Overview Dr. Agustin Robles-Morua · Mexico City; photo by N. Grimm Cambio Climático y...
Transcript of Overview Dr. Agustin Robles-Morua · Mexico City; photo by N. Grimm Cambio Climático y...
OverviewDr. Agustin Robles-Morua
Red de Investigación de Sustentabilidad de Resiliencia Urbana ante Eventos
Extremos Climáticos (UREx SRN)
Dr. Agustín Robles-Morua
9º Congreso Nacional de Investigación en Cambio Climático
Source: New Scientist (2008), after Steffan et al. 2004
Una era de cambios acelerados
Mexico City; photo by N. Grimm
Cambio Climático y Urbanización
Incrementos en la frecuencia de eventos extremos. Actualmente la mitad de la población del mundo vive
en ciudades; 67% para el 2050, 80-90% para el 2100. El mayor crecimiento poblacional se da en zonas
urbanas, en países en menos desarrollados. Tenemos ciudades que están creciendo muy rápido y
con ello tenemos problemas que están creciendo rápidamente.
Las Inundaciones Urbanas como uno de los grandes retos globales
UN Population Division, 2011. World Urbanization Prospects, the 2011 revision
Riesgos de inundaciones proyectados para las principales ciudades del mundo al 2025
El Reto (o el mantra?)
El cambio climático y la urbanización están en conflicto y la infraestructura natral y construida será el campo de batalla!
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Emergent Risks and Key Vulnerabilities, Fifth Assessment Report of the IPCC, 2014.
Riesgo y Resiliencia
Resiliencia: una base teórica apropiada
• Resiliencia es ‘la capacidad de individuos, comunidades y sistemas de sobrevivir, adaptarse, y crecer de cara al estrés y a los embates y hasta de transformarse cuando las condiciones lo requieren’
• Los sistemas resilientes son:– Reflexivos– Ingeniosos– Robustos– Redundantes– Flexibles– Inclusivos– Integrativos
Solución Tradicional“Fail-safe” – probabilidad de
fallo es menor, pero la
consecuencia es alta.
Infraestructura altamente
modificada
Solución Resiliente“Safe-to-Fail” – fallos
más frecuentes pero
con consecuencias
menores
• Flexible
• Multifuncional
Visión de URExUna red colaborativa de científicos y profesionales interdisciplinarios de diversas ciudades del mundo trabajando juntos para promover, diseñar, e implementar infraestructura urbana que es resiliente ante futuros eventos extremos. Busca proveer servicios ecológicos, mejorar la calidad de vida, y aprovechar de tecnologías nuevas de maneras que beneficien todos los segmentos de las poblaciones urbanas.
Decision-makers
EnvironmentalNGO’s
Minori es
VulnerableGroups
StudentsandTeachers
Interestedci zens
Managers
CityStakeholderGroups
Cultura de Colaboración e InclusiónBuscar que nuestro trabajo tenga mas significado, nos ayuda a aprender mejor como se adaptan nuestras ciudades, y nos impulsa a que los resultados sean útiles y relevantes. URExSRNbusca impulsar colaboraciones basadas en un alto nivel de confianza e inclusividad en cada actividad.
Decision-makers
EnvironmentalNGO’s
Minori es
VulnerableGroups
StudentsandTeachers
Interestedci zens
Managers
CityStakeholderGroups
Coastal Flooding
Extreme Heat
Urban floodingDrought
Portland, OR (PSU)Phoenix, AZ (ASU)Hermosillo, Mexico (ITSON)Valdivia, Chile (UACh)San Juan, PR (UPR)Miami, FL (FIU, Clark U)Baltimore, MD (Cary Inst, UMBC)New York, NY (New School, NYU, CUNY)Syracuse, NY (Syracuse U)
The UREx SRN
BaltimoreHermosilloMexico CityMiamiNYCPhoenixPortlandSan JuanSyracuseValdivia
CITY COMPARISONS
CLIMATE & HYDROLOGIC
EXTREMES
SETS INTEGRATION
TRANSITIONS & IMPLEMENTATION SCENARIOS
CO
MP
UTA
TIO
N &
V
ISU
ALI
ZATI
ON
EDUCATION & DIVERSITY
PRACTITIONER NETWORK
NETWORK EVALUATION
GRUPOS DE TRABAJOS
SETS INTEGRATIONMikhail Chester (ASU)
Peter Groffman (Cary Inst)Thaddeus Miller (PSU)
TRANSITIONS & IMPLEMENTATIONClark Miller (ASU)
Tischa Muñoz-Erickson (USFS)Karen Thoreson (AfI)
SCENARIOSDavid Iwaniec (ASU)
Timon McPhearson (New School)
Tischa Muñoz-Erickson (USFS)
CITY COMPARISONS Nancy Grimm (ASU)
Charles Redman (ASU)
CLIMATE & HYDROLOGIC EXTREMES
Ken Kunkel (NCSU/NOAA)Enrique Vivoni (ASU)
CO
MP
UTA
TIO
N &
V
ISU
ALI
ZATI
ON
Dav
id C
han
dle
r (S
U)
PRACTITIONER NETWORK
EDUCATION AND DIVERSITYEvelyn Gaiser (FIU) Nancy Grimm (ASU)
NETWORK EVALUATIONThaddeus Miller (PSU)Charles Redman (ASU)
Lideres de los grupos de trabajo
BALTIMOREEmma Rosi-Marshall
HERMOSILLOAgustín Robles-Morua
MIAMIRinku Roy-ChowdhuryTiffany Troxler
NEW YORK CITYTimon McPhearson
PHOENIXNancy Grimm
PORTLANDThaddeus Miller
SAN JUANJenniffer Santos-Hernández Pablo Méndez-Lázaro
SYRACUSECliff Davidson
VALDIVIAOlga Barbosa
EXPERTSBahvik BakshiJoyce CoffeeDavid EisenmannCarson FarmerBill SoleckiClaire Welty
Coordinador Académico de cada ciudad
COREU.S.CITY
EXPERTCITYCORELATINAMERICACITY
BUREAUOFPLANNINGANDSUSTAINABILITY
ACTIVAVALDIVIA
BALTIMORECITYOFFICEOFSUSTAINABILITY
CITYOFPHOENIX,PLANNINGOFFICE
AYUNTAMIENTODEHERMOSILLO,COORD.GENERALDEINFRAESTRUCTURA,
DESARROLLOURBANOYECOLOGIA
MUNICIPALITYOFSANJUAN,DEPT.OFURBANPLANNING,
ENV.ANDPERMITS
COUNTYOFONONDAGA
CITYOFMIAMIBEACH
NYCDEPT.OFPARKSANDRECREATION
UREx Knowledge-Ac on Network Prac onerNetworkAdvisoryCommi ee(PNAC)
Modelación de escenarios climáticos e hidrológicos futuros
Definir Eventos extremos y rediseño urbano
Definir Servicios Ambientales de Sistemas Sociales, Ecológicos y
Tecnológicos (SETS)
Comparaciones entre ciudades de la infraestructura verde
Proyectos Actuales:
Desarrollar visualizaciones decasos de estudio
Escenarios de gobernanza
*Talleres con tomadores de decisión e implementadores.
*Inclusividad de tomadores de decisión y organizaciones civiles.
Desarrollar estrategias de entrenamiento inclusivo
Proyectos Actuales:
Co-producción
Visiones y rutas para la sustentabilidad
Evaluación de alternativasy compensaciones
Desarrollo de Escenarios
Vinculando el Conocimiento y la Acción
Apoyando iniciativas nuevas y existentes, planificación y la tomade decisiones
Allowsomeecosystemfunc onin
hard-engineeredstructure
Developnewdesignthatisa
hybrid
Op mizethecondi onsforecosystem
development
Strengthentheexis ng
ecosystem
Hardengineering
Structuralengineering
Biotechnologicalengineering Bioengineering
A
B
GRAY BLENDED/HYBRID GREEN
Grimm et al. 2016, UGEC Handbook
UREx SRN Urban Resilience to Extremes Sustainability Research NetworkResearch and action questions
Core Questions (and task force topics)
• How do Social-Ecological-Technological Systems (SETS) domains interact to generate vulnerability or resilience to climate-related extreme events? (i.e., how does a SETS perspective improve the way we conceptualize the dynamics of an urban system?)
• How can insights generated by a SETS perspective enhance the way we guide/intervene/govern urban systems along more resilient, equitable, and sustainable trajectories?
• In what ways should we influence future risk management decisions to shift from a focus on fail-safe to one of more safe-to-fail design?
• Do the citizens and administrators of Latin American cities perceive and act differently from traditional North American cities with respect to resilience, sustainability, and the threat of extreme events?
Methodological innovations
• How can we design and implement scenario workshops to effectively envision desirable future states and the pathways to their realization?
• How can we bring together citizen stakeholders, administrators, and scientists to act on ideas generated in the scenario workshops and elsewhere to build and govern more resilient cities?
• Can we make and communicate science in a way to inform and influence people to make more resilience, sustainable, equitable, and environmentally appropriate decisions?
• How can we be sufficiently reflexive to understand the project’s successes and shortcoming in order to re-design approaches in real time?
• How can we participate in the education and training of the next (and hopefully more effective) generation of change agents?
UREx SRN Urban Resilience to Extremes Sustainability Research NetworkScenarios Approach
Overview of the Scenarios working group:
Plausible + Desirable + Resilient Scenarios
Plausible
Forecasting outcomes from existing
governance strategies
Backcasting pathways from envisioned desirable goals
In response toextreme drought,
heat, and flood
Existing Context & Network
Based on:
Desirable
Resilient
Plausible + Desirable + Resilient Scenarios
Plausible
Forecasting outcomes from existing
governance strategies
Backcasting pathways from
envisioned desirable goals
In response toextreme drought,
heat, and flood
Existing Context & Network
Based on:
Desirable
Resilient
Plausible + Desirable + Resilient Scenarios
Plausible
Forecasting outcomes from existing
governance strategies
Backcasting pathways from envisioned desirable goals
In response toextreme drought,
heat, and flood
Existing Context & Network
Based on:
Desirable
Resilient
Participatory Scenario Development Workshops
interventions,
enablers, and
targets
spatially explicittemporally
sequencedrich descriptions
Co-developed scenario logics & pathways to enhance specificity, relevance, &
tangibility
UREx SRN Urban Resilience to Extremes Sustainability Research NetworkPractitioner Priorities and Interactions
Practitioner Team: Hermosillo, México
• Broad participation, including mayor and all major municipal departments.
• Active and involved lead practitioner from IMPLAN (Municipal Planning Institute).
• Acknowledgment of the severity of extreme events issues facing municipality.
UREx Research Co-Production WorkflowDatabase for Mgmt. Team to track and analyze research co-production priorities within and across cities
Present to Mgmt Team
Send summary to Tischa & Thad
Meetings with relevant practitioners in each city• Document meetings (using template) & populate Contact Database
Generate short, concise summary of critical research areas/questions
Timeline
Step 1• Key climate challenges• Critical infrastructure vulnerabilities• Research needs• Contacts for other key players
City Leads (or other relevant
research team members)
City Practitioners:• City & regional
government• Community groups• Non-profits• Vulnerable populations• Local climate experts • Infrastructure
managers
Management Team
Step 4WG Leads City Leads
• Discuss research for each city
• Identify cross-site research potential
• Recommend research projects
Step 3City Research
Priorities
• Contact• Meeting Notes (from
each mtg.)• City Summaries
(outline of key issues, potential research
projects, etc.)
Documentation of discussions
Step 2
Let´s look at some of the results for Hermosillo…..
Urban Heat in Hermosillo
Instituto Tecnológico de Sonora, Ciudad Obregon, Sonora, Mexico.
Portland State University, Portland, Oregon, United States.
Arizona State University, Tempe, Arizona, United States.
The New School, New York, New York, United States-
Universidad de Sonora, Hermosillo, Sonora, Mexico.
Hermosillo is one of the warmest cities in theworld and is the second city in Mexico with thehighest number of recorded deaths fromheatstroke (Mexicali #1).
Climate projections indicate increasedtemperatures and an increased number of daysreaching maximum temperatures consideredheat waves.
Urban Heat in Hermosillo
Regional Analysis of Avg. Tmax and Misery Days
North:- Sonoyta II- Naco- Agua Prieta- Colonia Morelos- Imuris- Bacanuchi- Trincheras
South:- Navojoa- Quiriego- Batacosa- Tesia- Minas Nuevas- Tesocoma- Tesopaco- Tres Hermanos
Center:- Ures- Carbó- Banamichi
West:- Puerto Libertad- San Isidro
East:- Bacadehuachi- Yécora- Sahuaripa
• Stations must have data since 1966.
Intra-urban heat distribution:
• Summer field campaign on June, 2017.
• Collaboration between the Sustaining Urban Places Research Lab (Portland State University), ITSON, IMPLAN, UNISON and UES.
• Nine cars were fitted with temperature sensors and GPS and were driven in 9 predetermined sectors of the city.
• Continuous temperature measurements using thermo sensors located in 20 sites around the city.
Temperature records were related with different combination of landscapes features in the city. Use of Sentinel-2 imagery (10-20 m resolution) and random forest algorithm. (Voelkel et al., 2016)
Studying Heat Waves and Heat Island
Exposure levelsUrban Heat Distribution
Morning Evening Night
The nortwest of thecity remain hot
during the night.
Heat distribution is more uniform during the evening, downtown and southeast of
the city extremely hot.
Downtown is thehotest area during
the night.
Social vulnerability
Indicator Vulnerability Category
Education
Population >15 without basic education
Adaptative capacity
Health
Population without ensurance
Sensitivity
DwellingsHouses with internet Adaptative capacityHouses with phone Adaptative capacity
Houses with at least one vehicule
Adaptative capacity
Disability
Population with disability Sensitivity
DemographicsPopulation 0-5 Sensitivity
Population younger than 15 Sensitivity Population older than 65 Sensitivity
Female population Sensitivity
Vulnerability
Relationship between green areas andtemperatures in the city. (Navarro-NavarroL.A. , Enciso C., Ortega C.)
Observed a reduction of 1°C y 2°C withincrements of 10% in green areas coverage.
IMPLAN initiatives. Increasing the green areas like parks. Vegetation in sidewalks. 72 new adequate shades in bus stops.
Community led climate change adaptationprograms.
Heat Wave communication campaingsstarting in early June of 2018.
Other projects and initiatives Source: Carlos Enciso (UES)
Extreme Heat and Urban Transportation
Instituto Tecnológico de Sonora, Ciudad Obregon, Sonora, Mexico.
Arizona State University, Tempe, Arizona, United States.
El estudio de la evaluación del sistema de transporte urbano de Hermosilloconsistió en cuatro etapas:
1) La primera etapa consistió en la evaluación de las percepciones de los usuariosdel sistema de transporte urbano en 22 diferentes paradas de camión en laciudad.
2) La segunda etapa consintió en realizar mediciones micro-meteorológicas entodas las paradas de camión utilizando estaciones portátiles de alta resoluciónpara medir la exposición al calor a la que estaban expuestas los usuarios.
3) La tercera etapa consistió en la instalación de sensores de temperatura del aireen 10 camiones urbanos. Tres tipos de camiones fueron clasificados como a)Nuevos con aire, b) Recientes con aire que no siempre se prenden; y c)camiones que no funciona el aire acondicionado
4) La cuarta etapa consistió en realizar entrevistas con los encargados del sistemade transporte urbano, tomadores de decisión y con los choferes de loscamiones.
Trasporte Urbano Vs Calor Extremo
a) Kestrel, instrumento portátil para realizar mediciones micro-meteorológicas; b) b) Usuario utilizando la sombra de un panel vertical;c) Usuarios usando la sombra de un edificio; d) Usuario usando un árbol de sombra; e) usuario en una parada sin sombra;f) Usuarios usando techos metálicos de estacionamientos; g) Usuarios usando la sombra de la parada de camión estándar.
Resultados de la variabilidad de la
diferencia (DELTA) de la Temperatura
GLOBAL (Globe T) entre los sensores
ubicados en diferentes tipos de
sombra y los sensores colocados en
el sol.
Resultados de la variabilidad MEDIA de
las temperaturas superficiales
(Termómetro IR) en los diferentes tipos
de estructuras.
Citizen DrivenEnvironmental
Monitoring ProgramInstituto Tecnológico de Sonora, Ciudad Obregon, Mexico.
Universidad Estatal de Sonora, Hermosillo, Mexico.
Arizona State University, Tempe, United States.
Urban FloodingInstituto Tecnológico de Sonora, Ciudad Obregon, Sonora, Mexico.
Arizona State University, Tempe, Arizona, United States.
Variability of urban flooding impacts29 – Julio - 2010; Rainfall 25 mm.
Blvd. Enrique Mazón.
Bridge on highway 26
Variability of flooding impacts2 de Agosto, 2017; Poniente 29 mm, norte 30 mm, Pimentel 25 mm, Altares 27, CIAD 26 mm. Acumulado de ~50 mm (CNA).4 de Agosto, 2017; ~43 mm en el observatorio (CNA)canal desbordado en Villa de parras
61 historic events withprecipitation above30mm/day recorded in 45 years.1.35 eventos por año.
Uso del modelo de“Bluespot”● El modelo de “Bluespot”
estima el riesgo de estancamiento de agua por eventos extremos de lluvia y el escurrimiento que resulta
● Los resultados del modelo en algunos casos comprueban las areas reconocidas como en riesgo por los los estudios de inundacion de Hermosillo (HEMEK, 2018).
● En otros casos, Bluespot muestra que existen areas adicionales en riesgo de inundación
Validacion de riesgo de inundaciones en Hermosillo● Las entrevistas con
ciudadanos (86 en total) muestran muchas areas en la ciudad que sufren de inundaciones que no son reconocidos por ninguno de los modelos
● Respuestas indicaron grave riesgo de inundación por la basura que tapa los cauces de escurrimiento
Lecciones importantes● La combinación de los métodos utilizados por HEMEK y de Bluespot para
determinar areas en riesgo de inundacion ayuda en mejorar lo que sabemos acerca de los riesgos de inundaciones en la ciudad de Hermosillo.
● Sin embargo, muchas áreas fueron identificadas por la ciudania como de riesgo por inundacion basado en sus experiencias durante eventos de lluvia y dichas areas no existen en los mapas de HEMEK o de Bluespot.
● Para mejorar nuestro conocimiento de las inundaciones es necesario desarrollar y validar modelos de inundación urbanos (como FLOW-2D). Este tipo de modelo beneficiaría a la ciudad más alla que la aplicacion de los metodos previamente utilizados.
VIC Regional Hydrology Model
VIC 5.0
• Large-scale hydrology model (Liang et al., 1994)
• 1/16 degree spatial resolution
• Hourly time step
• Solves moisture and energy balances
• Mosaic of land cover “tiles”
Under Development:
• Urban Impervious Areas
• Urban Canopy
Evaluate impacts of both climate change and land cover change
Examples: Phoenix and Hermosillo
Phoenix Hermosillo
Impacts on Runoff - Phoenix
2011 map, 1951-19802011 map, 1981-20101992 map, 1981-2010
Annual Total Flow Volume (1011 m3/y)
Annual Maximum Flow Volume (109 m3/d)
Impacts on Runoff - Hermosillo
2011 map, 1951-19802011 map, 1981-20101992 map, 1981-2010
Annual Total Flow Volume (1010 m3/y)
Annual Maximum Flow Volume (108 m3/d)
DroughtsInstituto Tecnológico de Sonora, Ciudad Obregon, Sonora, Mexico.
Arizona State University, Tempe, Arizona, United States.
Population growth and water demand in Hermosillo
Annual growth rate: 2.22%
Water demand:2006 = 85 Mm3
2010 = 85 Mm3
2017 =100 Mm3 - 2013, Acueducto independencia
2030 = 136 Mm3
Fuente: Pineda et al., 2010, Pineda, 2016.
700000
750000
800000
850000
900000
950000
1000000
1050000
1100000
2010 2015 2020 2025 2030
Population projections (CONAPO)
Fuente: Salazar y Pineda (2010)
Future Scenarios of water demand:
Escenario 1. Eficiencia física 60%, Eficiencia comercial 70%.Escenario 2. + Eficiencia comercial 95%.Escenario 3. + Incremento en tarifas.Escenario 4. + Eficiencia física 85%.
Tasa de crecimiento: 2.22%
Demanda de agua potable (160-250 lphd):2050, Población 1,492,519 hab. = 140-219 Mm3
2070, Población 2,149,228 hab. = 200-316 Mm3
2050, Población 3,713,866 hab. = 350-546 Mm3
Fuente: Pineda et al., 2010, Pineda, 2016.
Regional Analysis of Drought
Sonora region scale: Climate: Semiarid. High variability of precipitation. High dependence of agriculture activities
(>92% of water rights) Growing pressure (demand) for water
resources.
Future climate projections:
Urban Centers: Guaymas: 50,000 hab Ciudad Obregón: 380,000 hab Hermosillo: 900,000 hab
Basin Area (Km2)
Mátape 9,000
Sonora 27,330
Yaqui 75,300
Regional Hydrologic Modeling
Variable Infiltration Capacity (VIC): Semi-distributed macro-scale hydrologic model.
Characteristics: Grid based simulations. Spatially explicit representation of vegetation
heterogeneity. Multiple soil layer with different infiltration
capacities. Non-lnear base flow.
Versión: Bohn & Vivoni (2016) Addition of the partitioning of
Evapotranspiration with the spatiallydistributed vegetation.
Improvements in the temporal resolution ofthe vegetation parameters from monthly todaily.
New computational framework thatincorporates irrigation in agricultural fields.
Figure . Schematic of the VIC-3L model (Gao et al., 2010).
Figure . . Schematic of the big leaf (old) and clumped (modified) representation of ET partition in VIC.
¿Cómo se puede beneficiar tu ciudad de esta red?
• Marco conceptual consistente con el tema de la resiliencia.
• Productos:– Proyecciones climáticas e hidrólogicas .
– Escenarios co-desarrollados con ‘stakeholders’.
– Implementación de algunos componentes de los escenarios a través de proyectos (trayendo el conocimiento a la acción a través de colaboraciones con implementadores).
• Membresía en una red de ciudades: – Aprendiendo y compartiendo iniciativas con otras ciudades.
– Demostrando casos de éxito.
– Participación regular en reuniones de la red.
– Interface con otras redes nacionales e internacionales: Urban Sustainability Directors Network, Rockefeller 100 Resilient Cities, IDB’s Iniciativo Ciudades Emergentes & Sustenibles, Allicance for Innovation, Future Earth
www.urexsrn.org