¡Texto completo! - Instituto Francés de Estudios Andinos
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1. Pampa E Pampa 12 AA tt 6 110 115 120 125 130 87 89 91 Fig 2 Comparaci n de la temperatura m nima diaria del cultivo en los camellones y en la Pampa a serie temporal en 1994 23 de abril 10 de mayo b serie temporal en 1995 30 de marzo 11 de abril 5 de Abril Temperatura del cultivo medida C w camellones 3 4 H 19 22 1 4 7 Tiempo hr Fig 3 Para un d a t pico 5 de abril de 1995 variaci n nocturna de la temperatura del cultivo medida en el sistema de camellones comparada con la misma temperatura medida en la parcela de control Pampa y la misma temperatura medida en la parcela de control Durante la segunda mitad de la noche la temperatura del cultivo se encuentra sistem ticamente m s alta en el sistema de camellones resaltando claramente as su papel de mitigaci n de heladas En las figuras 4a y 4b se ve claramente que durante toda la noche la temperatura del agua est mucho m s alta que la temperatura del aire sea al nivel de referencia clim tica o al nivel del cultivo con una diferencia del orden de 10 C Existe por consiguiente una transferencia de calor en el aire del agua de los canales hacia el cultivo S nchez de Lozada etal 1998 demonstraron experimentalmente que latransferencia de calor ocurre esencialmente en el aire y no en el suelo el flujo de calor en el suelo de los canales hacia las plataformas no es suficiente como para contri2. suka kollo Estos camellones la infraestructura agr cola m s antigua en Am rica del Sur Erickson 2000 consisten en una serie de plataformas de tierra rodeadas por canales de agua y ordenadas en haces de hileras paralelas entre s Se construyen cavando canales y redistribuyendo la tierra en forma de plataformas sobre elevadas con respecto a la superficie original del suelo Fig 1 Los cultivos se instalan sobre las plataformas de tierra y los canales circundantes est n conectados con entradas y Fig 1 Vista de camellones en la regi n del Lago Titicaca 380 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER salidas de agua Canahua amp Larico 1992 La mayor extensi n de antiguos camellones se encuentra en la regi n del lago Titicaca con m s de 100 000 ha D az amp Vel zquez 1992 a una distancia no mayor de 30 km de sus riberas frecuentemente limitada a zonas bajas con riesgo de inundaci n Hubo diferentes pocas de construcci n desde el primer milenio AC con diferentes pocas de abandono posiblemente relacionadas con factores pol ticos y clim ticos Erickson 1988 Bouysse ef al 1992 En la regi n de Tiahuanacu por ejemplo los camellones fueron abandonados alrededor de 1000 a os DC despu s de haber hecho posible el establecimiento de una densa poblaci n En los ltimos a os sin embargo se ha desarrollado programas para la re introducci n y reconstrucci n de estos sistemas de camellones tales co
3. CHURA E CARI A CA AHUA A VACHER J J amp D AZ C 1992 Variaci n de la temperatura m nima en agrosistemas de camellones In I Producci n agricola 51 69 Puno Per Programa Interinstitucional de Waru Waru PIWA DIAZ C amp VEL ZQUEZ E 1992 Inventario de Infraestructuras Agr colas Andinas en Puno Per In Avances de Investigaci n sobre la tecnolog a de Waru Waru 17 38 DU PORTAL D 1993 tudes des gel es sur I Altiplano Bolivien M moire de DAA ENSA M Montpellier France 58p LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 395 DURAN C 1992 Habilitaci n de terrenos no aptos para la agricultura mediante la construcci n de camellones en la regi n de Caquiaviria T sis Ing Agr nomo UMSA La Paz Bolivia 251p ERICKSON C L 2000 An artificial landscape fishery in the Bolivian Amazon Nature 408 190 193 ERICKSON C L 1988 Raised field agriculture in the Lake Titicaca bassin putting ancient Andean agriculture back to work Expedition 30 3 8 16 ERICKSON C L 1986a Waru waru una tecnolog a agr cola del Altiplano pre hisp nico In Andenes y Camellones en el Per Andino C de la Torre amp M Burga Eds 59 84 Lima CONCYTEC ERICKSON C L 1986b Agricultura en camellones en la cuenca del Lago Titicaca aspectos t cnicos y su futuro In Andenes y Camellones en el Per Andino C de la Torre amp M Burga Eds 331
4. 005 m s y 2 5 sin dimensi n La resistencia aerodin mica entre el sustrato la superficie del agua y la altura de fuente de la cubierta vegetal d z se define como la integral del inverso de la difusividad turbulenta sobre el intervalo de altura z d z Choudhury amp Monteith 1988 r o a A 4 2 2 2 3 z exp amp donde K z es el valor de la difusividad turbulenta a la altura z de la cubierta vegetal La altura de rugosidad del sustrato 2 es calculada como el valor medio de las alturas de rugosidad del suelo y del agua libre En la formulaci n de la resistencia aerodin mica dentro de la cubierta Ec 2 3 se supone implicitamente que el agua y el suelo est n al mismo nivel Sin embargo los canales generalmente no est n llenos de agua y por consiguiente el nivel del agua est m s bajo El calor y el vapor de agua transferidos del agua hacia el aire tienen que atravesar m s distancia que se debe tomar en cuenta por medio de una resistencia adicional sumada la resistencia aerodin mica r Por falta de una teor a adecuada se utiliza un enfoque puramente emp rico para parametrizar esta resistencia Se supone que es proporcional a la diferencia de nivel entre el suelo y el agua profundidad del canal d menos la profundidad del agua d y inversamente proporcional a la velocidad del viento y a la anchura del canal w Taw ex 7 Ba dy WyUg 2 4 En efecto es logico supo
5. Increasing water depth also LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 379 improves frost mitigation but conversely a deeper canal with the same level of water has a negative impact Leaf area index LAI and crop height both have a positive impact on frost mitigation The marginal benefit however is very small when LAI is greater than 1 Higher wind velocity or higher air relative humidity also enhances the frost mitigation effect Key words Andean riased field altiplano frost mitigation modelling heat dynamic crop temperature INTRODUCCI N La agricultura en el altiplano de Bolivia y Per se enfrenta a muy severas condiciones clim ticas Ubicada a m s de 3800 m sobre el nivel del mar esta regi n se caracteriza por sequ as heladas y granizadas frecuentes en el transcurso del crecimiento de los cultivos de octubre a abril Las poblaciones nativas sin embargo fueron capaces de desarrollar una agricultura pr spera gracias a t cnicas espec ficas adaptadas a las condiciones locales tales como los andenes en complemento a un control vertical de un m ximo de pisos ecol gicos Murra 1975 y al uso de la biodiversidad de cultivos andinos Vacher 1998 Dentro de estas t cnicas existe un sistema particular de manejo del suelo y del agua llamado camellones o campos levantados raised fields en ingl s y ados en franc s En Quechua se lo denomina waru waru y en Aymara
6. a aproximadamente 40 km de La Paz y 15 km de la orilla del lago y a una altura de aproximadamente 3850 m sobre el nivel del mar La precipitaci n media annual es de 590 mm 80 de la lluvia cayendo durante la temporada de cultivo de noviembre a abril Las heladas pueden ocurrir casi todo el a o Los suelos son franco arcillosos a arcillosos Alrededor de ocho hect reas de camellones de tipo lineal fluvial fueron construidos entre 1992 y 1994 La red de canales estaba conectada con el r o Sini 382 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER Jahuira que serv a para mantener agua en los canales cuyo nivel era reajustado cada 3 6 4 d as Una parcela de control llamada parcela de la Pampa estaba ubicada a 300 m de las parcelas de camellones A fin de tener las mismas condiciones meteorol gicas sobre ambas parcelas se evit toda heterogeneidad topogr fica entre los dos sitios Los camellones con una orientaci n Norte Sur ten an una longitud de 50 m El ancho de la plataforma w era de 4 y el del canal w de 2 La profundidad de los canales 4 era de 1 2 con una secci n aproximadamente rectangular y con una profundidad mediana del agua d de 0 8 m Los experimentos se realizaron al final de la campa a agr cola durante los meses de marzo y abril per odo durante el cual las heladas radiativas generan da os muy severos Al inicio de noviembre se sembr un cultivo de papa Solanum tuberosum ssp andigena var Sani
7. agua de las lluvias y se secan en el invierno Tienen dos dise os b sicos circular o rectangular y las aguas se manejan por un canal de desag e Flores amp Paz 1986 La primera funci n de los camellones es evidentemente el control del agua y el aprovechamiento de las tierras pantanosas o inundables como las que se encuentran cerca de lagos o r os No obstante suministran otros beneficios tales como el riego durante per odos de sequ a superficial por acci n manual del hombre o sub superficial por infiltraci n lateral pasiva en el suelo a partir de los canales la mitigaci n de heladas durante noches con enfriamiento radiativo y la producci n de abono natural Erickson 1986a 1986b Grace 1988 Para Smith et al 1968 no es tan claro si fueron construidos para lograr el drenaje o la conservaci n del agua con vista a la irrigaci n o la mitigaci n de heladas La conservaci n del agua es importante para poder regar en caso de d ficit de lluvia y sembrar en la poca m s propicia ya que los riesgos de sequ a son muy altos en la regi n as como los de heladas que destruyen los cultivos durante la estaci n de crecimiento Si el proceso de riego superficial en los camellones por gravedad o por capilaridad es evidente el mecanismo f sico responsable del efecto de mitigaci n de heladas no es tan claro Al menos tres mecanismos han sido avanzados para explicar la mitigaci n de heladas Kolata amp Ortloff 1989 sugieren que l
8. as El LAI tiene tambi n un impacto claramente positivo sobre la mitigaci n de heladas Fig 10b sobre todo entre 0 y 2 Cuando el LAI var a de 0 a 2 la temperatura m nima del cultivo aumenta de aproximadamente 3 C variaci n muy significativa Se puede explicar este efecto global por el hecho de que el aumento de la altura e ndice foliar del cultivo tiende a disminuir las resistencias aerodin micas encima y dentro de la cubierta vegetal y eso 392 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER a b g g 5 z 5 de Marzo 2 3 3 3 2 5 de Marzo 50 5 0 E E E E 5 5 5 2 1 2 2 de Abri a E 2 de Abril o e 4 4 4 H 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 Ancho de la plataforma m Ancho del canal m 2 4 2 9 2 21 3 0 5 Nos Marzo 3 3 Tv A ass 2 F E 24 3 3 5 2 2 Abril 2 2 de Abril E 4 4 4 4 0 0 0 5 1 0 15 00 0 5 10 15 20 Profundidad del agua m Profundidad del canal d d w Fig 9 Temperatura m nima del cultivo alcanzada durante dos noches 5 de marzo 2 de abril de 1995 en funci n de las caracter sticas geom tricas de los camellones todas las dem s condiciones siendo iguales w 4 w 2 d 1 5 d 10 z 0 5 L 2 a ancho de la plataforma w b ancho del canal profundidad del agua d d profundidad
9. de vegetaci n ha sido desarrollado para representar y analizar este sistema El modelo 394 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER calcula simult neamente la variaci n nocturna de la temperatura del cultivo y del agua a partir de los datos meteorol gicos a un nivel de referencia y de la temperatura inicial del agua El efecto conjunto del calor sensible transferido del agua de los canales hacia el cultivo y del agua condensada sobre las hojas como consecuencia de una humedad del aire m s alta por la evaporaci n de los canales llega a tener un impacto sustancial de mitigaci n sobre las heladas radiativas nocturnas impacto que depende de las caracter sticas geom tricas del sistema El modelo muestra que un canal m s ancho o una plataforma m s estrecha tienen un impacto positivo sobre la temperatura m nima del cultivo alcanzada durante la noche Incrementar la profundidad del agua mejora tambi n la mitigaci n de las heladas pero levemente A la inversa un canal m s profundo con la misma profundidad de agua tiene un impacto negativo lo que confirma en este caso que el drenaje de aire fr o hacia los canales no es el mecanismo f sico pertinente responsable del efecto de mitigaci n En cuanto a las caracter sticas del cultivo altura y LAI ambas tienen un impacto positivo cuando se incrementan facilitando de una cierta manera la transferencia del calor de los canales y del aire hacia el cultivo Un aumento de la velocidad del
10. escribe para la capa de sustrato agua de los canales con el ndice w water pero con un t rmino adicional de evaporaci n nocturna Al anochecer el agua libre que llena los canales est generalmente mucho m s caliente que el suelo y su temperatura disminuye lentamente en el transcurso de la noche como consecuencia de las p rdidas radiativas conductivas y convectivas En este caso adem s del balance de radiaci n del flujo conductivo de calor que circula del canal hacia el suelo la energ a disponible del agua 4 debe involucrar la variaci n temporal de la cantidad de calor almacenada en el agua Entonces el balance de energ a se escribe 6 dt Podemos escribir tambi n dos ecuaciones de conservaci n que especifican que el flujo total que entra o sale del sistema es la suma de las contribuciones de cada capa Para el calor sensible y el calor latente tenemos respectivamente AE E 2 3 Estas ecuaciones son detalladas en el anexo 1 los flujos convectivos siendo escritos en funci n de las temperaturas presiones de vapor y resistencias siguiendo el esquema de la figura 6 Las energ as disponibles del cultivo y del agua deben ser ponderadas por el rea relativa de cada superficie Lhomme amp Chehbouni 1999 Para un sistema de campos infinitamente largos con plataformas de ancho w bordeadas con canales rectangulares de ancho w el re
11. mitigaci n de heladas es recomendable tener canales profundos y llenos de agua La figura 9d muestra la variaci n de en funci n de la profundidad del canal 4 para una profundidad constante de agua 4 1 Revela que un canal m s profundo con la misma cantidad de agua tiene un efecto negativo sobre la mitigaci n de heladas Es la resistencia adicional 7 e proporcional a 4 d Ec 2 4 que explica porque disminuye cuando aumenta ya que esta resistencia tiende a limitar la transferencia de calor del agua hacia el cultivo El costo marginal de un canal m s profundo sin embargo es realmente significativo solamente para valores bajos de d d T disminuye mucho m s cuando 4 d var a de 0 a 0 5 m que cuando var a de 0 5 m a 2 m 3 2 Impacto de las caracteristicas del cultivo y de las condiciones meteorol gicas Unprocedimiento similar al precedente es utilizado para estudiar el impacto de las caracter sticas f sicas del cultivo altura LAI sobre la mitigaci n de heladas Utilizando los datos meteorol gicos de varias noches se ha corrido el modelo sucesivamente variando solamente uno de estos dos par metros todos los dem s par metros siendo iguales La figura 10a muestra que el efecto de la altura de las plantas sobre la temperatura m nima del cultivo es globalmente positivo Cuando la altura del cultivo var a de 0 1 a 2 m la temperatura m nima aumenta de 1 a casi 3 C seg n los d
12. platforms surrounded by water canals Crops are grown on the platforms and water level in the canals is controled through inlet and outlet ditches An important and widely recognized benefit of this system of management is its contribution to frost mitigation during the growing season An experiment has been conducted a system of raised fields in the Lake Titicaca region with the goal ofquantifying the phenomenon and specifying the physical processes responsible for the mitigation effect A potato crop was grown on the platforms of the raised fields and the same crop was grown on a control plot in the Pampa Experimental results show that during the night i water temperature is much greater than the temperature of the crop on the platforms 11 crop temperature is always greater 1 2 degrees on the platforms than on the control plot in the Pampa A physical process based model adapted from a two layer transfer scheme of the Shuttleworth Wallace type a vegetation layer and a substrate layer of water is presented to explain the mitigation effect The model specifies the role played by the canals in the nocturnal heat dynamics and the night time variation of crop temperature The mitigation effect is due to heat emanating from the canals and to water condensation on the leaves When used in a predictive way the model shows that wider canals and narrower platforms have a positive impact on the minimum crop temperature reached during the night
13. radiaci n incidente de onda larga Ec 7 Fecha DDS TACO LAO OOO 4 de marzo 108 16 2 2 4 9 3 19 3 1 10 5 de marzo 109 16 7 0 0 8 4 19 4 1 03 14 de marzo 118 15 0 4 5 9 8 14 9 1 33 2 de abril 137 17 0 0 6 8 8 15 5 1 26 5 de abril 140 17 7 0 6 8 6 15 6 1 24 9 de abril 144 18 0 0 9 8 6 17 1 1 10 10 de abril 145 18 7 2 5 8 1 15 8 1 22 dia despu s de la siembra LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 389 la nubosidad se ajust un valor medio de a los datos experimentales medidos sobre el sitio de la Pampa Para cada noche de medici n el valor medio de u retenido es el que minimiza la RMSE Root Mean Square Error entre la temperatura del cultivo T calculada por la Ec 8 y la temperatura del cultivo medida Los valores obtenidos aparecen en la Tabla 1 m s nublado est el cielo m s alto est el coeficiente Otro par metro calibrado es el coeficiente de intercambio de calor en la Ec 6 Usando los datos de la primera noche 4 de marzo la RMSE entre la temperatura del agua calculada por el modelo T y la temperatura del agua medida 10 cm debajo de la superficie 7 ha sido minimizada el valor obtenido es 35 W m Se dan m s detalles al respecto en Lhomme amp Vacher 2002 En la comparaci n entre el modelo y el experimento tenemos que subrayar que la temperatura del cultivo calculada representa la temperatura media de las hojas mient
14. viento o de la humedad del aire igualmente incrementa el efecto de mitigaci n Ahora que antiguas superficies de waru waru est n rehabilitatas sobre el altiplano andino y que se est n construyendo nuevas el modelo de base f sica presentado en este estudio deber a revelarse til en sus dise os pr cticos ya que permite estimar para condiciones meteorol gicas dadas el efecto de la geometr a de los camellones sobre la temperatura m nima del cultivo Referencias citadas BOUYSSE T MORLON P MOURGUIART P amp WIRMANN D 1992 Agricultura sociedad y medio natural en la cuenca del Titicaca Tres mil a os de relaciones n Actas del VII Congreso Internacional sobre Cultivos Andinos Vacher J J and Morales eds 383 388 La Paz BRUTSAERT W 1982 Evaporation into the Atmosphere 299p Dordrecht The Netherlands Kluwer Academic Publishers CANAHUA MURILLO A amp LARICO MAMANI L 1992 Manual t cnico de waru waru para profesionales y t cnicos 305p Puno Per Programa Interinstitucional de Waru waru PIWA CARI CHOQUEHUANCA A CAMACHO ARCE C 1992 Principios t cnicos para la reconstrucci n y producci n agr cola en waru waru I Suelos y agua 199p Programa Interinstitucional de Waru waru PIWA Puno CHOUDHURY B J amp MONTEITH J L 1988 A four layer model for the heat budget of homogeneous land surfaces Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 114 373 398
15. 350M Lima CONCYTEC FLORES OCHOA J A amp PAZ FLORES P 1986 La agricultura en lagunas qocha n Andenes y Camellones en el Per Andino C de la Torre M Burga Eds Lima CONCYTEC GRACE B 1988 El clima del Altiplano Departamento de Puno Per 182p Convenio Per Canada Estaci n Experimental Per KOLATA A L amp ORTLOFF C 1989 Thermal analysis of Tiwanaku raised fields in the Lake Titicaca basin of Bolivia Journal of Archaeological Science 16 233 263 LHOMME J P amp CHEHBOUNI A 1999 Comments on dual source vegetation atmosphere transfer models Agricultural and Forest Meteorology 94 269 273 LHOMME J P amp VACHER J J 2002 Modellingnocturnal heat dynamics and frost mitigation in Andean raised field systems Agricultural and Forest Meteorology 112 179 193 MCNAUGHTON K G amp VAN DEN HURK B J J M 1995 A Lagrangian revision of the resistors in the two layer model for calculating the energy budget of a plant canopy Boundary Layer Meteorol 74 261 288 MONTEITH J L amp UNSWORTH M H 1990 Principles of Environmental Physics 247p Londres E Arnold MORLON P 1992 R duction des risques climatiques par les am nagements l exemple des gel es sur l Altiplano In Comprendre l Agriculture Paysanne dans les Andes Centrales P Morlon Ed 265 277 Paris INRA MORRIS A 1999 The agricultural base of the pr
16. Bull Inst fr tudes andines 2003 32 2 377 399 LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO Jean Paul LAOMME Jean Joinville VACHER Resumen El sistema de camellones o waru warus es una antigua t cnica agr cola de manejo del suelo y del agua En los tiempos prehisp nicos era muy frecuente en la regi n del lago Titicaca Consiste esencialmente en una serie de plataformas de tierra rodeadas por canales de agua Las plantas se cultivan sobre las plataformas y el nivel del agua en los canales puede controlarse a trav s de entradas y salidas de agua Un beneficio importante y ampliamente reconocido de este sistema de manejo en el altiplano es su contribuci n a la mitigaci n de heladas nocturnas durante la campa a agr cola Con el objetivo de cuantificar este fen meno y describir los procesos f sicos responsables de la mitigaci n se ha realizado un experimento en la regi n del lago Titicaca sobre un sistema de camellones cultivado con papas compar ndolo con una parcela testigo en la Pampa Se presentan resultados experimentales que evidencian por una parte el valor elevado de la temperatura del agua con respecto a la del cultivo sobre las plataformas y por otra una temperatura de cultivo siempre mayor 1 2 grados en los camellones que en la Pampa Conjuntamente se presenta un modelo mecan stico adaptado de un esquema de transferencia bi capa de tipo Shuttleworth Wallace una c
17. Imilla en la parcela de camellones y en la parcela de control Pampa En la poca de las mediciones el cultivo ten a sobre ambos sitios una altura media de 0 5 m con un LAI alrededor de 2 Durante los dos a os no hubo efecto de sequ a perceptible sobre la parcela de la Pampa debido a una estaci n de lluvia relativamente abundante Se coloc una estaci n meteorol gica Campbell Scientific en el medio de cada sitio camellones y parcela de control para medir la temperatura del aire la humedad del aire y la radiaci n solar a una altura de 2 m sobre el nivel del suelo Se usaron sensores de humedad relativa Vaisala HMP35C L Las diferencias en los valores registrados en ambos sitios siendo muy peque as se utilizaron sistem ticamente como referencias clim ticas los promedios de los dos valores de La velocidad del viento a la altura de referencia se midi solamente el segundo a o sobre el sitio principal camellones con un anem metro Victor tipo A 100R Ambos a os se midieron las temperaturas del aire dentro del cultivo T a una altura de 10 cm en cada sitio cada vez con dos replicas utilizando sondas de temperatura de tipo Campbell Scientific 107B El segundo a o se midi tambi n la temperatura del agua T por medio de dos de estos sensores colocados 10 cm bajo la superficie del agua Los datos estaban registrados cada minuto y promediados sobre periodos de 15 minutos por medio de dos data logg
18. UR060 213 rue La Fayette 75010 Paris France 378 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER L ATT NUATION DES GEL ES DANS LES ADOS DE L ALTIPLANO ANDIN R sum Le syst me des ados ou waru warus est une ancienne technique agricole qui tait tr s fr quente dans la r gion du lac Titicaca l poque pr hispanique Elle consiste essentiellement en une s rie de plateformes de terre sur lev es entour es par des canaux Les plantes se cultivent sur les plateformes et le niveau d eau dans les canaux est contr l par les entr es et sorties Un b n fice important et largement reconnu de ce syst me de culture sur l altiplano est sa contribution l att nuation des gel es nocturnes durant la campagne agricole Dans le but de quantifier ce ph nom ne et de d crire les processus physiques responsables de cette att nuation une exp rimentation a t conduite dans la r gion du lac Titicaca en comparant un syst me d ados cultiv s avec des pommes de terre avec une parcelle t moin dans la Pampa Les r sultats exp rimentaux mettent en vidence d une part la valeur lev e de la temp rature de l eau par rapport celle de la culture sur les plateformes d autre part une temp rature de la culture toujours plus lev e 1 2 degr s dans les ados que dans la Pampa On pr sente galement un mod le m caniste adapt d un sch ma de transfert bi couche de type Shuttleworth Wallace une couche re
19. Wallace no se adapta bien al sistema de camellones si el nivel del agua dentro de los canales est demasiado bajo Cuando es el caso se debe tener en cuenta de una cierta manera la diferencia de nivel entre las dos superficies suelo y agua Este punto se discute en el anexo 2 El modelo con todos sus detalles matem ticos ha sido ya publicado en un art culo en ingl s Lhomme amp Vacher 2002 Consecuentemente damos aqu solamente las ecuaciones b sicas que permiten entender la estructura del modelo Las personas interesadas en la parte de modelaci n podr n reportarse al art culo citado para m s detalles Calor sensible Calor latente T Altura de referencia camellones 386 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER 2 1 Ecuaciones b sicas El balance de energ a de la capa de vegetaci n se escribe de la siguiente manera A R G H 0 A es la energ a disponible del cultivo R es la radiaci n neta G el flujo de conduccion del calor en el suelo H el flujo de calor sensible AE el flujo de calor latente de cambio de estado Se supone que la vegetaci n no evapora durante la noche lo que significa que 0 Pero cuando la temperatura del cultivo se vuelve m s baja que la temperatura del punto de roc o del aire en la cubierta vegetal puede ocurrir un dep sito de roc o o escarcha En este caso hay que tomar en cuenta el flujo adicional de calor latente Una ecuaci n similar se
20. a causa LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 381 principal es la transferencia de calor por conducci n en el suelo de los canales hacia las plataformas Algunos autores Riley amp Freimuth 1979 Morlon 1992 consideran que es el drenaje de aire fr o de las plataformas hacia los canales que constituye el proceso f sico principal responsable de la mitigaci n de heladas La diferencia de niveles altura entre camellones y canales permite que las masas de aire fr o por su mayor densidad y peso se deslicen del terrapl n al canal Cari amp Camacho 1992 Para este prop sito cabe se alar sin embargo que la presencia de agua en los canales no es necesaria No obstante la mayor a de los autores acuerdan considerar que la mitigaci n de heladas es principalmente la consecuencia del calor liberado por el agua en el aire Smith ef al 1968 Erickson 1986a Morris 1999 El agua de los canales actuar a como un amortiguador t rmico que evita o aten a los efectos de las heladas La cantidad importante de calor almacenada dentro de los canales durante el d a debido al calor espec fico elevado del agua y la intensa radiaci n solar ser a responsable de este efecto El reciente y detallado estudio experimental de la din mica del calor en los camellones por S nchez de Lozada et al 1998 confirma este hip tesis Muestra claramente que el efecto de mitigaci n de heladas es esencialmente la consecu
21. a profundidad de referencia C temperatura del agua de los canales C an Y temperatura del aire a la altura de fuente Temperatura aerodin mica de superficie C velocidad del viento a la altura de referencia m s SS 3 volum n de agua por unidad de rea total m m ancho de la plataforma m a ancho del canal m longitud de rugosidad de la cubierta vegetal m S altura de la cubierta vegetal m N N N gt altura de referencia sobre el nivel del suelo 2 m en S mbolos griegos coeficiente en la Ec 2 4 que define r sin dimensi n constante psicrom trica Pa K B Y E emisividad de la vegetaci n 0 97 E emisividad del agua 0 97 calor latente de vaporizaci n J kg AE flujo de calor latente W u coeficiente emp rico en la Ec 7 que define R sin dimensi n p densidad del aire kg P densidad del agua kg m o constante de Stefan Boltzmann 5 67 x 10 W 400 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER Jean Pierre Lavaud La dictadura minada UMSS plural Institut Fran ais d tudes Andines CESU PLURAL Editores Pedidos IFEA Casilla 18 1217 Lima 18 Per Tel 447 60 70 Fax 445 76 50 E mail postmaster ifea org pe Web http www ifeanet org
22. a relativa del cultivo y del agua son respectivamente w w w y w w w Durante la noche suponiendo que el flujo de calor del suelo es una fracci n c c gt 0 de la radiaci n neta la energ a disponible del cultivo se escribe con expresado en Kelvin Ac w MWe Wy Ra OTS 4 donde es la radiaci n incidente de onda larga es la emisividad del cultivo y es la constante de Stefan Boltzmann La energ a disponible del agua se detalla de la siguiente manera Aw ww We Wy JE w Ra oT Gy Pu Cys w dT dt 5 LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 387 donde es la emisividad del agua dT df es la variaci n de la temperatura del agua por unidad de tiempo es el volumen de agua por unidad de superficie es la densidad del agua y c es el calor espec fico del agua Para un sistema de plataformas infinitamente largas bordeadas con canales rectangulares V se escribe V wd w w donde d representa la profundidad del agua en los canales En cuanto al flujo de calor transferido por conducci n puede escribirse Gy hay Ts E Ts 6 donde T es la temperatura del suelo a una profundidad de referencia suficientemente profunda para que sea considerada como constante y independiente de las fluctuaciones diarias La temperatura T ser considerada como igual a la temperatura media registrada a la altura de referencia E encima de la cubierta v
23. apa de vegetaci n y un sustrato de agua El modelo precisa el papel que juegan los canales en la din mica del calor y por lo tanto en la variaci n de la temperatura del cultivo durante la noche El efecto de mitigaci n se debe al flujo de calor que emana del agua y a menudo tambi n a la condensaci n del vapor de agua sobre las hojas del cultivo Utilizando el modelo de manera predictiva se muestra que canales m s anchos o plataformas m s estrechas tienen un impacto positivo sobre la temperatura m nima del cultivo alcanzada durante la noche Aumentar la profundidad del agua mejora tambi n la mitigaci n de heladas pero a la inversa un canal m s profundo con el mismo nivel de agua tiene un impacto negativo Aumentar el ndice de rea foliar LAI o la altura del cultivo tiene un efecto positivo sobre la mitigaci n de heladas el beneficio marginal sin embargo es muy peque o cuando el ndice foliar supera el valor 1 Mayor velocidad de viento o mayor humedad relativa incrementa tambi n el efecto de mitigaci n de heladas Palabras claves Camellones altiplano andino mitigaci n de heladas modelo din mica del calor temperatura del cultivo Direcci n de A grometeorologia Servicio Nacional de Meteorolog a e Hidrolog a SENAMHD Lima Per E mail Ihomme amauta rcp net pe Institut fran ais d tudes andines Av Arequipa 4595 Miraflores Lima Per E mail jvacher ifea org pe Direcci n permanente IRD
24. aporaci n del agua de los canales tiende a aumentar la humedad del aire y favorecer as la mitigaci n de heladas por el calor liberado en el proceso de condensaci n sea por dep sito de roc o sobre el suelo o las plantas o por la formaci n de niebla Sin embargo las mediciones de humedad disponibles en el experimento a la altura de 2 m no permiten poner en evidencia este fen meno LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 385 2 MODELO MICROMETEOROL GICO Presentamos en esta secci n un modelo que describe las transferencias de calor y de vapor de agua dentro de los camellones de patr n lineal Se utiliza como base el modelo de interacci n vegetaci n atm sfera de dos capas dise ado por Shuttleworth amp Wallace 1985 y completado por Choudhury Monteith 1988 y Shuttleworth amp Gurney 1990 La capa sustrato representa el canal lleno de agua y la capa vegetaci n representa el cultivo que se desarrolla sobre la plataforma La figura 6 muestra un esquema que visualiza las transferencias en el sistema La mayor a de las ecuaciones utilizadas provienen de este modelo b sico donde las transferencias convectivas se describen utilizando la teor a de la difusi n turbulenta K theory a n cuando el transporte turbulento dentro de la cubierta vegetal no es un proceso estricto de difusi n McNaughton amp van den Hurk 1995 Tenemos que subrayar tambi n que el modelo b sico de Shuttleworth
25. buir de manera significante al efecto de mitigaci n de heladas 384 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER a b 20 20 14 de Marzo 9 de Abrit C a o Temperatura 1 Tiempo hr Tiempo hr Fig 4 Variaci n nocturna de la temperatura del cultivo del agua y del aire en el sistema de camellones durante dos noches caracter sticas a 14 de marzo de 1995 b 9 de abril de 1995 D a t t Velocidad del viento s 4 0 A 4 95 96 97 98 99 100 101 Tiempo d as consecutivos Fig 5 Variaci n temporal de la velocidad del viento a 2 m para una serie de d as consecutivos 6 de abril 12 de abril de 1995 sobre el eje x la marca de cada dia corresponde al inicio del dia o h y la marca menor corresponde a mediodia 12 h Fig 6 Esquema te rico de las transferencias de energ a en un sistema de La figura 5 muestra c mo el viento evoluciona entre el d a y la noche La velocidad del viento es generalmente mucho m s alta de d a que de noche con un valor m nimo inferior a 1m s al final de la noche cuando suelen ocurrir las heladas radiativas El hecho que la velocidad del viento sea muy baja en la segunda parte de la noche contribuye a la ocurrencia de heladas porque un viento fuerte tiende a favorecer la transferencia de calor del canal y del aire hacia el cultivo m s fr o Cabe subrayar tambi n que la ev
26. calor sensible y el vapor de agua Considerando tambi n que los gradientes de temperatura en el aire est n relativamente peque os durante la noche se calcula r sin tomar en cuenta las funcciones de correcci n de estabilidad para los perfiles de viento y temperatura como sigue i a z d In HE aa ey Zo 2 1 LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 397 u es la velocidad del viento en la altura de referencia z k es la constante de von Karman La altura de desplazamiento del plano zero d y la longitud de rugosidad para la cantidad de moviniento z se determinan siguiendo Choudhury Monteith 1988 Las formulas correspondientes est n en Lhomme amp Vacher 2002 La resistencia aerodin mica de la parcela de control se calcula de una manera similar Las resistencias del aire dentro de la cubierta vegetal se calculan utilizando las formulaciones propuestas por Choudhury amp Monteith 1988 La resistencia global de capa l mite de la cubierta se obtiene integrando la conductancia de capa l mite foliar sobre la altura de la cubierta suponiendo que el ndice de rea foliar est uniformemente distribuido sobre esta altura a w EE 22 4a Lfl expa 2 ne w es la anchura de la hoja u z es la velocidad del viento a la altura de la cubierta vegetal calculada suponiendo un perfil logar tmico y son dos constantes iguales respectivamente a 0
27. cos registrados en el transcurso de una noche dada se corre el modelo variando sucesivamente el valor de un par metro de la geometr a manteniendo todos los dem s par metros iguales En cada simulaci n el modelo suministra una temperatura m nima del cultivo la temperatura del cultivo m s baja alcanzada durante la noche Las figuras 9a Ob 9 y 9d representan las variaciones de en funci n de las caracter sticas geom tricas de los camellones ancho de la plataforma ancho del canal profundidad del agua y profundidad del canal Los valores b sicos utilizados en el proceso de simulaci n son casi similares a los del experimento ancho de la plataforma 4 ancho del canal w 2 profundidad del canal d 1 5 profundidad del agua d 1m altura del cultivo 0 5 m ndice de rea foliar 2 Las simulaciones se realizaron utilizando los datos meteorol gicos registrados durante dos noches caracter sticas el 5 de marzo y 2 de abril La temperatura del suelo T a una profundidad de referencia considerada igual a la temperatura media del aire T y la temperatura inicial del agua T 0 fueron utilizadas tales como se midieron estos LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 391 d as Tabla 1 Cabe se alar que las tendencias generales presentendas en la figura 9 no cambian si se usan los datos meteorol gicos de cualquier otra noche lo que justifica a posteriori el procedimient
28. del canal d d_ favorece la transferencia de calor del aire y del agua hacia el cultivo Se haexaminado tambi n el impacto de las condiciones meteorol gicas velocidad del viento humedad del aire utilizando un procedimiento similar Se ha corrido el modelo con los datos registrados durante varias noches variando sucesivamente uno de los dos par metros pero manteniendo constante su valor durante toda la noche La velocidad del viento es un factor positivo en la mitigaci n de heladas dado que favorece la transferencia de calor del canal y del aire hacia el cultivo La figura 10c muestra que la temperatura m nima del cultivo aumenta de aproximadamente 2 C cuando la velocidad constante del viento pasa de 0 5 a 3 m s variaciones frecuentes en el altiplano todas las dem s condiciones siendo iguales Sin embargo el beneficio marginal disminuye con el aumento de velocidad La humedad del aire tiene tambi n un impacto positivo sobre la mitigaci n de heladas lo que muestra la figura 10d Cuando LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 393 a b RA A A nN N 5 de Marzo ms Sn 0 504 0 5 de Abril o 14 de Marzo 5 de Abril Temperatura minima def cultivo Temperatura minima del cuitivo C EN 1 AL L 1 0 5 0 1 5 2 0 Altura del cultivo o 5 de Marzo o E 2 de Abril Temperatura
29. e Incan Andean cicvilizations The Geographical Journal 165 286 295 MURRA J V 1975 Formaciones Econ micas y Pol ticas del Mundo Andino 339p Lima Instituto de Estudios Peruanos RILEY T M amp FREIMUTH G 1979 Field systems and frost drainage in the prehistoric agriculture of the upper Great Lakes American Antiquity 44 271 285 S NCHEZ DE LOZADA D BAVEYE P amp RIHA S 1998 Heat and moisture dynamics in raised field systems of the lake Titicaca region Bolivia Agricultural and Forest Meteorology 92 251 265 SHUTTLEWORTH W J amp WALLACE J S 1985 Evaporation from sparse crops an energy combination theory Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 111 839 855 SHUTTLEWORTH W J amp GURNEY R J 1990 The theoretical relationship between foliage temperature and canopy resistance in sparse crops Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 116 497 519 SMITH C T DENEVAN W M amp HAMILTON P 1968 Ancient ridged fields in the region of Lake Titicaca The Geographical Journal 134 353 367 VACHER J J 1998 Responses of two mains Andean crops quinoa Chenopodium quinoa Willd and papa amarga Solanum juzepczukii Buk to droughton the Bolivian Altiplano Significance of local adaptation Agriculture Ecosystems and Environment 68 99 108 396 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER Anexo 1 Detalle de las ecuacion
30. e la mayor parte de la variaci n de la temperatura del cultivo se debe a 20 16 EN b 5 de Marzo 2 de Abril 16 y 12 5 NN Ne 7512 E E amp 8 2 44 5 E o 44 o E t y 4 19 22 1 4 7 19 22 1 4 7 Tiempo hr Tiempo hr Fig 7 Variaci n temporal de las temperaturas del cultivo y del agua durante dos noches medida y simulada por el modelo a 5 de marzo de 1995 b 2 de abril de 1995 390 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER o lt o Temperatura del cultivo simulada a 5 0 5 10 Temperatura del cultivo medida T aio C Fig 8 Temperatura del cultivo simulada versus temperatura del cultivo medida para cada paso de tiempo 15 min de los seis d as seleccionados de 1995 a la variaci n de la temperatura del aire 3 PREDICCI N DEL MODELO En esta secci n el modelo calibrado y comprobado se utiliza a fines predictivas Variando las caracter sticas geom tricas de los camellones y del cultivo se eval a el impacto correspondiente sobre la temperatura m nima alcanzada durante la noche 3 1 Impacto de las caracter sticas geom tricas de los camellones La geometr a del sistema de camellones es sintetizada esencialmente en cuatro par metros el ancho del canal w la profundidad del canal 4 la profundidad del agua dentro del canal d y el ancho de las plataformas w Utilizando los datos meteorol gi
31. egetal una aproximaci n respaldada por el an lisis formal de la conducci n t rmica en el suelo Monteith amp Unsworth 1990 El coeficiente de intercambio por unidad de rea de canal en contacto con el agua libre ser obtenido empiricamente a partir de los datos experimentales v ase la secci n Calibraci n y validaci n del modelo El par metro representa el rea relativa del canal en contacto con el agua y por consiguiente que intercambia calor con el suelo expresada por w 2d w El objetivo general del modelo es de poder simular durante la noche la variaci n temporal de la temperatura del cultivo T t y del agua T a partir de la variaci n temporal de los datos meteorol gicos i e T 0 e t t registrados a nivel de la caseta meteorol gica y conociendo la temperatura inicial del agua T 0 Se supone que la variaci n correspondiente de la radiaci n incidente de onda larga R 1 est conocida sea calculada a partir de los datos de entrada o directamente medida R 1 es de hecho raramente medida per se En el modelo se la calcula por medio de la f rmula propuesta por Brutsaert 1982 en funci n de la temperatura y humedad e del aire Esta f rmula con bases f sicas se escribe gt 4 EaOTa Ea u e La y i 7 El par metro u es un coeficiente que var a con la nubosidad y que ser ajustado a las condiciones experimentales v ase Calibraci n del mode
32. encia de procesos a reos relacionados con la circulaci n del aire durante la noche de los canales hacia las plataformas El objetivo principal del presente estudio es el an lisis de los procesos f sicos responsables de la mitigaci n de las heladas radiativas en el sistema de camellones Se presentan a la vez datos experimentales que complementan los de S nchez de Lozada et al 1998 y un modelo mecan stico que simula las transferencias de calor sensible y de vapor de agua calor latente dentro del sistema En este sentido el estudio constituye una extensi n directa de la investigaci n reportada en el documento citado El art culo consta de tres secciones principales La primera secci n presenta el experimento y analiza los datos obtenidos La segunda detalla el modelo micrometeorol gico y compara los datos simulados con los datos medidos La tercera parte es dedicada a las predicciones del modelo es decir al efecto sobre la mitigaci n de heladas de la geometr a de los camellones de las caracter sticas del cultivo y de las condiciones meteorol gicas 1 ESTUDIO EXPERIMENTAL 1 1 Condiciones experimentales Experimentos micrometeorol gicos sobre camellones tuvieron lugar en 1994 y 1995 en el altiplano boliviano cerca del lago Titicaca Los campos experimentales se ubicaban sobre un terreno relativamente plano perteneciente a CORDEPAZ Corporaci n del Desarrollo de La Paz en Kallutaca 16 30 de latitud 68 18 de longitud
33. ers Campbell Scientific CR10 No se midi ninguna radiaci n nocturna pero seg n du Portal 1993 el d ficit radiativo promedio durante noches de heladas en el altiplano avecina generalmente los 75 W 1 2 Resultados experimentales Las figuras 2a y 2b representan dos series temporales obtenidas en 1994 y 1995 de la temperatura m nima diaria del cultivo de papa medida en los camellones en la Pampa de hecho la temperatura del aire a una altura de 10 cm En 1994 la serie evoluciona aproximadamente entre 0 C y 10 C la temperatura m nima en la Pampa es casi siempre inferior de 1 2 grados a la misma temperatura medida en los camellones El efecto de mitigaci n es evidente pero no sobrepasa los dos grados En la serie de 1995 con temperaturas menos bajas entre 0 C y 4 C el efecto permanece pero es menos pronunciado del orden de 1 C Estos datos concuerdan con los resultados obtenidos en la regi n altipl nica por Churra et al 1992 Duran 1992 y S nchez de Losada et al 1998 La figura 3 muestra para una noche caracter stica en 1995 la variaci n temporal de la temperatura del cultivo T medida en los campos levantados LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 383 b 4 2 1994 2 o A Temperatura m nima diaria C gt peratura m nima diaria St E camellones
34. es b sicas Las ecuaciones 1 y 2 se detallan de la siguiente manera A pe 7 re oc 7Xe T e r 1 1 Ay Y Me Tu raw PE p Tw Taw 1 2 T y e son respectivamente la temperatura del aire y la presi n de vapor del aire a la altura de fuente de la cubierta vegetal canopy source height d z e T es la presi n de vapor de saturaci n a la temperatura 7 r es la resistencia aerodin mica entre la superficie del agua y la altura de fuente de la cubierta vegetal r es la resistencia global de capa l mite del follaje y es la constante psicrom trica p la densidad del aire y el calor espec fico del aire a presi n constante Las ecuaciones 3 se escriben respectivamente a1 faa do Le fac faw 1 3 e e r e e T r 7 1 4 aw r ES la resistencia aerodin mica entre la altura de fuente d z y la altura de referencia z donde se miden los datos meteorol gicos T y La ecuaci n 8 que da la temperatura del cultivo en la Pampa T se escribe 1 pe T p T Y 1 5 ep donde r es la resistencia aerodin mica de la parcela de control Las formulaciones de las resistencias que componen el modelo se detallan en el anexo 2 Anexo 2 Especificaci n de las resistencias en el aire Se supone que la resistencia aerodin mica encima de la cubierta vegetal r es la misma para el
35. experimento se hizo con los datos de 1995 ya que en 1994 no se hab a registrado la temperatura del agua De todos los datos obtenidos se utilizaron solamente las siete noches con las temperaturas m nimas m s bajas la primera siendo utilizada para calibrar el modelo Las noches seleccionadas aparecen en la Tabla 1 Dado que experimentos anteriores hab an mostrado que el cociente c del flujo de calor del suelo sobre la radiaci n neta del cultivo era alrededor de 0 50 durante la noche este valor entonces se utiliz sistem ticamente en el modelo En las condiciones del altiplano alrededor de 4 000 m sobre el nivel del mar la presi n atmosf rica P es muy baja cerca de 650 hPa Eso significa que la constante psicrom trica y Pc 0 6221 que aparece en las ecuaciones del modelo es mucho m s baja que el valor com n de 67 Pa C El valor correcto utilizado aqu es y 43 Pa C El coeficiente p que define la radiaci n incidente de onda larga Ec 7 tiene un valor que depende esencialmente de la nubosidad del cielo Dado que no se hiz ninguna medici n directa de durante el experimento tampoco estimaciones de Tabla 1 Temperaturas del aire y del agua para cada d a seleccionado de 1995 T es la temperatura del aire a la altura de referencia con tres diferentes ndices x m xima diaria n m nima diaria m media diaria T 0 es la temperatura del agua al inicio de la noche 19 00 h el coeficiente u define la
36. lo Tiene un valor de 1 24 bajo condiciones de cielo claro y de atm sfera est ndar e siendo expresado en hPa y T en K Elmodelopresentado se articula de la siguiente manera un sistema de 4 ecuaciones con cuatro incognitas entre ellas y se resuelve en cada paso de tiempo i Con el fin de simplificar la resoluci n del sistema de ecuaciones T y f las Ecs 4 y 5 pueden ser linearizadas Entonces el sistema se vuelve linear y tiene una soluci n alg brica simple explicitada en Lhomme amp Vacher 2002 Si un dep sito de roc o ocurre la resoluci n del conjunto de ecuaciones no es tan evidente porque el sistema yano es linear Entonces un m todo num rico se vuelve necesario est tambi n descrito en Lhomme amp Vacher 2002 La temperatura del cultivo en los camellones calculada de la manera 388 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER descrita arriba ser comparada con la obtenida en una parcela de control en la Pampa T p donde se encuentra el mismo cultivo pero sin canales de agua En este caso la temperatura T pes la soluci n de la siguiente ecuaci n del balance de energ a detallada en el anexo D G H HE 8 con los mismos s mbolos que arriba el indice p referi ndose al cultivo en la Pampa Cuando ocurre un dep sito de roc o el t rmino adicional de calor latente AE debe tomarse en cuenta 2 2 Calibraci n y validaci n del modelo La comparaci n entre modelo y
37. m nima del cultivo C E Temperatura minima del cultivo C 9 de Abril as 5 de Abril 6 4 6 0 1 2 3 4 5 50 60 70 80 90 100 Velocidad del viento ms Humedad relativa Fig 10 Temperatura m nima del cultivo alcanzada durante la noche en funci n de las caracter sticas del cultivo y de las condiciones meteorol gicas todas las dem s condiciones siendo iguales w 4 w 2 m d 1 5 m d 1 m z 0 5 L 2 altura del cultivo b LAI del cultivo velocidad del viento a una altura de referencia de 2 m mantenida constante d humedad del aire a una altura de la humedad relativa h mantenida constante durante la noche aumenta de 50 a 100 la temperatura m nima del cultivo puede incrementar de 1 3 C seg n los d as Este efecto es obviamente relacionado con una mayor condensaci n del vapor de agua sobre las hojas y un balance radiativo menos negativo 4 CONCLUSI N Se ha podido comprobar experimentalmente que la din mica nocturna del calor en el sistema de camellones del altiplano andino permite mitigar las heladas nocturnas El efecto de mitigaci n es frecuentemente inferior a 2 C Sin embargo es suficiente para tener una consecuencia n tida sobre la disminuci n de los riesgos de heladas Un modelo de tipo mecan stico basado sobre una descripci n bi capa de la interacci n superficie atm sfera un sustrato constituido por el agua de los canales y una capa
38. mo el Programa Interinstitucional de Waru Waru PIWA bajo los auspicios del Proyecto Especial Binacional Lago Titicaca PELT Canahua amp Larico 1992 Se ha comprobado que esta rehabilitaci n no necesita cuantiosas inversiones Los camellones serv an y sirven a n para cultivos tradicionales tub rculos como la papa la oca Oxalis tuberosa y granos como la quinoa Chenopodium quinoa y la ca ihua Chenopodium pallidicaule Varias clasificaciones han sido propuestas para describir los sistemas de camallones El programa PIWA los clasifica seg n la fuente de alimentaci n de agua en fluviales pluviales lacustres fre ticos y mixtos Cari amp Camacho 1992 Smith et al 1968 proponen una clasificaci n basada en la morfolog a de los camellones damero haces de surcos formando ngulos rectos con los adyacentes patr n represado grupos de camellones rodeados por bajas represas patr n linear camellones largos paralelos entre s patr n escalera con plataformas en figuras alargadas en forma de escalera patr n peinado los camellones convergen hasta cegar los surcos intercalados dando la impresi n de una horquilla o peine Cabe se alar tambi n en esta clasificaci n un sistema particular de cultivo que se asemeja a los camellones el sistema de cultivo en laguna o gocha Se encuentra esencialmente en el altiplano del sur del Per en el departamento de Puno son reas de cultivo en forma de depresiones que almacenan el
39. ner que mas bajo esta el nivel de agua mas grande es la resistencia adicional opuesta a la transferencia de calor y de vapor de agua y que mas ancho es el canal m s peque a es la resistencia el viento penetrando m s facilmente dentro del canal es un coeficiente de proporcionalidad sin dimensi n que fue ajustado usando los datos experimentales de la primera noche 4 de Marzo de las siete noches seleccionadas La RMSE entre la temperatura del cultivo calculada por el modelo la temperatura medida del cultivo ha sido minimizada El valor obtenido es de aproximadamente 4 8 x 10 sin dimensi n lo que hace que r son m s menos del mismo orden de magnitud 398 Jean Paul LHOMME Jean Joinville VACHER Q a O O pa a LU AULA x a ti aN 3 gt a gt FN e gt amp w a E SN a 7 SAS a n Lista de s mbolos rea relativa de los canales en contacto con el agua sin dimensi n energ a disponible del cultivo W m energ a disponible del agua W 112 raz n del flujo de calor del suelo a la radiaci n neta del cultivo 0 50 calor espec fico del aire a presi n constante J kg K calor espec fico del agua 4 200 J kg K altura de desplazamiento del plano zero m profundidad de los canales m profundidad del agua dentro de los canale
40. o utilizado La figura 9a muestra la variaci n de en funci n del ancho de la plataforma Todas las dem s condiciones siendo iguales T disminuye de 1 2 C cuando el ancho de la plataforma aumenta de 0 5 m a 10 m con un efecto marcado de 0 5 a2 En la figura 9b se representa funci n del ancho del canal w Cuando aumenta de 0 5 ma 4m 7 puede subir de 2 C 2 de abril Como se podia preverlo intuitivamente estos resultados resaltan la importancia que tiene en el proceso de mitigaci n de heladas una gran proporci n de canales con respecto a las plataformas sin olvidar no obstante la p rdida consecuente de superficie cultivada Sin embargo estos resultados simulados por el modelo deben considerarse con cierto cuidado Hay que se alar que cuando la plataforma es demasiada ancha con respecto al canal o viceversa la validez del modelo bi capa para representar el sistema de campos levantados podr a questionarse Eso significa pr cticamente que los resultados obtenidos para valores altos de w o w digamos mayores de 6 8 m podr an ser err neos La figura 9c muestra la variaci n de la temperatura m nima del cultivo en funci n de la profundidad del agua d T l gicamente se incrementa con la profundidad del agua pero la tasa de incremento pendiente de la curva no es constante y muy leve hasta 1 m es m s grande para grandes valores de d Eso significa pr cticamente que para aumentar el efecto de
41. pr sentant la v g tation et une couche repr sentant le substrat d eau Le mod le pr cise le r le jou la nuit par les canaux dans la dynamique de la chaleur et dans la variation de la temp rature de la culture Il appara t que l effet d att nuation est d principalement au flux de chaleur sensible qui mane de l eau mais souvent aussi la condensation de vapeur d eau sur les feuilles de la culture En utilisant le mod le de mani re pr dictive on montre que des canaux plus larges ou des plateformes plus troites ont un impact positif sur la temp rature minimale de la culture atteinte durant la nuit Augmenter la profondeur de l eau am liore galement l effet d att nuation des gel es mais l inverse un canal plus profond avec le m me niveau d eau a un impact n gatif L augmentation de la surface foliaire LAI ou de la hauteur du couvert a un effet positif sur l att nuation des gel es Une vitesse de vent plus forte ou une humidit relative de l air plus lev e accro t galement l effet d att nuation Mots cl s Ados altiplano andin att nuation des gel es mod le dynamique de la chaleur temp rature de culture FROST MITIGATION IN THE RAISED FIELDS OF THE ANDEAN ALTIPLANO Abstract The raised fields system is an old technique of soil and water management which was very frequent in the Lake Titicaca region before the Spanish conquest It essentially consists of a series of earth
42. ras que la temperatura del cultivo medida 7 es en realidad la temperatura del aire a una altura de 10 cm dentro de la cubierta Las dos temperaturas no son exactamente iguales y alguna discrepancia puede existir entre las dos La figura 7 muestra para dos noches caracter sticas 5 de marzo y 2 de abril la variaci n de las temperaturas del cultivo y del agua medida y simulada por el modelo Si la temperatura del cultivo T aparece correctamente simulada la temperatura del agua lo es con una menor precisi n Est globalmente sobre estimada el 5 de marzo mientras que est sub estimada el 2 de abril La discrepancia podr a explicarse por una mala estimaci n del coeficiente de intercambio A en la Ec 6 que ha sido empiricamente calibrado a partir de los datos del 4 de marzo El coeficiente tiene un impacto importante sobre el valor de ya que determina la cantidad de calor perdida por el agua libre hacia el suelo La figura 8 compara la temperatura del cultivo calculada a partir del modelo con la medida para cada paso de tiempo 15 mn de las seis noches de mediciones La linea de regresi n forzada por el origen es T 1 07 R 0 95 y la RMSE Root Mean Square Error es igual a 0 78 C Son resultados que podemos considerar como satisfactorios Hay que subrayar que una relaci n muy estrecha existe entre la temperatura del cultivo y la temperatura del aire T 0 94 1 67 con R 0 92 lo que significa qu
43. s m presi n de vapor de agua del aire a la altura de referencia Pa presi n de vapor de agua del aire a la altura fuente de la cubierta Pa presi n de vapor saturado a la temperatura T Pa flujo de calor por conducci n entre el agua libre y el suelo W humedad relativa a la altura de referencia coeficiente de intercambio de calor entre el agua libre y el suelo W m K flujo de calor sensible W constante de von Karman 0 4 coeficiente de difusi n turbulenta m s LAI Leaf Area Index ndice de rea foliar por unidad de rea total m ndice de rea foliar por unidad de rea de plataforma Clumped Leaf Area Index m resistencia aerodin mica de la parcela de control Pampa s resistencia aerodin mica de los camellones entre altura de fuente y altura referencia s resistencia global de capa l mite de la vegetaci n s 11 resistencia del aire entre la superficie del agua y la altura de fuente s resistencia adicional a sumar ar s radiaci n incidente de onda larga W m temperatura del aire a la altura de referencia C temperatura del cultivo medida temperatura del aire a una altura de 10 cm dentro de la cubierta vegetal C temperatura del cultivo simulada por el modelo C temperatura m nima del cultivo alcanzada durante la noche C LA MITIGACI N DE HELADAS EN LOS CAMELLONES DEL ALTIPLANO ANDINO 399 temperatura del suelo a un
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