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Resiliencia Y Estabilidad

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by

Espotonfilio Peña Alzate

on 16 July 2014

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Transcript of Resiliencia Y Estabilidad

Resultados
Marco teorico
Estructura General
Emergencia
Sebastian Peña Alzate. Biol. Aspirante al titulo de Maestría en Biología.

Asesor:
Julio Eduardo Cañón Barriga, MSc., PhD.

Universidad de Antioquia
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Instituto de Biología

Grupo en Gestión Y modelación Ambiental GAIA
Facultad de Ingeniería
Línea de modelación de sistemas Ambientales
2013

APROXIMACIÓN A LOS CONCEPTOS DE RESILIENCIA Y ESTABILIDAD DE ECOSISTEMAS UTILIZANDO UN MODELO ESPACIO-TEMPORAL DE DINÁMICA DE SISTEMAS Y UN SISTEMA BASADO EN AGENTES
- En Latinoamérica, se estima que existe una tasa anual de pérdida de la cobertura vegetal de 0.38%, Amazonía, (Etter et al., 2006).

-tercera parte de los bosques húmedos tropicales que se ubican por debajo de los 1000 metros sobre el nivel del mar (Etter, 2006)
Problemáticas
-necesidad de mantener los ecosistemas sanos e íntegros y recuperarlos la cumbre de la tierra (Declaración de Rio en ambiente y desarrollo 1992).
-crear herramientas que permitan conocer el “estado de salud”, integridad y la capacidad de recuperación de los ecosistemas naturales después de una perturbación (Whitford et al., 1999)
-Colombia es considerado como un país mega-diverso y altamente propenso a sufrir cambios de cobertura vegetal por actividades antrópicas (Cháves y Arango, 1998)

Este trabajo aportará nuevas aproximaciones teóricas para el entendimiento de los ecosistemas tropicales
Utilización de técnicas de dinámica de sistemas y los sistemas basados en agentes, ya que la combinación de estos nos puede proporcionar un acercamiento de la complejidad de los sistemas biológicos mediante reglas relativamente simples.
Pocos son los trabajos realizados para aproximarse a una medida de la resiliencia y la estabilidad de un ecosistema,
JUSTIFICACIÓN
-un modelo no es el mundo real,
-es una construcción humana para ayudarnos a entender mejor los sistemas del mundo real.
-En general, todos los modelos tienen una entrada de información, un procesador de información, y una salida de los resultados esperados.
¿Que es un modelo?
Las características clave en común con el desarrollo de cualquier modelo es que:

1. se deben de hacer supuestos simplificadores
2. deben identificarse las condiciones de contorno.
3. la gama de aplicabilidad del modelo debe ser entendida.

Tipos: Conceptual, Físico, Matemático
(Ford, 2009)
Folke (2004) la definió como la capacidad de un sistema de absorber perturbaciones y reorganizarse reteniendo las mismas funciones, estructura e identidad.
¿Que es resiliencia?
Por esto es imperativo el desarrollo de una herramienta que pueda medir estas variables de manera espacio-temporal basada en la biodiversidad y en las condiciones abióticas propias de las zonas de vida del territorio Colombiano.
Definida por Holling (1973) como una medida de la capacidad de los sistemas para absorber cambios y aun así persistir, la cual estaría determinada por la persistencia de las relaciones dentro de un ecosistema.
(Chapin et al, 2011)
http://earthengine.google.org/
(Holling, 1973)
Es definida como la capacidad de retorno a un estado de equilibrio después de una perturbación temporal, es decir, entre más rápido retorne un ecosistema a su estado inicial y con menos fluctuaciones, el sistema será más estable (Holling, 1973).
¿Que es Estabilidad?
(Begon, 2006)
se refiere entonces a la presencia de patrones repetidos de comportamiento de un sistema en ausencia de perturbaciones, al grado en el que las perturbaciones pueden ser experimentadas por un sistema sin interrupción de estos patrones y a la velocidad con que hay un retorno a estos una vez han sido perturbados (Kaine y Tozer, 2005).
La resiliencia y la estabilidad son características que hablan de la capacidad de un ecosistema para soportar y recuperarse de perturbaciones (Holling, 1973; Pimm, 1984; Kaine y Tozer, 2005).

Así mismo, faltan investigaciones más específicas sobre las características de los ecosistemas, el grado de intervención humana (Wear y Bolstad, 1998), el grado de invasión, degradación (Washitani, 2001), la resiliencia y la estabilidad (Fischer et al., 2007), lo cual dificulta la aplicación de estrategias de disciplinas del campo como la ecología de la conservación, cuyo objetivo es mantener la diversidad biológica de un ecosistema para garantizar la sostenibilidad intergeneracional a largo plazo (Washitani, 2001).
Resiliencia y estabilidad

1. Consta de un cierto número de celdas idénticas (a menudo varios miles incluso millones) organizadas generalmente en forma de cuadricula regular. Las celdas pueden estar colocadas a lo largo de una línea (AC de una sola dimensión), en una matriz rectangular o incluso, en ocasiones, en forma de cubo tridimensional.
 
2. Cada celda se puede encontrar en uno de entre unos cuantos estados; por ejemplo, “encendido” o “apagado”, o “vivo” o “muerto”.
 
3. La simulación avanza a lo largo del tiempo en pasos o períodos discretos. En cada paso de tiempo, puede alterarse o no el estado de cada una de las celdas, dependiendo en gran medida de las reglas de evolución del autómata
 
4. el estado de una celda después de un paso de tiempo cualquiera está determinado por un conjunto de reglas que especifican cómo ese estado depende del estado previo de la celda y de los estados de las celdas inmediatamente cercanas. Se usan las mismas reglas para actualizar el estado de todas las celdas en la cuadricula. El modelo es por lo tanto homogéneo con relación a las reglas.
 
5. Puesto que las reglas sólo hacen referencia a los estados de las otras celdas en las cercanías inmediatamente de una celda, el uso más conveniente de los autómatas celulares es la modelización de situaciones donde las interacciones son estrictamente locales. (Gilbert & Troitzsch, 2006).
Autómatas celulares
Nicho
creados en los años 40 por Von newman y S. Ulam
Las aproximaciones son realizadas por computadora
geografía, la ecología, la geología, en otros campos, están utilizando esta popular herramienta. (Dewdney, 2002).
Los AC han sido estudiados por un considerable número de investigadores en todo el mundo. (Wolfram, S,. 2002, Ilachinsky, A. 2001, Farmer, D. et al, 1984)
(Conway, 1970)
Las características que cumplen los autómatas celulares son las siguientes:
(a) Von Neumann, Vecindad de von Neumann. El autómata original descrito por von Neumann, es un arreglo infinito bidimensional, el cual está compuesto de células uniformes, donde cada célula está conectada con sus 4 vecinos ortogonales. (Rodriguez Z, 2002) (b) Moore, (c) Von Neumann Extendido, (d) Moore Extendido
( Izquierdo et al, 2008)

La metodología basada en agentes ha sido utilizada ampliamente para modelizar sistemas en un amplio rango de disciplinas científicas en los que partiendo de reglas que determinan el comportamiento individual de los agentes se pretende inferir las propiedades globales de todo el sistema (Holland, 1998).
Simulación basada en agentes
sistemas basados en agentes
La simulación basada en agentes ha demostrado ser una técnica tremendamente útil para modelar sistemas complejos, Mediante la simulación basada en agentes, este tipo de simulacion reconoce explícitamente que los sistemas complejos son producto de comportamientos individuales y de sus interacciones. Lo que distingue a la simulación basada en agentes de otras técnicas de modelado es la forma en que se construye la primera abstracción del sistema real y, consecuentemente, el modelo formal. En los modelos formales construidos mediante simulación basada en agentes, los componentes básicos del sistema real están explícita e individualmente representados en el modelo como en la figura 8 (Edmonds et al., 2001).
Dinámica de sistemas
Objetivo General
Desarrollar un modelo espacio-temporal simplificado de dinámica de sistemas basado en autómatas celulares que permita establecer la interacción de especies en un área, las variables climáticas y las perturbaciones ambientales o antrópicas para la evaluación de la resiliencia y la estabilidad de ecosistemas tropicales como el Colombiano.

Objetivos específicos
Recopilar el conocimiento de expertos en el área de la conservación, para definir qué variables influyen en mayor grado en la resiliencia y estabilidad de ecosistemas.

Establecer un modelo conceptual de resiliencia basado en la interacción de especies asociadas a variables climáticas y biológicas en el tiempo y el espacio.

Plantear un modelo matemático de dinámica de sistemas combinado con sistema basado en agentes para estructurar el modelo conceptual de resiliencia y estabilidad.

Desarrollar una aplicación de software del modelo planteado, buscando que la información de entrada requerida para correrlo sea de fácil consecución e interpretación para los potenciales usuarios (biólogos, ingenieros forestales y ambientales, entidades gubernamentales).
Objetivos
Ley, Principipos y Alometrias
Metodologia
Materiales Y Metodos
Se utilizo el software Matlab 2012ª.
(matriz de 100 * 100)
Excel 2010
Graphpad Prims 5.0
Zunzun http://zunzun.com  Online Curve And Surface Fitting.
(Iriondo Jose Maria et al. In Press.) de una manera lineal, con un R2=0,35.
Descripción de las poblaciones
decidimos introducir estas en el modelo para formar el tiempo generacional (,Bonner, 1965; Iriondo Jose Maria et al. In Press.Harper, 1977), la esperanza de vida (Iriondo Jose Maria et al. In Press.), su tiempo de reproducción, (Calder, 1983), la cantidad de semillas (Gundel ey al, 2012), de cada una de las especies de plantas introducidas en el modelo.
g = aW
Ley del tiempo Generacional (Bonner, 1965)
1/4
g es el tiempo de generación promedio de la población, a es una constante y W es el peso (masa) corporal promedio del organismo.
Donde p es la densidad de la madera, D es el diámetro del árbol a la altura DAP (diámetro a la altura del pecho 1,30) y H es la altura del fuste del árbol a evaluar.
de Magnolio jardinensis, de tiempo generacional de 7 años, con un DAP de 10cm, una altura de 9 metros con una densidad promedio de la madera de 0,53g/cm3 (Valencia y López 1999)
Chave et al, 2005
para esto se necesitaba hallar un punto de referencia para lo cual se tomó como base el peco seco de una planta de café variedad caturra, 4g de peso seco y con un tiempo generacional de 16 meses, (Arcila et al, 2007).
t = aW1/4
Calder, 1983
(Pianka 1970; Begon et al, 2005)
(Aarssen, 2005)
Determinado por las otras especies
Determinado por .a series de tiempo
Determinado por la serie de tiempo
(Heldt & Piechulla, 2011) (Niklas & Enquist, 2001.)
. (Bonser & Aarsen, 2003), (Weiner, 2004) , (Weller, 1989. )
. (Bonser & Aarsen, 2003), (Weiner, 2004) , (Weller, 1989. )
“online curve and surface fitting”, ZunZun (Phillips, 2002)
z = a + bx0y1 + cx1y0 + dx1y1 + fx2y0 + gx2y1 + hx3y0 + ix3y1 + jx4y0 + kx4y1
z = y/(a+b x+c pow(x,0.5)) + Offset
Limo
arcilla
Thornwaite (Thornth¬waite, 1948; Mather, 1978, 1979; McCabe and Wolock, 1999; Wolock and McCabe, 1999), las entradas para la función son de nivel mensual (Temperatura, en grados Celsius), precipitación mensual total (P, en milímetros), y la latitud (en grados decimales)
Mark Raleigh de la Universidad de Washington.
(McCabe, G.J., and Markstrom, S.L., 2007)
(Wolock and McCabe, 1999)
alrededor de 0,5 de la precipitación
Propiedad Hidráulica de los suelos como función de la textura del suelo (Rawsl et al, 1992).
IDEAM (Instituto de Higrología Meteorología y estudios Ambientales)
modelo aditivo
IDEAM (Instituto de Higrología Meteorología y estudios Ambientales)
Modelo Aditivo
Fowler et al, 2004
µ que lo definiremos como el valor promedio de 60 años, de celdas ocupadas por (n) poblaciones cuando el ecosistema se encuentra en equilibrio.
El rango de equilibrio será obtenido mediante la suma y la resta de la desviación estándar al promedio aritmético
Wt: indicará la transición de un estado insatisfactorio a un estado satisfactorio
Este se guarda en un vector llamado Xt, cuando se encuentra entre el rango del equilibrio ecosistémico Zt este será satisfactorio (S), o por el contrario fuera del rango de equilibrio ecosistémico Zt será Insatisfactorio (I). El rango de equilibrio será obtenido mediante la suma y la resta de la desviación estándar al promedio aritmético
se realiza en un 20% y un 60 %
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