamiento, la metodología desarrollada fue puesta a prueba en algunos casos sintéticos orientados a la interpretación de ensayos de bombeo en régimen variable. Además, se aplicó dicha metodología a la interpretación de las características hidrodinámicas de un acuífero cretácico confinado del Distrito uranífero Cerro Solo, en la provincia de Chubut, Argentina. A partir de las aplicaciones mencionadas, se discuten los resultados obtenidos por comparación con los ejemplos tomados de la literatura presentando el contraste con soluciones analíticas desarrolladas para casos particulares de acuíferos con doble porosidad y con la re-interpretación de la evolución temporal de las depresiones observadas en el acuífero ensayado. En las conclusiones se destaca la importancia de la consideración de la doble porosidad en las ecuaciones de flujo, alentando a su aplicación concreta en la práctica de interpretación de los ensayos de bombeo con la metodología presentada en esta tesis y a proseguir su evolución en etapas de desarrollo vinculadas al transporte de solutos en este tipo de acuíferos complejos.

Este trabajo tuvo como objetivo analizar el comportamiento del contenido de Oxígeno Disuelto (OD) y de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) en el Brazo Aña Cuá (BAC), mediante la utilización del modelo matemático HEC-RAS. Se realizó la recopilación y análisis de relevamientos topobatimétricos del cauce del BAC, de mediciones de calidad de agua en el río Paraná y de registros de las variables climáticas de esa zona. Los procesos de transporte por advección y dispersión, y la modelación del oxígeno disuelto fueron caracterizados mediante coeficientes que describen la forma y/o velocidad en que esos procesos ocurren, DL (Dispersión Longitudinal), K1 (Desoxigenación por DBO Carbonácea) y K2 (Reaireación). Se han recopilado y analizado las fórmulas para el cálculo de estos coeficientes y las mediciones de campo de un importante número de autores. A partir de dichos análisis se adoptaron valores mínimos, medios y máximos de cada coeficiente. Se han simulado 27 escenarios con todas las combinaciones posibles de los coeficientes mencionados para caudales de 100, 300 y 500m3/s. Los resultados de las simulaciones indican que el contenido de OD a lo largo del BAC se ubicó en valores cercanos o superiores a la saturación y que el Caudal y el Coeficiente de Dispersión Longitudinal, DL no presentan una vinculación directa con el contenido de OD. Además el contenido de OD se encuentra fuertemente vinculado al Coeficiente de Reaireación, K2, y el Coeficiente de Desoxigenación, K1, es muy buen descriptor del abatimiento de la DBOC.

Los Campos de Hielo Patagónico, las masas de hielo extrapolar mas grandes en el hemisferio sur, se encuentran afectadas por una compleja estructura tectónico-reológica, un intenso ajuste glacio-isostático y un rápido retroceso glaciar. El trabajo de investigación desarrollado tiene, como objetivo general, el avance del conocimiento de los procesos geodinámicos en la región de la Patagonia austral en base al modelado de efectos de la respuesta elástica a cambios de masa superficial: deformación elástica de la corteza, cambios en el campo gravitatorio, deformación y desplazamiento de las superficies equipotenciales, inclinaciones de las superficie terrestre y equipotenciales. Este proyecto incluye el desarrollo de herramientas de cálculo; la compilación de modelos regionales de carga; la integración, interpretación y síntesis de los resultados del modelado. Estos modelados comprenden la respuesta elástica a los cambios actuales de la masa de hielo en el sur de la Patagonia; los efectos de la carga elástica derivados de distintos escenarios de carga hidrológica, incluyendo las rupturas del endicamiento de los brazos Rico y Sur del lago Argentino producto del avance del glacial Perito Moreno y las previstas represas del Río Santa Cruz. Así mismo, se presentan también resultados para la carga oceánica, su uso para la validación de los cálculos y carga atmosférica. Los efectos modelados se integran en modelos regionales, que posibilitan la comparación con observaciones geodésicas y geofísicas. De esta manera se obtiene nueva información sobre las propiedades reológicas de la corteza y se aporta al conocimiento de los procesos geodinámicos efectivos en la región. Estos resultados se evalúan con respecto a los observables geodésicos y su potencial para validar o acotar modelos de tierra elástica. Se discute las consecuencias para la determinación de las tasas de deformación precisas, el alcance para nuestra comprensión del intenso levantamiento observado en el Campo de Hielo Patagónico Sur, y los requisitos y perspectivas de una observación geodésica de los efectos de carga elásticos para el conocimiento de partes de la estructura terrestre. Por lo que los resultados contribuyen a la explicación causal de efectos observados por distintos métodos y permiten recomendaciones concretas para futuros estudios de determinados efectos de carga u otros efectos geodinámicos.

Los modelos matemáticos sirven para realizar predicciones ante distintos escenarios, pero también son una herramienta muy útil para ordenar la información y para sistematizar supuestos en el estudio de sistemas complejos. En los últimos años, los modelos de distribución de especies (SDM) han desempeñado un papel cada vez más importante en el estudio de los patrones de distribución de los organismos. El modelado espacial predictivo basado en el análisis de parámetros ambientales y la presencia de especies se usa ampliamente en estudios ambientales, ecológicos y de conservación, entre otros. Generalmente se asume que la distribución actual es un buen indicador de los requerimientos ecológicos. Sin embargo, los algoritmos conocidos de extrapolación generalmente no reciben información sobre variables bióticas. No existen hasta ahora modelos matemáticos que incorporen todos los efectos necesarios para analizar el ecosistema, tales como la depredación, las competencias intra e interespecíficas y los costos de exploración, combinando factores abióticos y bióticos. En esta tesis doctoral generamos modelos de distribución potencial para cada especie de roedor sigmodontino que habita la región de los bosques andino-patagónicos y áreas adyacentes, identificando las principales variables climáticas que influyen en dichas distribuciones. Nuestro primer objetivo fue comparar las variables climáticas y los patrones de distribución generados para cada especie, así como explorar los efectos del entorno físico en la composición de los ensambles de especies. En segundo lugar, para modelar el efecto de factores bióticos, como la competencia interespecífica y la depredación, sobre la abundancia y composición de especies, se desarrollaron modelos espacialmente explícitos que permitan determinar en una escala local el efecto que presentan en la distribución de las especies de roedores sigmodontinos. Recopilamos un total de 1215 registros de presencia de especies de 580 sitios. Se utilizó el modelo MaxEnt para generar las distribuciones potenciales de las 14 especies de roedores estudiadas, con 20 variables obtenidas de la base de datos WorldClim, incluidas la elevación y 19 variables bioclimáticas. Para entender la influencia de los factores abióticos como el clima y la topografía, comparamos la potencia predictiva de los indicadores abióticos con indicadores de vegetación como el NDVI y el EVI. Para estudiar la influencia de las interacciones bióticas en la distribución de las especies, el segundo objetivo de la tesis, se realizaron simulaciones numéricas espacialmente explícitas de la dinámica de ocupación de parches de cada especie de roedor. Se desarrolló una implementación estocástica y metapoblacional, en la cual el espacio se divide en celdas que pueden ser colonizadas por las especies. En el modelo, cada especie tiene una probabilidad de colonizar un parche vecino y una probabilidad de ser capturada por un depredador y así desaparecer del parche en el que se encuentra. Para establecer los valores de estos parámetros para cada especie, el modelo de simulaciones tiene en cuenta dos valores en cada parche (celda): la “idoneidad” (es la preferencia de hábitat de cada especie, obtenida cuantitativamente a partir de los mapas de distribución potencial de MaxEnt de cada especie) y el “NDVI” (usado como indicador de la cobertura vegetal en cada sitio, utilizada para medir la probabilidad a la depredación aérea). Además de estas probabilidades, el modelo asume que existen interacciones competitivas que regulan la estructura de los ensambles de especies. Para ello, hemos modelado la llamada “regla de Fox” para evaluar los efectos de las interacciones competitivas entre las especies de roedores agrupadas en gremios tróficos. Hemos parametrizado una tasa de extinción local natural. Para medir el peso o importancia de cada variable se simularon diferentes escenarios. Los modelos de distribución potencial corroboran una clara correspondencia entre los grandes paisajes patagónicos y los ensambles de especies, que discriminan la zona andina, el ecotono y la estepa, respondiendo a un gradiente de temperatura y humedad. Los ensambles están compuestos por especies filogenéticamente no relacionadas, pertenecientes a las distintas tribus que arribaron a la Patagonia durante los últimos milenios. La superposición de todos los modelos muestra al este del lago Nahuel Huapi y hacia el sur hasta los -43°, como la zona de mayor riqueza de especies de toda la Patagonia (hasta 11 especies). Todas las especies muestran una alta correspondencia con las variables ambientales (temperatura y precipitación) que definen patrones a escala del paisaje. Los modelos predictivos demuestran que a escala regional, los ensambles de especies responden al clima, siendo los indicadores de vegetación muy poco explicativos del rango geográfico; estos indicadores, en cambio, adquieren relevancia a escala local, influyendo en la disposición espacial de los individuos en diferentes parches. Los resultados obtenidos para analizar el efecto de factores bióticos en la distribución de especies de roedores permiten ampliar la descripción de los ecosistemas estudiados y muestran una gran capacidad de predicción. A escala local, el factor que más influye en la composición específica de los ensambles de roedores es la competencia interespecífica. El factor que más influye en la disposición espacial de los individuos en los diferentes parches es una combinación de la competencia interespecífica y la presión de depredación. Finalmente, se sintetizan los resultados obtenidos y los aportes a un contexto teórico más abarcativo. Se concluye que la importancia de los factores abióticos o bióticos en la estructuración de comunidades cambia de acuerdo a la escala geográfica del análisis, predominando los abióticos como determinantes de los patrones de gran escala y los bióticos como estructurantes a escala local. El enfoque de la estructura jerárquica de la naturaleza ofrece un crisol conceptual en donde pueden integrarse en una síntesis teórica hipótesis que han sido motivo de controversias académicas durante décadas.

La contaminación de ambientes confinados representa un problema de magnitud para la salud. Una forma de controlarla es empleando la fotocatálisis heterogénea como técnica de destrucción de contaminantes. En esta tesis doctoral se realizó el diseño, montaje y modelado de un reactor fotocatalítico para la degradación de contaminantes del aire, empleando formaldehido como contaminante modelo. El reactor se construyó en acrílico y se emplearon lámparas de luz negra como fuente de radiación. En una primera etapa se estudió la cinética del proceso de degradación en un reactor de placa plana, en el que se empleó dióxido de titanio como catalizador inmovilizado sobre acero inoxidable. Se obtuvo una expresión analítica para la velocidad de reacción y mediante una serie de ensayos experimentales se obtuvieron los parámetros cinéticos. Luego, los datos obtenidos en el reactor de geometría sencilla fueron utilizados para el modelado de un reactor de pared corrugada. El aire conteniendo el formaldehído circula en forma sucesiva por canales triangulares que conforman la placa plegada con las ventanas del reactor. El modelado completo de este reactor incluyó el cálculo del campo de radiación y la resolución del intercambio radiativo entre paredes. Esto fue incorporado a un paquete comercial de fluidodinámica computacional en donde se obtuvo la solución numérica de los campos de velocidades y concentraciones. Se comprobó la factibilidad de la eliminación eficiente de formaldehído gaseoso; el modelo riguroso del reactor mostró ser ajustado y permite la simulación y optimización de reactores fotocatalíticos aplicados a la eliminación de contaminantes del aire.

La superficie del geoide sobre las Sierras de Tandil, fue analizada y utilizada como indicador de las características corticales de esa estructura geológica. El conocimiento preciso del geoide es uno de los requerimientos básicos de esta metodología. Por ese motivo fue necesario obtener un modelo local de alta precisión a partir de la aplicación del método de las Fuentes Equivalentes. Esta metodología demostró ser apta para la integración de las ondulaciones del geoide en puntos altimétricos GPS y la gravedad en puntos intermedios. El nuevo modelo de geoide para Tandilia (ESS1175) obtenido en este trabajo, representó una sensible mejora con respecto al modelo basado únicamente en las ondulaciones GPS (FCAG98). La Red Geodésica de la Provincia de Buenos Aires (GEOBA98) y su densificación, con puntos altimétricos GPS sobre todo el territorio provincial, representó la información de referencia que permitió generar el nuevo modelo y evaluar su precisión externa. La comparación del geoide observado con un modelo isostáticamente compensado fue posible gracias a dos nuevas y refinadas herramientas: el modelo de elevaciones SRTM90 y el modelo geopotencial EIGEN-CG01C (Reigber et al., 2004). Ambos son mejoras de versiones anteriores. En particular el modelo geopotencial EIGEN-CG01C asegura precisión centimétrica en longitudes de onda mayores a 400 km. De esta manera fue posible filtrar el geoide observado y aislar las señales vinculadas a la estructura estudiada. Este geoide residual fue comparado con el obtenido a partir de un modelo isostáticamente balanceado. El análisis incluyó las Cuencas de Claromecó (Introcaso y Ruiz, 2005) y del Salado (Introcaso et al., 2002), que tienen un efecto neto sobre la ondulación residual de Tandilia. A partir de un conjunto de consideraciones geológicas, geofísicas y geodésicas la corteza normal se caracterizó a través de un espesor de 42 km y densidad 2.84 gr/cm³, sobre un manto de densidad 3.24 gr/cm³. Los desvíos sistemáticos del modelo isostáticamente balanceado fueron atribuidos a la presencia de anomalías de densidad en torno de las Sierras. La estructura anómala propuesta se desarrolla a la manera de una cuña tectónica oceánico-mantélica, paralela al cordón principal de las Sierras en dirección NW-SE y al Este de las mismas. El ancho oscila entre 20 km y 50 km, con una profundidad de 15 km y densidad 2.96 gr/cm³. Esta estructura podría guardar relación con la sutura entre los terrenos de Buenos Aires y Tandilia (1770 Ma) en el marco del modelo colisional de Ramos (1999). Los resultados gravimétricos no permiten confirmar esta asociación aunque no la descartan.

Se realiza un estudio de variabilidad climática de la circulación atmosférica en capas bajas sobre la región del Río de La Plata durante el período 1960-1990, junto con una proyección sobre la misma de los escenarios de cambio climático para la región, empleando modelos numéricos y observaciones. Se utiliza un modelo de capa límite en mesoescala (MCL) especialmente apto para la región, como así también los escenarios A2 y B2 período 2070-2100 desarrollados por CPTEC con el modelo regional PRECIS. En primer lugar se adapta el modelo MCL disponible para que pueda funcionar forzado por las salidas de otros modelos regionales y para ello se lo anida al modelo Eta de CPTEC. La validación para el período noviembre 2003 a abril 2004 da resultados muy satisfactorios ya que el error en el pronóstico diario del viento en superficie en la región resulta muy inferior al del modelo Eta. Se analizan los cambios observados en el viento en superficie en la región durante el período 1960-1990, como así también las variables que emplea el modelo MCL para definir sus forzantes, es decir la temperatura en superficie y el viento del radiosondeo de Ezeiza. En todos los casos se encuentran tendencias y cambios significativos que incluyen una disminución significativa de la amplitud diaria del contraste térmico tierra-río en superficie, un aumento de las frecuencias de viento con componente E en superficie y en los niveles bajos del sondeo de Ezeiza, acompañados estos últimos por una disminución de su velocidad promedio. Se calcula la climatología del viento en superficie con el modelo MCL forzado con las observaciones y se obtienen errores razonablemente bajos tanto para el promedio 1960- 1990, como para dos subperíodos 1967-1976 y 1982-1991. Se calculan los cambios en las condiciones medias entre estos dos subperíodos y se los compara con los cambios observados en la distribución de frecuencias de dirección y velocidad del viento en cinco estaciones meteorológicas de la región. Si bien se obtiene un acuerdo parcial con los resultados del modelo MCL, la regionalidad de estos últimos muestra claras diferencias entre los cambios sobre tierra y sobre el río. Se analiza la climatología 1960-1990 del modelo PRECIS y se halla que aquellas variables que utiliza el modelo MCL para definir sus condiciones de borde reproducen bien las observaciones. Luego se calculan los cambios entre los subperíodos 1967-1976 y 1982-1991 con el modelo MCL forzado por el modelo PRECIS. Los resultados muestran una regionalidad de los cambios más errática que cuando el modelo está forzado con las observaciones, aunque se reproducen mejor los cambios observados en los puntos del modelo cercanos a las estaciones. Tanto la climatología regional del modelo MCL, como los cambios calculados por el mismo cuando está forzado por el modelo PRECIS, resultan razonablemente acertados. Estos resultados permiten establecer que el modelo MCL forzado por el modelo PRECIS constituye una herramienta válida para estudiar la proyección de los escenarios de cambio climático 2070-2100 en la circulación atmosférica en capas bajas sobre la región del Río de La Plata. Los cambios en la temperatura de superficie que proyecta PRECIS para la región, con respecto al período de referencia 1960-1990, son mayores en el escenario A2 que en el B2. El escenario A2 proyecta temperaturas más altas que el B2 en todo el dominio, aunque una menor diferencia de temperatura entre tierra y río, que constituye el forzante térmico del modelo MCL. Además, ambos escenarios prevén una disminución de la amplitud diaria del forzante térmico, que resulta más marcada en el escenario A2. En cuanto a la distribución de frecuencias de dirección del viento en 850 hPa, el escenario B2 muestra cambios pequeños con una leve disminución de la frecuencia del O y NO. Los cambios en el escenario A2 son mayores que en el B2 ya que el modelo PRECIS prevé un importante aumento de las frecuencias del NE, E y SE junto con una disminución de las frecuencias del SO, O y NO. En cuanto a la velocidad del viento en 850 hPa, los cambios en ambos escenarios son muy pequeños. Se utiliza el modelo MCL forzado por los escenarios A2 y B2 del modelo PRECIS para el período 2070-2100 y se calculan los cambios, con relación al período 1960-1990, en la distribución de frecuencias de dirección del viento en superficie y velocidad media por sector. En ambos escenarios se obtiene una disminución tanto de las frecuencias como de las velocidades medias de los sectores con componente E, lo que resulta más marcado en el escenario A2. El aumento que prevé el modelo PRECIS en la frecuencia de los vientos del E en 850 hPa en la región deberían provocar un aumento de esas mismas frecuencias en el viento en superficie. Por otra parte, el modelo PRECIS prevé una disminución de la amplitud diaria del forzante térmico en superficie, lo cual debería provocar una disminución de las frecuencias del E en superficie, junto con una reducción de la velocidad media de esos sectores. Por lo tanto, los cambios que proyecta el modelo PRECIS en ambos forzantes del modelo MCL para el período 2070-2100 deberían producir, individualmente, efectos contrapuestos en el viento en superficie. Por otra parte, el modelo MCL muestra en superficie una disminución importante de las frecuencias de viento con componente E, acompañada por una disminución de su velocidad media. Se concluye entonces que el cambio que se proyecta en la amplitud térmica diaria del calentamiento diferencial en superficie prevalece por sobre el cambio en las frecuencias de dirección del viento en 850 hPa y la consecuencia de ello es una disminución de la intensidad del ciclo diario de la brisa en capas bajas sobre la región del Río de La Plata.