Resumen de Uso de sensores remotos en el seguimiento de la vegetación de dehesa y su influencia en el balance hidrológico a escala de Cuenca
1. Introducción o motivación de la tesis La región mediterránea se caracteriza por veranos calurosos con largos períodos sin precipitaciones, situación que puede agravarse con el progresivo calentamiento global. En estos ambientes donde la productividad de los ecosistemas depende principalmente de la disponibilidad de agua, la reducción de los recursos hídricos puede tener graves consecuencias. Un aumento de la aridez puede conducir a una baja productividad, degradación de la tierra y cambios no deseados en el uso del suelo. Para reducir la vulnerabilidad de las zonas mediterráneas es importante profundizar en el estudio de los procesos hidrológicos que condicionan los intercambios de agua, siendo la evapotranspiración (ET) un indicador clave del estado de los ecosistemas y jugando un papel crucial en los balances hídricos y energéticos de la cuenca. El objetivo de esta tesis es mejorar nuestro conocimiento sobre la dinámica de la evapotranspiración en cubiertas mediterráneas heterogéneas y complejas, con el foco en el ecosistema de dehesa. El objetivo final es contribuir a la conservación de los recursos hídricos de estas regiones en el medio-largo plazo, apoyando en los procesos de toma de decisiones con información cuantitativa, distribuida y de calidad.
2. Contenido de la investigación Para alcanzar este objetivo, en esta investigación se propuso evaluar modelos de balance de agua en el suelo (SWB) y balance de energía en superficie (SEB) basados en el uso de sensores remotos, para el seguimiento del consumo de agua y el estrés hídrico de la vegetación mediterránea a diferentes escalas espaciales y temporales. En particular, se ha adaptado y aplicado la metodología VI-ETo (SWB) y el enfoque ALEXI/DisALEXI (SEB). En esta tesis se plantearon una serie de objetivos específicos, distribuidos en cuatro capítulos.
En el capítulo dos, se estudiaron las diferencias en la respuesta espectral de las encinas y los olivos en comparación con otras especies arbóreas mediterráneas en condiciones de cobertura de vegetación completa. En cada caso, se determinó un parámetro específico de la cubierta vegetal, utilizado como dato de entrada en el modelo VI-ETo (SAVI para cobertura total, SAVImax), evaluando el efecto de esta parametrización en la estimación del consumo de agua y en el seguimiento del estrés hídrico.
El capítulo tres estimó la ET y analizó su dinámica sobre un ecosistema de dehesa ubicado en el sur de España, utilizando el modelo VI-ETo (enfoque SWB), y validando los resultados con mediciones de flujos de energía in-situ. Los dos componentes principales del ecosistema (árbol + pasto) se estudiaron por separado, con el fin de caracterizar la contribución diferencial de cada uno a la hidrología del sistema. Además, se proporcionaron algunos parámetros de vegetación efectivos para modelar el balance hídrico y se realizó un seguimiento del estrés hídrico con la relación ET/ETo y el coeficiente de estrés (Ks).
El capítulo cuatro se centró en la evaluación de los recursos hídricos en dos cuencas hidrográficas de alta montaña en Sierra Nevada, mediante la combinación de un modelo hidrológico agrupado (modelo HBV) y el enfoque VI-ETo. La doctoranda participó en esta publicación generando por una parte, mapas de ET diaria y distribuida a escala de cuenca estimada con el modelo VI-ETo, y por otro lado, los caudales anuales de descarga considerando un balance hídrico superficial simple.
El capítulo cinco realizó un seguimiento de la ET sobre el paisaje de dehesa mediante el uso combinado del enfoque ALEXI/DisALEXI (aproximación SEB) a escala de campo y de cuenca hidrográfica, validando los resultados con mediciones de una torre de covarianza de flujos. Además, se aplicó la técnica de fusión de datos STARFM y se evaluaron los efectos de las diferentes resoluciones espaciales y temporales a escala de campo, analizando las oportunidades que ofrecen estos mapas de ET de alta resolución para proporcionar información útil en la mejora del manejo de los recursos hídricos y los ecosistemas.
3. Conclusión Se demostró la utilidad de las aproximaciones de SWB y SEB, integrando diferentes fuentes de datos de teledetección y basadas en diferentes enfoques, para estimar el agua consumida por los ecosistemas mediterráneos. Se analizaron las fortalezas y debilidades de cada metodología, con recomendaciones para mejorar la gestión, a escala local y regional, y con base en información técnica, distribuida y de alta calidad, que pueden contribuir a reducir la vulnerabilidad de estos hábitats.
El error obtenido usando el enfoque SWB (el método VI-ETo) fue RMSE = 0.47 mm día-1, tanto para el sistema dehesa (pasto + árboles) como para una zona de pastizal. El seguimiento del estrés hídrico para ambos sistemas con diferente estructura de vegetación, utilizando la relación ET/ETo y el coeficiente de estrés (Ks), fue satisfactorio. Se incluyeron en el modelado mejoras sobre las propiedades espectrales específicas de las encinas y los parámetros específicos de los diferentes estratos de vegetación. A partir del análisis sobre las propiedades espectrales de las encinas y otras cubiertas mediterráneas, encontramos que el uso de valores apropiados del parámetro SAVImax (0,51 para robles y 0,57 para olivos) tuvo un efecto significativo en la determinación del consumo de agua y estrés hídrico, en comparación con usar un valor genérico para cultivos mediterráneos (SAVImax = 0,75). La precisión de este enfoque basado en el balance hídrico también se evaluó en dos cuencas mediterráneas heterogéneas, con un mosaico de encinas y pastizales, arbustos, plantaciones de coníferas y cultivos hortícolas de regadío. Los caudales de descarga anual de ambas cuencas, fueron muy similares a los obtenidos con el modelo hidrológico HBV, y a los valores medidos en la salida de una de las cuencas, corroborando la utilidad de la metodología VI-ETo sobre estas formaciones vegetales, pudiendo extrapolarse el modelo a otras cuencas mediterráneas.
Por otra parte, la serie final de ET (30 m, diaria) derivada del enfoque SEB (método ALEXI/DisALEXI) y del algoritmo de fusión STARFM proporcionó un valor de RMSE de 0,67 mm día-1, considerado un error aceptable para fines de manejo. Este error fue ligeramente inferior a los obtenidos usando métodos de interpolación más simples, debido probablemente a la alta frecuencia temporal y una mejor representación espacial del footprint de la torre de medida de flujos en la serie temporal fusionada. El análisis de los patrones de la ET sobre pequeñas manchas de vegetación heterogéneas, que forman la estructura de la dehesa, reveló la importancia de tener información con alta resolución a escala de campo para distinguir el agua consumida por los diferentes componentes de la vegetación, que tienen influencia en el aprovisionamiento de muchos servicios ecosistémicos. Por ejemplo, fue clave para identificar ciertas fechas fenológicas de los pastizales, o entender el funcionamiento hidrológico de la vegetación densa de hoja perenne en zonas de ribera con altas tasas de ET durante todo el año, en comparación con zonas de especies herbáceas. Modelar con precisión estos comportamientos diferentes de los microclimas de la dehesa es útil para apoyar la gestión de los agricultores y ofrecer recomendaciones adaptadas a cada componente y necesidades estructurales.
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