Resumen de Desarrollo de una metodología para obtener proyecciones de evolución de la línea de costa frente al cambio climático considerando diferentes escalas temporales y espaciales en un marco de incertidumbre
- español
Integrar los efectos del cambio climático en un problema de ingeniería de costas consiste en aplicar los métodos tradicionales basados en la física de los procesos o guiados pordatos, pero con consideraciones adicionales por el hecho de desconocer los forzamientos futuros. En primer lugar, tener en cuenta la incertidumbre en las dinámicas futuras, con los recursos computacionales actuales, requiere de modelos eficientes que gestionen los cientos de simulaciones necesarias en marcos probabilísticos. En segundo lugar, la escala temporal del cambio climático implica ser capaz de modelar, en el largo plazo, todos los procesos costeros relevantes y sus interacciones. En tercer lugar, a pesar de la escala global del cambio climático, la adaptación tiene lugar en escalas regionales y locales que definen la extensión requerida por el modelado. Finalmente, la definición de un planificación efectiva implica evaluar el impacto en la costa de diferentes actuaciones basadas en soluciones naturales o grises. Por tanto, para apoyar la toma de decisiones y evaluar el riesgo asociado al cambio climático en la costa, se requieren metodologías y modelos confiables y eficientes capaces de simular la respuesta de las zonas costeras durante decenas de años, en escalas espaciales regionales y locales bajo múltiples escenarios climáticos posibles del futuro.
En este contexto, esta tesis doctoral pretende contribuir al estado del arte del modelado de la erosión e inundación en la costa considerando el cambio climático. Para ello, se desarrolla un marco para el análisis de impactos costeros que incluye un conjunto de herramientas, modelos y metodologías compatibles con los condicionantes impuestos por el cambio climático y orientados hacia una mejor estimación del riesgo y a al diseño de estrategias de adaptación efectivas. En primer lugar, se desarrolla un modelo de evolución de la línea de costa basado en la física de los procesos y enriquecido por datos. El modelo resuelve procesos longitudinales y transversales así como el efecto de intervenciones antrópicas en escalas de decenas de años y usa observaciones para ajustar automáticamente sus parámetros libres. El modelo es un híbrido entre los modelos puramente basados en la física, que confían en un conocimiento potencialmente incompleto del medio natural, y los modelos guiados por datos que se basan en la extrapolación del comportamiento observado. Una vez validado, el modelo se emplea para pronosticar la respuesta de un tramo costero fuertemente antropizado considerando la incertidumbre asociada al oleaje y al nivel del mar futuros. Del modelado se obtiene importante información para la gestión de la costa y la adaptación como el retroceso permanente, el área de playa perdida, la posición de la línea de costa durante la época estival, la contribución relativa de los diferentes procesos físicos a los cambios en la línea de costa y el retroceso extremo debido a tormentas. A continuación, se aborda el problema de la inundación costera desarrollando una metodología probabilística que integra las proyecciones de erosión. La metodología se fundamenta en dos pilares, un emulador de tormentas a escala regional y en la actualización del modelo digital del terreno presente considerando la erosión costera futura. Para esto último, las proyecciones de evolución de la línea de costa son trasladadas al modelo digital del terreno, empleado en el cálculo de la inundación, aplicando las reglas cinemáticas en perfil de los diferentes procesos modelados. El acoplamiento de la erosión y la inundación en la escala del cambio climático permite mejorar sustancialmente las proyecciones de riesgo y evaluar la respuesta de la costa considerando los procesos de forma holística, de forma similar a como ocurre en la realidad. Finalmente, el modelo de evolución de la línea de costa se combina con el método de generación de la topobatimetría y un modelo avanzado de propagación del oleaje. Como resultado, se obtiene un modelo morfológico capaz de evaluar la evolución temporal de la costa en la mayoría de las playas de arena del mundo.
Como conclusión, en esta tesis se desarrolla un marco de análisis de impactos compuesto de diferentes modelos, herramientas y metodologías para mejorar los estudios de riesgo de erosión e inundación y apoyar a la adaptación al cambio climático. La piedra angular del trabajo es la comprensión de los principales procesos morfológicos que dan forma a las zonas costeras en las escalas del cambio climático junto con sus interacciones mediante el desarrollo de un modelo de evolución de la línea de costa.
- English
In this PhD thesis, a coastal impact modelling framework that fulfills the computational and scale constraints imposed by climate change and oriented to produce better risk estimates and designing effective adaptation strategies, is established. To this end, a novel physics-based and data-assimilated shoreline evolution model is built. Once validated, the model is used to forecast the shoreline response considering climate-related uncertainty associated to future waves and water levels. Next, the shoreline projections are employed to update the nearshore morphology and to obtain erosion-enhanced flooding projections. Finally, a novel model capable of jointly resolving the shoreline evolution and the complete coastal morphology applicable to most of the sandy coastal settings worldwide including beaches protected by coral reefs, vegetation or man-made structures; is developed.
