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Western Geographic Science Center



 

Servicios de los Ecosistemas Análisis del Cambio Climático y el crecimiento urbano en el Alto de Santa Cruz de cuencas hidrográficas, la cuenca de Santa Cruz de Ecosistemas cartera modelo (SCWEPM)




SCWEPM Diagram

INTRODUCCIÓN

La administración y propiedad de la Cuenca del Santa Cruz (SCW) está dividida en cuatro naciones gobernantes: la Nación Tohono O'odham, la tribu Pascua Yaqui, México y los Estados Unidos (fig. 1). El manejo del uso de la tierra tiene un impacto en los procesos naturales y define la disposición de la tierra. El modelo de portafolio de los Ecosistemas (EPM), es una herramienta de apoyo a la decisión, y está siendo desarrollado para imitar los servicios de los ecosistemas y los escenarios alternativos sobre la base de predicciones de desarrollo urbano y cambio climático. El EPM es una herramienta de evaluación basada en un mapa multi-criterio que las partes interesadas pueden utilizar para compensaciones entre la valoración de las cuencas hidrográficas y los atributos de los ecosistemas a escalas múltiples para uso dentro de un proceso de decisión participativa.

Tenemos la intención de aplicar dicho mecanismo en el SCW para apoyar la equidad del medio ambiente mediante el fomento de la participación entre los residentes. La intención de esta investigación es evaluar los problemas de servicio de los ecosistemas de la cuenca internacional, pero sin perder el foco en las necesidades de los interesados. El SCWEPM utilizará un marco de trabajo de evaluación de escenarios multi-criterio basado en Sistemas de información geográfica (SIG), análisis y modelos espaciales explícitos que caractericen puntos ecológicos, económicos y sociales importantes además de consecuencias que se pueden producir por patrones climáticos, el presupuesto regional de agua, el cambio del uso y cobertura del suelo regional (LULC) en el SCW. Nuestra investigación comenzó en el otoño de 2009 (FY10) y está programada para realizarse en fases durante los próximos 4 años.

Location map of the Upper Santa Cruz Watershed



ENFOQUE

Para realizar este proyecto nos estamos enfocando en dos caminos diferentes. En primer lugar, estamos recolectando, generando y analizando datos para que el SCW sea una herramienta en línea. Así, el clima, los pronósticos hidrológicos y el crecimiento urbano van a ser desarrollados y se podrán acceder a través de esta herramienta. Los servicios de los ecosistemas asociados con aguas superficiales y subterráneas (flujos y calidad del agua), la vegetación y el hábitat serán mapeados. Los servicios de los ecosistemas que están distribuidos espacialmente serán identificados y se mostraran en una interface de un Sistema de Información Geográfica en línea, para ayudar a las partes interesadas a prevenir y hacer frente a situaciones de tensión (fig. 2).



SCWEPM mockup

Fig. 2. Maqueta Completa del SCWEPM


A la par, nos estamos centrando en un análisis del SCWEPM de alta resolución en la cuenca alta, donde los manejadores locales de agua así como los planificadores de la ciudad a ambos lados de la frontera EE.UU.-México están interesados en llevar a cabo actividades para aumentar el agua y así evitar una catástrofe al enfrentar el cambio climático. Nuestra meta es proporcionar una información balanceada para mejorar la capacidad regional al llevar a cabo la planificación transnacional y tomar decisiones de salud ambiental. Las actividades para aumentar el agua, tales como la colección de agua de lluvia, la detención de aguas pluviales, y las transferencias entre cuencas (incluyendo e la cuenca Alisos al sur de Santa Cruz y también el Proyecto de Arizona Central) van a ser simuladas. Nuestro plazo de entrega es en Otoño del año 2010. Luego se va a perfeccionar y expandir en los años siguientes.



MÉTODOS

Los mapas de vegetación estacionales y mapas de uso y cobertura del suelo a través de la frontera con México serán generados utilizando imágenes satelitales, de dos temporadas de los años 1976, 1987, 1996, 2006 y, ya sea 2009 o 2010. Con estas imágenes se desarrollaran capas geoespaciales descriptivas. Estos conjuntos de datos serán completados en Junio del año 2010 y publicados un poco tiempo después. Estos conjuntos de datos se están desarrollando como un input para la herramienta de evaluación de suelos y aguas (SWAT por sus siglas en Ingles). El fin es entender el impacto de las prácticas de gestión de la tierra sobre el agua, los sedimentos y la concentración de químicos en la agricultura a través del tiempo. Los mapas de uso de la tierra se están desarrollando como input para el modelo de crecimiento urbano Sleuth. Sleuth es un modelo de transición de la cobertura del suelo que simula la transición usando una red de células y cuyo estado de uso de la tierra depende de factores locales y tendencias históricas.

El SCWEPM va a integrar los dos modelos para simular los impactos del cambio en el uso de la tierra en la descarga de los canales, la evapotranspiración, la percolación, la escorrentía superficial, la perdida en la transmisión, la producción de agua, la producción de sedimentos, y la precipitación. Esto permitirá a los manejadores transfronterizos identificar aéreas con problemas donde se pueden enfocar actividades de manejo. También se pueden determinar aéreas sensibles asociándose con los esfuerzos de planificación.

Además, los inputs de los modelos requieren datos climáticos. Los medidores de lluvia proveerán con las medidas de precipitación ya sean históricas o actuales, y los medidores de lluvia local van a proveer las medidas del caudal para fines de calibración. La predicción de información sobre el cambio climático para el SCW se ha derivado de Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático y las proyecciones serán utilizadas como input para simular los efectos de este cambio en el paisaje y generar escenarios de la sensibilidad al cambio climático en toda la cuenca.

Los cambios en el clima también pueden afectar las precipitaciones (y la escorrentía) y su relación con enfermedades transmitida por el agua en sitios específicos. Se ha documentado que las comunidades vulnerables podrían ser blanco de los impactos relacionados con el cambio climático dada la falta de infraestructura (o de infraestructura deficiente), así como sus sistemas de salud (acceso a la salud). Las encuestas públicas en los barrios y colonias en el SCW ya se han iniciado con el propósito de determinar la calidad de vida y los indicadores de salud ambiental. (Click here for PDF of photos and location map).   (Download Abobe Reader)

Los hábitats serán modelados para una serie de especies en el SCW. Nos proponemos utilizar los modelos de hábitat de los animales para identificar si los datos de composición del hábitat (vegetación, altitud, etc) pueden predecir espacialmente el hábitat con sus condiciones actuales y compararlo con escenarios ficticios. Usando los resultados acumulados, vamos a hacer inferencias al pasado y al futuro que podrían ayudar a la gestión asociada a la toma de decisiones más informadas sobre el uso de la tierra ya con conocimiento de cómo estos cambios afectan el hábitat futuro y la respuesta de las especies. (fig. 3).



Santa Cruz River Picture

Fig. 3. Río Santa Cruz a unos 9 kilómetros río abajo (Norte) de Aguas Residuales de Nogales de la Planta Internacional de Tratamiento (foto por Hans Huth).

The models being coupled and applied within the EPM are only being used to evaluate relative change. Reliable quantitative estimates would require more intensive calibration and higher-resolution data. It is also subject to the assumptions and limitations of its component models and its users.



LA INVESTIGACIÓN

El Submodelo de Valor Ecologico (EVM por sus siglas en Ingles) es el primero de tres componentes que deben incluirse en el SCWEPM. Nuestro próximo paso es cuantificar los servicios de los ecosistemas espacialmente de una manera explícita basada en variables ecológicas, explicando y demostrando como las afectan diferentes escenarios. También vamos a cuantificar y el mapear los valores socio culturales y económicos de los bienes y servicios proporcionados por los ecosistemas.

El Submodelo Hombre-Bienestar (HWB por sus siglas en Ingles) y el Submodelo Mercado Tierra-Precio (MLP por sus siglas en Ingles) también se están desarrollando. El submodelo HWB utiliza datos y modelos para evaluar y medir un conjunto de indicadores de bienestar humano que es de interés público así como de interés de los planificadores del uso de la tierra y las partes interesadas. Estamos usando información que describe la historia política y económica de las zonas fronterizas, documentado los riesgos de salud ambiental, así como entendiendo la industrialización para determinar la calidad de vida. Las encuestas públicas en los barrios y colonias en el SCW iniciadas este año fiscal, nos ayudaran a determinar la calidad de vida percibida, los indicadores de salud ambiental. Un índice de privación se aplica para evaluar los efectos de la industrialización y el desarrollo en la calidad de vida a escala de barrio, basado en datos del Censo de EE.UU. y México - AGEBS (aéreas geoestadísticas básicas). Vamos a desarrollar una capa flexible que puede demostrar cómo el cambio del uso de la tierra impacta a la gente y proveeremos una estimación de la complexión social. Los más vulnerables a los cambios pueden ser reconocidos y por lo tanto considerados en la toma de decisiones basadas en comunidades como soporte a la justicia ambiental.

La MLP evalúa el precio de la tierra en función de los patrones de LULC y otras variables de predicción. La MLP se basa en las funciones de fijación de precios hedónicos, que describen el precio de cada parcela de tierra en términos de sus características particulares (por ejemplo, el tamaño de las parcelas y la zonificación), así como las amenidades y las no amenidades relativas a la ubicación. Se han realizado estudios en el SCW para examinar la hedónica. Esperamos mapear estos datos dentro de una capa geoespacial representando valores asociados con una proximidad flexible así como imitar los impactos de los cambios del uso de la tierra

La interface en línea SCWEPM permitirá al usuario explorar mapas individuales de valores para cada criterio. También, después de balancear multi-criterios se puede usar como un mapa de valor agregado para comparar holísticamente patrones de uso de suelo potencial.



AGRADECIMIENTOS

Las agencias y socios que están contribuyendo con este programa de investigación incluyen los EE.UU. ES EPA programa de investigación en la Oficina de Investigación y Desarrollo (Matt Weber, Caroline Erickson, John Lin, Michael Jackson, y Don Ebert), el Instituto Sonorense (Amy McCoy, Joe Marlow, y Emily Brott); Arizona Departamento de Calidad Ambiental (Hans Huth y Craig Tinney), el Servicio de Parques Nacionales, Parque Nacional Histórico de Tumacacori (Jeremy Moss), El Distrito de San Xavier de la Nación Tohono O'odham (Austin Núñez y Scott Rogers ), Amigos de la SCR (Ben Lomelí y Sherry Sass), Universidad Estatal de Arizona (Francisco Lara-Valencia), The Nature Conservancy (Brooke Gebow y JB Miller), la Universidad de Arizona (Katie Hirschboeck, Felipe Caldeira, Jill de Zapién, Mary Kay O'Rourke, Cecilia Rosales, Laura López-Hoffman, Phil Guertin, Chris Scott, Matt Skroch, Jon Cline, Adrian Esparza, y Joanna Nadeau), y sus colegas del USGS (David Strong, Mark Feller, James Callegary, Cynthia Wallace, Miguel Villarreal, Ken Nussear, Rose McAndrew, Nicholas Paretti, Charles Van Riper, Floyd Gray, Diana Papoulias, y Jean Parcher).



Puntos de Contacto:: Laura M. Norman (520-670-5510), Bill Labiosa(206-220-4563), and Nita Tallent-Halsell (702-798-2567).


PUBLICACIONES:

Norman , Laura, Tallent-Halsell, Nita, Labiosa, William, Weber, Matt, McCoy , Amy, Hirschboeck , Katie, Callegary, James, van Riper III, Charles, and Gray, Floyd, 2010, Developing an Ecosystem Services Online Decision Support Tool to Assess the Impacts of Climate Change and Urban Growth in the Santa Cruz Watershed; Where We Live, Work, and Play: Advanced Forum for Sustainability Development. http://www.mdpi.com/2071-1050/2/7/2044/

Norman, Laura M., Callegary, James, van Riper, Charles, III, and Gray, Floyd, 2010, The Border Environmental Health Initiative; investigating the transboundary Santa Cruz watershed: U.S. Geological Survey Fact Sheet 2010-3097, 2 p. [http://pubs.usgs.gov/fs/2010/3097/].

Wallace, Cynthia S.A., Villarreal, Miguel, and Norman, Laura M., 2010 In Review, Developing a high-resolution binational map of the Santa Cruz River riparian habitat and watershed vegetation: U.S. Geological Survey Open-File Report

Villarreal, M.L., L. M. Norman, C. S. A. Wallace, and C. van Riper, 2011 in Review, A Multi-temporal (1979-2009) Land Use/Land Cover Data Set of the Bi-National Upper Santa Cruz Watershed. U.S. Geological Survey Open-File Report.



PRESENTACIONES (Resumen):

Tallent-Halsell, Nita, Norman, Laura M., Labiosa, William, Hall, Robert K., Erickson, Caroline, 2010, Holistically evaluating the impact of water and land use management in the Santa Cruz watershed, Celebrating the Sonoran Desert a tri-national symposium, March 16 - 18, 2010, Ajo, Ariz.

Callegary, James, Gray, Floyd, Paretti, Nicholas, Norman, Laura, Withers, Kyle, Vandervoet, Prescott, McAndrew, Rose, Scott, Christopher, Van Riper, Charles, Megdal, Sharon, and Prichard, Andrea, 2010, Physical and Biological Science to Study Interactions among Water, Environmental, and Human Health in the Transboundary Upper Santa Cruz Basin, In Proceedings of Santa Cruz River Researcher’s Day, March 29, 2010, Tucson, Ariz. (http://www.southwestlearning.org/getinvolved/outreach/workshops/scr)

Paretti, Nicholas, Callegary, James, Gray, Floyd, Beisner, Kimberly, Norman, Laura, and Van Riper, Charles, 2010, Occurrence, Fate, and Bioaccumulation of Organic and Inorganic Contaminants from Multiple Sources in the Upper Santa Cruz Watershed, [abs.], Arizona Hydrological Society, Sept 1-4, Tucson, Ariz.

Nie, Wenming, Yuan, Yongping, Norman, Laura M., Tallent-Halsell, Nita and Callegary, James, 2010, Assessing climate change impacts on surface water availability in the Upper Santa Cruz Watershed, [abs.], Arizona Hydrological Society, Sept 1-4, Tucson, Ariz.

Tallent-Halsell, Nita, Norman, Laura M., Holler, Eric, Weber, Matt, and Francis-Begay, Juanita, 2010, Ecosystem Services of Riparia: a Case Study of Ground-Water Recharge of Arroyos on Tribal Lands, [abs.], Arizona Hydrological Society, Sept 1-4, Tucson, Ariz.

Norman, Laura M., Tallent-Halsell, Nita, Labiosa, William, Villarreal, Miguel, Callegary, James, Weber, Matt, McCoy, Amy, Guertin, D. Phillip, Hirshboeck, Katie, Cynthia Wallace, Cynthia, Scott, Chris, and Lopez-Hoffman, Laura, 2010, Ecosystem services, binational water management, and decision support in the Santa Cruz Watershed Ecosystem Portfolio Model (SCWEPM), Global Land Project (GLP) 2010 Open Science Meeting (GLP OSM), October 17-19, 2010, Arizona State University, Tempe, AZ.

Norman, Laura M., Labiosa, W., Francis-Begay, Juanita, and Gil Anaya, Claudia, 2010, Ecosystem Services: the SCWEPM Bridge across Transboundary and Environmental Justice Divides [abs.]: ACES, A Conference on Ecosystem Services, Dec., 2010, Phoenix, AZ. Hall, Robert K., Francis-Begay, Juanita, Tallent-Halsell, Nita, Norman, Laura M., Holler, F. Eric, Lin, John, Weber, Matt and Hawkins, R.H., 2010, A pilot project to study ecosystem services on tribal land [abs.]: ACES, A Conference on Ecosystem Services, Dec., 2010, Phoenix, AZ

Nie, Wenming, Yuan, Yongping, Tallent-Halsell, Nita, Norman, Laura M., Jackson, Michael, and Erickson, Caroline, 2010, Assessing Surface Water Availability in the Upper Santa Cruz Watershed, 65th International Soil and Water Conservation Society (SWCS) Annual Conference, July 18-21, 2010, St. Louis, Missouri. (POSTER)

Norman , Laura, Tallent-Halsell, Nita, Labiosa, William, Hirschboeck , Katie, Weber, Matt, van Riper III, Charles, Marlow, Joe, McCoy , Amy, Lara-Valencia, Francisco, Gray, Floyd, Huth Hans, and Callegary, James, 2009, Impacts of Climate Change and Urban Growth on Ecosystem Services in the Upper Santa Cruz Watershed; Where We Live, Work, and Play [abs.]: Advanced Forum for Sustainability Development (ISSN 2071-1050, http://www.mdpi.com/journal/sustainability )

Norman , Laura, Tallent-Halsell, Nita, Labiosa, William, Hirschboeck, Katie, Weber, Matt, McCoy, Amy, Callegary, James, Gray, Floyd, Huth Hans, van Riper III, Charles, Lara-Valencia, Francisco, and Marlow, Joe, 2009, Ecosystem Services Analysis of Climate Change and Urban Growth; The Santa Cruz Watershed Ecosystem Portfolio Model (SCWEPM) [abs.]: 2009 Phenology Research and Observations of Southwest Ecosystems (PROSE) Symposium, October 2nd, 2009, Tucson, AZ.



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