Escenarios futuros de eventos extremos de precipitación y temperatura en México

Future changes of precipitation and temperature extremes in Mexico

Ernesto Ramos Esteban (2024)

Diferentes estudios a escala mundial indican un incremento en frecuencia de eventos climáticos extremos debido al calentamiento global y sugieren que podrían intensificarse en el futuro. El objetivo de este trabajo es analizar los posibles cambios de 12 índices climáticos extremos (ICE) de precipitación y temperatura en 15 regiones de México, el sur de los Estados Unidos y Centroamérica para un período histórico (1981-2010), un futuro cercano (2021-2040), un futuro intermedio (2041-2060) y un futuro lejano (2080-2099). Se utilizó el reanálisis ERA5 como referencia en la evaluación histórica de los modelos climáticos globales (MCG) y para las proyecciones se analizaron los ICE de diez MCG del Proyecto de Intercomparación de Modelos Climáticos, fase 6 (CMIP6), de acuerdo con dos escenarios de Vías Socioeconómicas Compartidas (SSPs), uno de bajas emisiones (SSP2-4.5) y otro de altas emisiones (SSP3-7.0). Los MCG reproducen muy bien los índices extremos de temperatura histórica y los días consecutivos secos, pero subestiman la lluvia promedio y la lluvia extrema en las zonas más lluviosas desde el centro de México hasta Centroamérica. Históricamente, se observaron tendencias positivas de las temperaturas extremas (TXx y TNn) en todas las regiones, pero sólo en algunas regiones fueron significativas, mientras que los índices de lluvia extrema (R95p, R10mm y R20mm) presentaron tendencias negativas, pero pequeñas. Las proyecciones indican que las temperaturas extremas podrían seguir incrementándose en el futuro, desde 2° C hasta 5° C a mitad y final de siglo, respectivamente. La contribución de la precipitación extrema arriba del percentil 95 (R95p) se podría incrementar entre un 10 % y 30 %, especialmente en la región subtropical, mientras que la precipitación podría disminuir en las regiones tropicales. Este estudio es el primero que analiza los cambios futuros de índices extremos del CMIP6 a escala regional (en 15 regiones) de México, el sur de Estados Unidos y Centroamérica.

Global-scale studies indicate an increase in the frequency of extreme weather events due to global warming and suggest that they could further intensify in the future. This study aims to assess potential changes in 12 extreme climate indices (ECI) related to precipitation and temperature in 15 regions in Mexico, the southern United States, and Central America for different periods: a historical period (1981-2010), a near future (2021-2040), an intermediate future (2041-2060), and a far future (2080-2099). The ERA5 reanalysis was used as a reference for the historical evaluation of global climate models (GCMs), and ECI from ten GCMs of phase 6 (CMIP6) from the Coupled Model Intercomparison Project were employed for the projections and examined under two Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) scenarios, one characterized by low emissions (SSP2-4.5) and another representing high greenhouse gas emissions (SSP3-7.0). The GCMs reproduce historical extreme temperature indices and consecutive dry days very well. However, they underestimate average and extreme rainfall from central Mexico to Central America in the wetter areas. Historically, positive trends in extreme temperatures (TXx and TNn) were observed across all regions. However, statistical significance was only present in certain regions, while extreme rainfall indices (R95p, R10mm, and R20mm) exhibited small negative trends. The projections suggest that extreme temperatures could continue to increase in the future, from 2°C to 5°C by the mid and late century, respectively. The contribution of extreme precipitation above the 95th percentile (R95p) could increase by 10% to 30%, particularly in the subtropical regions, while precipitation might decrease in tropical regions. This study is the first to analyze future changes in extreme indices from CMIP6 at a regional scale (across 15 regions) in Mexico, the southern United States, and Central America.

Master thesis

Centroamérica, CMIP6, escenarios SSP, extremos climáticos, intercomparación de modelos climáticos, México Central America, climate extremes, CMIP6, intercomparison of climate models, Mexico, SSP scenarios CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO OCEANOGRAFÍA OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04) OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04)

Dispersión horizontal y vertical en un modelo idealizado de la circulación inducida por el viento

Horizontal and vertical dispersion in an idealized wind-driven circulation model

José Rodrigo Barrientos Valencia (2023)

El estudio de la dispersión de materia flotante en el océano es fundamental para abordar problemas contemporáneos, como la contaminación por desechos y la distribución de nutrientes. Sin embargo, la distribución superficial horizontal no captura completamente la complejidad del problema, ya que muchos contaminantes, incluidos los plásticos, tienden a hundirse debido a la desintegración o a la adhesión de materiales que alteran su densidad. Este estudio se centra en la dispersión horizontal y vertical de trazadores pasivos en un océano turbulento impulsado por el viento. Se utilizan partículas sintéticas que son advectadas por un modelo Lagrangiano resolviendo la trayectoria de cada partícula mediante un método Runge-Kutta de 4 ◦ orden. Se exploran cuatro mecanismos de dispersión: (i) corrientes geostróficas a gran escala según el modelo clásico de Stommel, (ii) velocidad de Ekman, (iii) difusividad turbulenta debida a movimientos de submesoescala (simulados con una caminata aleatoria), y (iv) efectos inerciales relacionados con el tamaño y la flotabilidad del trazador. El estudio se divide en dos partes: primero, se examina la dispersión horizontal en superficie, y después se aborda el caso tridimensional mediante la inmersión de trazadores por bombeo de Ekman. Los principales resultados son: 1) con la deriva superficial de Ekman, las partículas convergen hacia una región alrededor del centro del giro de Stommel; sin embargo, dicha convergencia disminuye a medida que aumentan los efectos de la turbulencia; 2) considerando los efectos inerciales, aumentar la flotabilidad o el tamaño de las partículas provoca una convergencia mayor que la producida por la deriva de Ekman; 3) al incluir la velocidad vertical negativa, una baja difusividad turbulenta permite que los trazadores alcancen mayores profundidades porque permanecen más tiempo en regiones de mayor hundimiento.

The study of floating material dispersion in the ocean is crucial for addressing contemporary issues such as waste pollution and nutrient distribution. However, the horizontal surface distribution does not fully capture the complexity of the problem. Many pollutants, including plastics, tend to sink due to the disintegration or adhesion of materials altering their density. This study focuses on the horizontal and vertical dispersion of passive tracers in a turbulent, wind-driven ocean. Synthetic particles are advected using a Lagrangian model, with each particle’s trajectory solved using a fourth-order Runge-Kutta method. Four dispersion mechanisms are explored: (i) large-scale geostrophic currents based on the Stommel’s classical model, (ii) Ekman velocity, (iii) turbulent diffusivity due to submesoscale motions (simulated with a random walk), and (iv) inertial effects related to the tracer’s size and buoyancy. The study is divided into two parts: first, horizontal dispersion at the surface is examined, and then the three-dimensional scenario is addressed by immersing tracers through Ekman pumping. The key findings are as follows: 1) with surface Ekman drift, particles converge around the center of the Stommel gyre; however, this convergence decreases as turbulence effects increase; 2) considering inertial effects, increasing buoyancy or particle size results in greater convergence than that caused by Ekman drift; 3) when the vertical velocity is included, a low turbulent diffusivity allows tracers to reach greater depths because they remain longer times in regions of greater sinking.

Master thesis

circulación de Stommel, deriva de Ekman, partículas inerciales, dispersión de partículas, bombeo de Ekman Stommel circulation, Ekman drift, inertial particles, particle dispersion, Ekman pumping CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO OCEANOGRAFÍA OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04) OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04)

DESACTIVACIÓN DE FLUORESCENCIA COMO PRINCIPIO DE BIODETECCIÓN DE PROTEÍNAS

Edwin Johan Ortiz Riaño (2020)

"En nuestros días los inmunoensayos son la principal herramienta para el diagnóstico médico, el desarrollo de fármacos y el monitoreo medioambiental. Sin embargo, la mayoría de los inmunoensayos involucran procedimientos que requieren de muchos elementos para su desarrollo. En el presente trabajo, se desarrolló una novedosa plataforma de biosensado para la detección de IgG humana basada en el apagamiento de fluorescencia causada por el óxido de grafeno. Se utilizó solo un anticuerpo (conjugado con el fluoróforo isotiocianato de fluoresceína) en los procesos de captura y detección sin la necesidad de etapas de lavado. La simple plataforma de biosensado consiste en el recubrimiento de una microplaca de 96 pocillos (con fondo de poliestireno) con óxido de grafeno. La adhesión del óxido de grafeno es posible gracias a interacciones electrostáticas entre el óxido de grafeno (negativamente cargado) y la superficie de la placa modificada con grupos aminos (positivamente cargados). Cuando se agregó el analito y el anticuerpo (conjugado con el fluoróforo) se realizó una cinética durante dos horas con lecturas cada 5 minutos de la intensidad de fluorescencia, observando que cuanto mayor era la concentración del analito menor era el apagamiento de fluorescencia. Esta propuesta mostró una excelente detección para IgG humana, con una aceptable precisión (desde 0.27 % hasta 4.80 %). El límite de detección alcanzado fue 2.71 ng mL y el límite de cuantificación alcanzado fue de 15.5 ng mL. De igual forma, fue posible la cuantificación de concentraciones desconocidas del analito dentro de un rango aceptable de exactitud (desde 73 % hasta 126 %). Todo esto hace de esta plataforma de biosensado una buena opción para la detección de diversos tipos de analitos (biomarcadores) con potencial futuro en diagnóstico."

Master thesis

Inmunoensayo Plataforma de Biosensado Óxido de Grafeno Isotiocianato de fluoresceína Apagamiento de fluorescencia Límite de cuantificación Límite de detección CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

Quantum interference in the resonance fluorescence of a J = 1 / 2 − J ′ = 1 / 2 atomic system: Quantum beats, nonclassicality, and non-Gaussianity

HECTOR MANUEL CASTRO BELTRAN (2024)

We study theoretically quantum statistical and spectral properties of the resonance fluorescence of a single atom or system with angular momentum J=1/2−J′=1/2 driven by a monochromatic linearly polarized laser field, due to quantum interference among its two antiparallel π transitions. A magnetic field parallel to the laser polarization is applied to break the degeneracy (Zeeman effect). In the nondegenerate case, the π transitions evolve at different generalized Rabi frequencies, producing quantum beats in the intensity and the dipole-dipole, intensity-intensity, and quadrature-intensity correlations. For a strong laser and large Zeeman splitting the beats have mean and modulation frequencies given by the average and difference, respectively, of the Rabi frequencies, unlike the beats studied in many spectroscopic systems, characterized by a modulated exponential-like decay. Further, the Rabi frequencies are those of the pairs of sidebands of the Mollow-like spectrum of the system. In the two-time correlations, the cross contributions, i.e., those with products of probability amplitudes of the two π transitions, have a lesser role than those from the interference of the probability densities. In contrast, there are no cross terms in the total intensity. We also consider nonclassical and non-Gaussian properties of the phase-dependent fluorescence for the cases of weak to moderate excitation and in the regime of beats. The fluorescence in the beats regime is nonclassical, mainly from third-order dipole fluctuations, which reveal them to be also strongly non-Gaussian, and their quadrature spectra show complex features around the Rabi frequencies. For small laser and Zeeman detunings, a weak to moderate laser field pumps the system partially to one of the ground states, showing slow decay in the two-time correlations and a narrow peak in the quadrature spectra.

Article

CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA

Modelado y acoplamiento de la conductividad eléctrica e hidráulica a partir de tomografía de rocas

Modeling and coupling of electrical and hydraulic conductivity from rock tomography

Miguel Ángel Martínez Rodríguez (2022)

En este trabajo se emplearon técnicas de modelado numérico para simular el flujo de corriente eléctrica y de fluido a través de medios porosos con el fin de determinar el factor de resistividad y la permeabilidad, así como la distribución de los campos de densidad de corriente eléctrica y velocidad de flujo. Para el modelado de flujo eléctrico se desarrolló un algoritmo basado en diferencias finitas, mientras que para el modelado hidráulico se empleó una librería reportada en la literatura, basada en el método de redes de Boltzmann. En ambos esquemas de modelado se establecieron condiciones en la frontera poro-grano para modelar los procesos físicos exclusivamente en el espacio poroso. Los valores estimados de factor de resistividad y de permeabilidad, así como la porosidad, se emplearon para estudiar las correlaciones entre estas propiedades a través de relaciones petrofísicas. Para esto, se propuso una expresión que relaciona la permeabilidad y la porosidad y, empleando una relación existente entre el factor de resistividad y la porosidad, se propuso también una relación directa entre la permeabilidad y el factor de resistividad. Las relaciones propuestas fueron aplicadas a los valores numéricos obtenidos para paquetes de esferas generados numéricamente y se encontró que se ajustan mejor a los datos en comparación con las relaciones más comúnmente utilizadas, especialmente para porosidades altas. Se mostró también que estas relaciones petrofísicas toman la forma de las relaciones más comunes conocidas cuando se trata con porosidades bajas. Valores obtenidos de imágenes digitales de un paquete de esferas sintético y una muestra de dolomita mostraron que las expresiones para porosidades bajas son suficientes para ajustar datos de medios porosos con porosidades menores a un valor entre 0.3 y 0.4. Finalmente, se analizaron el factor de resistividad, la permeabilidad, las relaciones petrofísicas, y las distribuciones espaciales y estadísticas de los campos vectoriales de flujo se analizaron para comparar los fenómenos de transporte eléctrico e hidráulico, encontrando que algunos factores, como la porosidad efectiva, son importantes en ambos fenómenos de flujo; mientras que otros, como la adherencia del fluido a las paredes del poro, son particularmente relevantes para el flujo hidráulico.

In this work, numerical modeling techniques were used to simulate the flow of electric current and fluid through porous media in order to determine the resistivity factor and permeability, as well as the distribution of electric current density and flow velocity fields. For electric flow modeling, an algorithm based on finite differences was developed, while for hydraulic modeling, a library reported in the literature, based on lattice Boltzmann method, was used. In both modeling schemes, pore-grain boundary conditions were established to model the physical processes exclusively in the pore space. The estimated values of resistivity factor and permeability, as well as porosity, were used to study the correlations between these properties through petrophysical relationships. An expression relating permeability and porosity was proposed and, using an existing relationship between the resistivity factor and the porosity, a direct relation between permeability and resistivity factor was also proposed. The proposed relations were applied to data obtained for numerically generated sphere packs and were found to fit the data better than the most commonly used relationships, especially for high porosities. It was also shown that these petrophysical relationships take the form of the most common relationships known when dealing with low porosities. Modeling data on digital images of a synthetic sphere pack and a dolomite sample showed that the expressions for low porosities are sufficient to fit data from porous media with porosities lower than 0.3 to 0.4. Finally, resistivity factors, permeabilities, petrophysical relationships, and spatial and statistical distributions of flow vector fields were analyzed to compare electrical and hydraulic transport phenomena, finding that some factors, such as the effective porosity, are important in both flow phenomena; whereas some other, such as the pore-wall adherence, are particularly relevant to hidraulic flux.

Master thesis

Física de rocas, modelado numérico, relaciones petrofísicas, fenómenos de transporte, factor de resistividad, permeabilidad, porosidad, tomografía de rocas, campos vectoriales, distribución estadística Rock physics, numerical modelling, petrophysical relations, transport phenomena, resistivity factor, permeability, porosity, rock tomography, vector fields, statistical distribution CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA GEOFÍSICA DE LA MASA SÓLIDA TERRESTRE GEOFÍSICA DE LA MASA SÓLIDA TERRESTRE

Topical issue on dynamics and photodynamics: from isolated molecules to the condensed phase

RAMON HERNANDEZ LAMONEDA (2023)

The well-established and rapidly expanding field of molecular processes in excited systems, facilitated

by the use of light sources, garners significant research interest from numerous experimental and theoretical groups worldwide. This highly interdisciplinary field establishes extensive connections with atomic, molecular and optical physics, astrophysics, biophysics, physical chemistry, solid-state physics and even molecular biology. The present topic provides an advanced overview of research activities in cutting-edge areas such as ultrafast lasers, nanoscale systems, atomic and molecule collisions on surfaces and molecular photofragmentation processes. The contributions to this subject encompass experimental, theoretical and computational studies conducted both at the fundamental level, exploring elementary mechanisms, and at a more applied level, addressing the requirements of diverse applications in nanotechnology and materials science.

Article

CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA

Study of modal coupling in tapered optical fibers

LUIS ALEJANDRO HERRERA PIAD (2019)

La comunicación por fibra óptica es una forma de transmitir información mediante el envío de pulsos de luz a través de una fibra óptica. Desarrollados por primera vez en la década de los 70s, los sistemas de comunicación de fibra óptica han revolucionado la industria debido a sus ventajas sobre la transmisión eléctrica. Las tecnologías de telecomunicaciones y láseres se han relacionado recientemente con fibras de pocos modos, de área modal grande y multimodo. Más específicamente, se han propuesto linternas fotónicas, combinadores de fuentes y fibras multimodo para láseres de alta potencia y comunicaciones. Otro dispositivo que se usa frecuentemente en los láseres, sensores y otras sistemas de comunicaciones es la fibra óptica cónica o estrechada. Fue necesario maximizar la potencia óptica recolectada en una guía de onda desde el campo de difracción de un láser semiconductor; por lo tanto, la técnica de mapeo permitió la remodelación del campo capturado en el modo fundamental de la guía de onda de salida. Además, los sensores de fibra estrechada son capaces de medir diversas variables como índice de refracción, tensión, campo magnético, temperatura y señales acústicas. En comparación con las estructuras de fibra convencionales, las fibras ópticas estrechadas pueden proporcionar una serie de características útiles como un gran campo evanescente, capacidad de confinamiento, diámetro a pequeña escala y generación de supercontinuo, entre muchas otras. En este trabajo se propone una investigación sobre la interacción modal en fibras ópticas estrechadas para observar este dispositivo bajo diversos cambios físicos con el objetivo de proponer la geometría óptima que se implementará en las aplicaciones de detección y láseres de nuestro laboratorio.

Doctoral thesis

CIS- Doctorado en Ingeniería Eléctrica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Fibra óptica Óptica Física Tapered optical fibers Modal coupling

THEORETICAL STUDY OF MULTIPARTITE QUANTUM CORRELATIONS IN A NON-LINEAR SYSTEM

Héctor Rodríguez-Nava (2023)

"Se estudió teóricamente un Hamiltoniano que describe dos procesos paramétricos en un cristal no-lineal que, bajo condiciones geométricas específicas, generan correlaciones cuánticas no locales en cuatro modos de luz en las cantidades llamadas cuadraturas del campo. Se utilizaron dos metodologías para este estudio: métodos de espacio fase y ecuaciones de evolución de Heisenberg. Ambas técnicas generaron sistemas de ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento dinámico de los operadores de creación y aniquilación de los cuatro modos de luz. Estos valores se utilizaron para certificar las correlaciones cuánticas por medio de testigos de enredamiento y steering."

Master thesis

Fotónica Óptica cuántica Enredamiento Correlaciones cuánticas Métodos de espacio fase Ecuaciones diferenciales estocásticas Steering CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

El uso del NIRS como alternativa viable en el análisis químico en dietas para alimento animal El uso del NIRS como alternativa viable en el análisis químico en dietas para alimento animal

Yuneisy Milagro Agüero Fernández Edilmar Cortés Jacinto FERNANDO VEGA VILLASANTE Manuel Alejandro Vargas Ceballos MIRIAM VICTORIA MARTIN MANZO (2021)

"El análisis de la composición química de los insumos utilizados en la preparación de alimentos para producción animal es relevante dentro del proceso productivo. La medición de la reflectancia en el espectro infrarrojo cercano en los alimentos ha permitido describir la composición química de los mismos. La técnica que se emplea para estas mediciones se conoce como Espectroscopía de Reflectancia en el Infrarrojo Cercano, también conocida como NIRS (por sus siglas en inglés, Near Infrared Reflectance Spectroscopy)."

Article

reflectancia, infrarrojo, alimento, muestras, ventajas CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA CIENCIAS AGRARIAS PRODUCCIÓN ANIMAL NUTRICIÓN NUTRICIÓN

OPTICAL PROPERTIES OF BLUE PHOSPHORENE CONSIDERING MANY-BODY EFFECTS

Juan Jose Nava (2023)

"The electronic band structure of blue phosphorene was obtained by using Density Functional Theory within the Generalized Gradient Approximation. It is observed, based on its band structure, that blue phosphorene shows a semiconducting nature, with an indirect band gap. The energy corrections to the bands were calculated in a specific set of k points within the irreducible Brillouin zone by employing the GW approximation and the complete quasiparticle band structure was determined by using maximally-localized Wannier functions. The excitonic spectrum is obtained and compared with both the independent-particle and GW optical response."

Master thesis

DFT Primeros principios BSE GW Función dieléctrica CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA