Prefacio 17
Introducción 21
1 Contexto global 27
1.1 Sistema climático global 27
1.2 Ciclo hidrológico global 30
1.2.1 Promedio global de largo plazo 30
1.2.2 Precipitación 31
1.2.3 Evapotranspiración 31
1.2.4 Almacenamiento y transporte de agua en la atmósfera 33
1.2.5 Aguas subterráneas 34
1.3 Mecanismos de la circulación atmosférica global 35
1.3.1 La zona de convergencia intertropical (ZCIT) 35
1.3.2 Caracterización del ciclo anual de la precipitación global 39
1.3.3 Celda de Hadley 43
1.3.4 Celda de Walker 47
1.3.5 Variación mensual y latitudinal 47
1.4 Balance de energía global 48
1.4.1 Promedio global 49
1.4.2 Balances de energía en el tope de la atmósfera y en superficie 52
1.4.3 El doble papel de las nubes 57
2 Variabilidad anual e intraanual 59
2.1 Contexto continental 59
2.2 Ciclo anual de la precipitación 59
2.2.1 Según la información de TRMM 65
2.2.2 Según la información de Ideam y Chirps 66
2.3 El chorro del Chocó 77
2.3.1 Ciclo anual 79
2.3.2 El chorro del Chocó y la hidroclimatología de la costa Pacífica 82
2.3.3 El experimento ChocoJEX 84
2.4 Otras tres corrientes en chorro del Este 87
2.4.1 Chorro del Caribe 87
2.4.2 Chorro de media atmósfera 88
2.4.3 Chorro del Orinoco 88
2.5 Sistemas Convectivos de Mesoescala 90
2.5.1 Clasificación de eventos de tormenta 92
2.5.2 Ciclo anual de los eventos 95
2.5.3 Corte zonal entre 3°N y 7°N 97
2.5.4 Fuentes de humedad y ciclos de vida de SCM al occidente de Colombia 100
2.5.5 Tipologías de SCM 102
2.5.6 Ondas de gravedad sobre la costa Pacífica 103
2.6 Oscilaciones tropicales intraestacionales 105
2.6.1 Oscilación de Madden-Julian o intraestacional 105
2.7 Ondas tropicales del este 110
3 Balance hidrológico 117
3.1 Ecuaciones de balance hídrico 118
3.2 Información utilizada 120
3.2.1 Modelo digital de terreno y extracción de la red hídrica 120
3.3 Campo de precipitación promedio anual 120
3.3.1 Información utilizada 121
3.3.2 Métodos de interpolación 121
3.3.3 Mapas de precipitación promedio anual 122
3.3.4 Análisis de los resultados 123
3.4 Estimación de los campos de evapotranspiración real y potencial promedio anual 127
3.4.1 Temperatura, punto de rocío, presión atmosférica, humedad relativa y brillo solar 127
3.4.2 Radiación solar neta 127
3.4.3 Métodos de Cenicafé y Thornwaite 129
3.4.4 Método de Turc modificado 130
3.4.5 Método de Penman aproximado 130
3.4.6 Método de Morton 130
3.4.7 Método de Turc 130
3.4.8 Método de Choudhury 132
3.5 Número adimensional de Budyko 132
3.6 Almacenamiento de agua en el suelo 135
3.6.1 Región Andina 135
3.6.2 Región Amazónica 136
3.6.3 Región Orinoquia 137
3.6.4 Región Pacífica 137
3.6.5 Región Caribe 138
3.7 Escorrentía y caudales promedio de largo plazo 138
3.8 Balance hídrico en la región Pacífica 142
3.8.1 Introducción 142
3.8.2 Metodología 143
3.8.3 Información 143
3.8.4 Resultados 146
3.8.5 Conclusiones sobre el balance hídrico en la costa Pacífica 149
3.9 Balance de agua en la atmósfera 151
3.10 Modelo del ciclo anual de caudales (dos tanques) 154
3.11 Balance hidrológico a escala mensual 155
3.11.1 Metodologías para la estimación de la evaporación mensual 155
3.11.2 Estimación del ciclo anual de almacenamiento de agua en el suelo para algunas cuencas de Colombia 156
4 Reanálisis de la lluvia 173
4.1 Introducción 173
4.2 El óptimo pluviográfico 174
4.3 Información 175
4.3.1 Información puntual 175
4.3.2 Mapas promedios multianuales 175
4.3.3 Campos mensuales 175
4.4 Métodos de interpolación 179
4.5 Metodología de estimación 181
4.5.1 Estimación de los campos mensuales de precipitación para cada base de datos espacial 182
4.5.2 Estimación con el modelo Prism 182
4.5.3 Integración de la información 186
4.6 Resultados 187
4.6.1 Promedios multianuales para cada una de las bases de datos 187
4.6.2 Campos de precipitación mensual 190
4.6.3 Precipitación anual 192
4.6.4 Promedios mensuales 197
4.6.5 Ciclo anual por regiones 197
4.6.6 Variación de la precipitación con la altura 197
4.6.7 Correlación con variables climáticas 203
5 Caudales extremos 209
5.1 Caudales máximos anuales 209
5.1.1 Regionalización de crecientes 209
5.1.2 Análisis nacional 211
5.1.3 Caudales máximos estimados para distintos periodos de retorno 211
5.1.4 Análisis regional 211
5.2 Estimación de caudales máximos anuales en un contexto no estacionario 218
5.2.1 Variación temporal de parámetros por regresión en ventana móvil 220
5.2.2 No estacionariedad a partir de la variación temporal de cuantiles 224
5.2.3 No estacionariedad a partir de vectores covariables de fenómenos macroclimáticos 225
5.2.4 Relevancia 227
5.3 Caudales mínimos anuales 231
5.3.1 Regionalización de caudales mínimos 231
5.3.2 Análisis nacional 234
5.3.3 Base física del escalamiento simple de los caudales mínimos 235
5.3.4 Análisis regional 237
5.3.5 Caudales mínimos estimados para distintos periodos de retorno 240
5.3.6 Curva de recesión 244
5.3.7 Estimación del caudal base 255
5.4 Escalamiento de los cuantiles probabilísticos de la curva de duración de caudales con el caudal medio 265
5.4.1 Datos usados 266
5.4.2 Metodología 267
5.4.3 Resultados 267
5.4.4 Conclusiones 267
5.5 Índice de precipitaciones estandarizadas y sequías meteorológicas 269
5.5.1 Variabilidad espacio-temporal de las sequías 269
5.5.2 Análisis de rachas 271
5.6 Intensidad, frecuencia y duración de sequías hidrológicas 277
5.6.1 Datos 277
5.6.2 Metodología 278
5.6.3 Resultados 278
6 Variabilidad interanual 285
6.1 Las fases extremas del ENSO: El Niño y La Niña 285
6.1.1 Definición e índices 285
6.1.2 Impactos en América del Sur 286
6.1.3 Efectos del ENSO sobre las precipitaciones 291
6.1.4 Efectos del ENSO sobre la evaporación 302
6.1.5 Efectos del ENSO sobre los caudales de los ríos 303
6.1.6 Efectos del ENSO sobre la humedad del suelo 320
6.1.7 Efectos del ENSO sobre la actividad vegetal como indicador de la evapotranspiración 329
6.1.8 ¿Cómo se explican las anomalías hidroclimáticas en Colombia y el norte de Sudamérica durante El Niño? 330
6.1.9 Interacciones tierra-atmósfera durante el ENSO en Sudamérica tropical 331
6.1.10 Efectos del ENSO sobre las variables del balance de energía en superficie 336
6.1.11 Impactos de El Niño sobre las epidemias de malaria y dengue 336
6.1.12 Sobre la definición de anomalías hidroclimáticas 337
6.2 Efectos de otros fenómenos macroclimáticos 339
6.2.1 Oscilación decadal del Pacífico 339
6.2.2 Oscilación del Atlántico norte 341
6.2.3 Oscilación multidecadal del Atlántico 342
6.2.4 Dipolo de las temperaturas superficiales del océano Atlántico tropical 344
6.3 Predicción de caudales medios mensuales 344

7 Precipitación a escala horaria 383
7.1 Ciclo diurno de la precipitación en los Andes 383
7.1.1 Ciclo diurno promedio 383
7.1.2 Ciclo diurno según la misión TRMM 394
7.1.3 Variabilidad estacional del ciclo diurno 396
7.2 Condiciones termodinámicas 398
7.3 Curvas intensidad-duración-frecuencia 400
7.3.1 Teoría de escalamiento temporal 401
7.3.2 Estimación de curvas IDF mediante la teoría de escalamiento simple. Método 1 407

8 Estadística de las lluvias andinas 419
8.1 Introducción 419
8.2 Análisis de multiescala 421
8.3 Persistencia espacial y temporal 429
8.3.1 Función de autocorrelación 430
8.3.2 Escala de fluctuación 431
8.3.3 Varianza de la lluvia bajo agregación en el tiempo 432
8.3.4 Hipótesis de Taylor 432
8.3.5 Correlación e información mutua 433
8.4 Entropía de Shannon 442
8.4.1 ¿Por qué y cómo emerge la máxima entropía en la lluvia? 442
8.5 Entropía generalizada de Tsallis o q-Entropía 449
8.6 La función q-entropía dinámica 449
8.7 La extrema variabilidad espacio-temporal de la lluvia tropical de montaña 450
8.8 Análisis probabilístico de la intermitencia de las lluvias horarias 452
8.8.1 Introducción 452
8.8.2 Información y aspectos metodológicos 454
8.8.3 Conclusiones 459
8.9 Espectro multifractal 460
8.9.1 Función de distribución, intermitencia y multifractales 460
8.9.2 Espectro de potencias 462
8.9.3 Definición del espectro multifractal y metodologías de estimación 468
8.9.4 Datos 468
8.9.5 Resultados 468
8.9.6 Función densidad de probabilidad empírica 471
8.9.7 Espectro de potencias 472
8.9.8 Espectros multifractales 474
8.9.9 Modelo para el exponente de Renyi 476
8.9.10 Elevación sobre el piso del valle 476
8.10 Conclusiones 476

9 Procesos de denudación 481
9.1 Erosión 481
9.1.1 Erosión laminar 481
9.1.2 Erosión concentrada 484
9.2 Remoción en masa 484
9.2.1 Caída de bloques y desgarres 485
9.2.2 Flujos 485
9.2.3 Deslizamientos 486
9.2.4 Reptación 486
9.3 Causas principales de los procesos denudativos 486
9.4 Determinación de la erosión y la susceptibilidad a los procesos de denudación 487
9.4.1 Aplicación de la EUPS para Colombia 487
9.4.2 Estimación de la producción de sedimentos 491
9.4.3 Propuesta metodológica para la determinación de la susceptibilidad a procesos de denudación 493
9.4.4 Rangos utilizados 495

10 Cambio climático 507
10.1 Introducción 507
10.2 Estudios previos 509
10.3 Predicción del cambio 512
10.4 Metodología 513
10.5 Resultados y discusión 514
10.5.1 FOE, CP y análisis espectral 514
10.5.2 Análisis de homogeneidad 516
10.6 Conclusiones 519
10.7 El Proyecto RIOCCADAPT 521

11 Deforestación e incendios 525
11.1 Introducción 525
11.2 Deforestación y destrucción de los sistemas de soporte a la vida 526
11.3 Causas socioeconómicas y culturales 528
11.4 Dinámica espacio-temporal de la deforestación 529
11.5 Fuegos 538
11.6 Impactos hidrológicos y climáticos de la deforestación 542
11.6.1 Alteración de los balances de agua, energía y carbono 548
11.6.2 Alteración de dinámicas atmosféricas y oceánicas de gran escala 549
11.6.3 Aumento de la temperatura del aire y reducción de la precipitación y la evapotranspiración 550
11.6.4 Temporadas secas más largas y mayores déficits de agua 551
11.6.5 Pérdida de la precipitación reciclada 552
11.6.6 Debilitamiento de la cascada de circulación de humedad en el sistema suelo-vegetación-atmósfera 555
11.6.7 Muerte del bosque y sabanización permanente de la Amazonia 556
11.6.8 Debilitamiento de los ríos aéreos de Suramérica 558
11.6.9 Disminución del transporte de humedad hacia los Andes 559
11.6.10 Disminución del aporte de agua atmosférica a los páramos y glaciares y amenaza al suministro de agua y la calidad del aire en las ciudades Andinas 563
11.6.11 Alteración del chorro superficial de Suramérica y amenaza al suministro de agua y la calidad del aire en la cuenca del río de La Plata 564
11.6.12 Pérdida del embalse forestal e intensificación de los eventos hidrológicos extremos 566
11.6.13 Colapso de la bomba biótica de humedad atmosférica 567
11.7 ¿Cómo detener la deforestación? 568
11.7.1 Imponer el cumplimiento de la ley 569
11.7.2 Redefinir nuestra relación con la naturaleza y alcanzar los ODS 569
11.7.3 Adoptar la biotecnología como el motor desarrollo socioeconómico y ambiental de Colombia 571
11.7.4 Fijar ya una meta nacional de deforestación cero y penalizar la deforestación 572
11.7.5 Frenar la reforestación con monocultivos y restaurar los ecosistemas 573
11.7.6 Implementar una ciencia y un sistema económico honestos con el medio ambiente 573
11.7.7 Avanzar en el desarrollo e implementación de la jurisprudencia ambiental 574
11.7.8 Exigir a los gobernantes y a los decisores un compromiso serio para resolver las crisis ambiental y climática 575
11.7.9 Tener presente que está en juego un tema de equidad intergeneracional 575
11.7.10 Involucrar el conocimiento ancestral en la discusión y la pedagogía ambiental 575
11.8 El panel científico por la Amazonia 576
11.8.1 Origen y objetivos 576
11.8.2 Informe de evaluación 578
11.8.3 Principales mensajes del informe SPA 579
11.8.4 Recomendaciones del SPA: Cuatro acciones urgentes 580
11.8.5 El SPA en las redes sociales 580

12 HidroSIG 581
12.1 Introducción 581
12.2 Visualización 582
12.3 Base de datos 582
12.4 Herramientas de análisis 582
12.4.1 Análisis de variables climáticas 582
12.4.2 Interpolación 584
12.4.3 Análisis de modelos digitales de terreno 585
12.4.4 Estimaciones hidrológicas 585
12.4.5 Análisis temporales 586
12.4.6 Otras herramientas 587
12.5 Requisitos computacionales 588

Bibliografía 589
Índice analítico 670