Topographic exposure to advection flow as a conditioning factor for rainfall occurrence
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Date
2026-07-09
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Publisher
Universidad de Cuenca, Facultad de Ingeniería
Abstract
Orographic features and their exposure to precipitating systems control rainfall occurrence, distribution, and intensity in complex mountainous regions. In southern Ecuador, moist air masses from the Amazon and the Pacific interact with the Andes; however, limited satellite resolution and scarce in situ data hinder the characterization of these processes. This study analyzes the influence of slope exposure to advected rain cells using data from the CAXX X-band radar. Rain cells were observed at 500 m spatial resolution and 5-minute temporal resolution. Rain rate was estimated through quantitative precipitation estimation, and rain cell movement was tracked using PCA-Flow. Flow derivatives, which represent the interaction between advection and slope aspect, were calculated at multiple scales and classified using spectral clustering. Six clusters were identified, reflecting different combinations of advection direction, velocity, and orographic forcing. Clusters C0–C1, with positive derivatives, represent windward conditions dominated by easterly flows, which intensify rainfall at mid-slope elevations. C3–C4, with negative derivatives, indicate leeward conditions, where southwesterly and northwesterly flows shift precipitation after crossing ridgelines. C2 and C5, with near-zero derivatives, are associated with weak or slope-parallel flows. Overall, rainfall intensity and spatial repeatability increase with advection velocity, demonstrating that the relative orientation between flow and slope governs precipitation location, recurrence, and intensity.
Resumen
Las características orográficas y su exposición a sistemas de precipitación controlan la ocurrencia, distribución e intensidad de la lluvia en regiones montañosas complejas. En el sur del Ecuador, masas de aire húmedo de la Amazonía y el Pacífico interactúan con los Andes; sin embargo, la limitada resolución satelital y la escasez de datos in situ dificultan caracterizar estos procesos. Este estudio analiza la influencia de la exposición de laderas a la advección de celdas de lluvia, usando datos del radar CAXX de banda X.
Las celdas fueron observadas con resolución espacial de 500 m y temporal de 5 minutos. La tasa de precipitación se estimó mediante estimación cuantitativa, y su movimiento fue rastreado con PCA-Flow. Las derivadas de flujo, que representan la interacción entre advección y aspecto de ladera, fueron calculadas a múltiples escalas y clasificadas mediante spectral clustering. Se identificaron seis clústeres con distintas combinaciones de dirección, velocidad y forzamiento orográfico. Los clústeres C0–C1, con derivadas positivas, representan condiciones de barlovento dominadas por flujos del este, que intensifican la lluvia en media ladera. C3–C4, con derivadas negativas, indican condiciones de sotavento, donde los flujos del suroeste y noroeste desplazan la precipitación tras cruzar divisorias. C2 y C5, con derivadas cercanas a cero, se asocian a flujos débiles o paralelos a la ladera. En conjunto, intensidad y repetibilidad espacial aumentan con la velocidad de advección, demostrando que la orientación relativa entre flujo y ladera gobierna ubicación, recurrencia e intensidad de la precipitación.
Keywords
Hidrología, Precipitación, Topografía
Citation
Código de tesis
TM4; 2800
Código de tesis
Grado Académico
Magíster en Hidrología mención en Ecohidrología