Patrones emergentes de autoorganización espacio-temporal en un modelo hidrológico

Se reproduce un modelo matemático de tipo autómata celular, que simplifica los procesos hidrológicos y considera las interacciones suelo-atmósfera, para analizar el balance hidrológico sobre una región hipotética, así como las series temporales resultantes de humedad del suelo, evapotranspiración, precipitación promedio y escorrentía, y la estructura espacial de la humedad del suelo y de la precipitación. La presencia de interacciones suelo-atmósfera produce invarianza con la escala espacial y temporal en la precipitación, similares a las observadas en datos reales. La humedad del suelo presenta invarianza con la escala independientemente de la intensidad de la interacción suelo-atmósfera. En simulaciones de largo plazo que involucran ciclos anuales e interanuales que representan la dinámica real de la precipitación se observa que las series generadas con el modelo exhiben comportamientos estadísticos semejantes a los datos observados.

A cellular automaton based hydrologic model is reproduced involving soil-atmosphere interactions, with the purpose to studying the hydrological balance over a hypothetical region. The resulting time series of relative soil moisture, evapotranspiration, average rainfall and runoff, as well as the spatial fields of soil moisture and rainfall are quantified in terms of the emergence of temporal and spatial persistence. Our results indicate that strong soil-atmosphere interactions produce scale-invariant rainfall fields, both in space and in time, as is the case for observed rainfall records. Soil moisture time series shows scale invariance regardless of the strength of the land surface-atmosphere interactions. Long-term simulations involving the presence of annual and interannual cycles controlling the dynamics of rainfall, produces series of average precipitation which exhibit similar emergent properties as those observed in nature.