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En esta tesis se presenta un método y una serie de herramientas informáticas para obtener automáticamente la posición de líneas de costa partiendo de imágenes registradas por los satélites Landsat (5,7 y 8) con un nivel de precisión cercano a 5,5 m (EMC). Para conseguirlo se han resuelto tres cuestiones: (i) la definición de un algoritmo de extracción automática de la línea de costa a nivel subpíxel, (ii) la georreferenciación de las sucesivas imágenes también a nivel sub-píxel y (iii) la adaptación específica a los distintos tipos de imágenes Landsat. El método desarrollado se sustenta en el análisis de las bandas del infrarojo próximo y medio, en las que existe una diferencia muy marcada en la respuesta radiométrica del agua y el suelo. Una umbralización inicial permite la detección de la línea de costa a nivel píxel. Alrededor de tal línea, se aplica el algoritmo propuesto para alcanzar la precisión sub-píxel. Concretamente, se ajusta una función alrededor de cada píxel de la línea aproximada y, sobre dicha función matemática, se deducen, realizando perfiles transversales, los puntos de máximo gradiente. Finalmente, el promedio de tales puntos define la posición de la línea de costa. En primer lugar se ha evaluado el algoritmo sobre imágenes QuickBird (2,4 m de resolución espacia) definido la posición verdadera de la línea de costa mediante fotointerpretación para servir de referencia. Posteriormente, se han remuestreado esas mismas imágenes a tamaños de píxeles similares a los de las imágenes Landsat, se ha aplicado al algoritmo propuesto y evaluado frente a la línea de referencia. En segundo lugar, se ha propuesto y evaluado un método de georreferenciación basado en la correlación cruzada. Para realizar una evaluación independiente de las líneas de costa, se ha generado un conjunto de imágenes de traslación conocida. Al aplicar el método propuesto y comparar sus resultados con la traslación conocida se ha podido describir el comportamiento de los errores. Los errores observados se acercan a los 0,1 píxeles. Esto implica, al aplicarse sobre imágenes con una resolución igual a la de Landsat (30m/píxel), un error esperable de 2 m. En tercer lugar, se han unificado los procesos de obtención de la línea de costa y de georreferenciación para su aplicación sobre las bandas infrarrojas de Landsat TM/ETM/OLI. Para la validación, se han tomado como referencia ciertas zonas de costa que no han sufrido variaciones en el tiempo de estudio. Se ha demostrado que la reflectancia de las zonas terrestres próximas a la costa afecta a la posición de la línea de costa que obtiene el algoritmo. Este comportamiento ha podido ser descrito estadísticamente. De esta manera, en función de qué sensor y banda se empleen, es posible corregir la línea de costa y llevarla a su posición definitiva. Tomando el total de líneas de costa analizadas se obtiene un error medio cuadrático de 5,5 m. Una vez establecido el nivel de precisión que se consigue con la metodología propuesta en la tesis se abordan dos aplicaciones específicas: (i) un estudio sobre el impacto de una serie de temporales costeros sobre un amplio segmento de playas arenosas (100 km) y los procesos de recuperación de esas playas y (ii) un estudio de la tendencia a medio plazo (casi treinta años) de un segmento costero (14 km). Estos dos estudios han permitido mostrar la utilidad de las líneas de costa así obtenidas, evidenciando que aportan una nueva fuente de información para los estudios de la dinámica de las playas. Si bien la metodología presenta algunas limitaciones, resulta claro que también resuelve otras que son propias del resto del fuentes de datos disponibles para los estudios de la dinámica costera. / Almonacid Caballer, J. (2014). Obtención de líneas de costa con precisión sub-píxel a partir de imágenes Landsat (TM, ETM + y OLI) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48462 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

La erosión costera es un fenómeno que se está convirtiendo en un problema creciente a lo largo de las costas de todo el mundo. Una gran parte del retroceso de la línea de costa está causada por las actividades antropogénicas que se desarrollan en el litoral y en sus inmediaciones (construcción de presas en los ríos, desarrollo urbanístico masivo o diseño de obras marítimas), pero también por la aparición de eventos climáticos extremos. Todo ello conlleva a la degradación sistemática del ecosistema costero, con la consecuente pérdida de biodiversidad y de defensa costera. Por ello, son muchos los países en el mundo que mediante diferentes leyes o estrategias han impulsado medidas con el objetivo de proteger el litoral. Los sistemas dunares se han convertido a lo largo de la historia en paisajes naturales fundamentales para la defensa de la costa y para el mantenimiento de los servicios ecosistémicos. En este sentido, su morfología y su vegetación son elementos que juegan un papel de gran relevancia en la protección costera. Es fundamental medir sus cambios con alta precisión y su evolución a lo largo del tiempo. Sin embargo, la falta general de datos empíricos y experimentales ha limitado el uso de estos elementos como función protectora. Por ello, es necesario contar con una metodología y con unos medios adecuados que nos permitan entender los impactos naturales y antrópicos que propician estos cambios. Las ciudades costeras son espacios altamente expuestos a los efectos del cambio climático, debido a su elevada vulnerabilidad (social y económica) y su alta peligrosidad ante eventos atmosféricos extremos de alto impacto (inundaciones, temporales marítimos). Las inundaciones de origen costero (fuertes oleajes) y fluvial ponen en riesgo el adecuado funcionamiento de las ciudades costeras, generando elevadas pérdidas económicas en actividades económicas de alto valor (turismo). Las previsiones de cambio climático señalan, además, el incremento de eventos atmosféricos extremos para las próximas décadas en la zona mediterránea. Por todo ello, se ha analizado la evolución temporal de 2 entornos costeros con características totalmente diferentes de la Provincia de Alicante. Por un lado, las playas urbanas de Poniente y Levante en la ciudad de Benidorm y, por otro lado, el sistema playa-duna ubicado entre la desembocadura del río Segura y la población de Guardamar del Segura. Tras realizar una revisión de las estrategias impulsadas por diferentes gobiernos encaminadas a la protección costera, y en especial en España, la metodología seguida ha consistido en lo siguiente: evolución histórica de todo el ecosistema costero (línea de costa, cordón dunar y vegetación), estudio de factores climáticos y sedimentología, análisis estadísticos y, por último, soluciones a adoptar. Los resultados muestran que las playas de Benidorm, pese a tener características similares, presentan un comportamiento morfológico diferente. La Playa de Poniente presenta unas mayores tasas de erosión que la Playa de Levante, especialmente en su sector este. Esta tendencia de erosión desapareció en el último período analizado (2007-2021) debido a un cambio en el régimen de oleaje entrante, que hasta entonces favorecía la erosión y el basculamiento en esta zona de la playa. Además, la falta de homogeneidad de los sedimentos y un peor comportamiento al desgaste hacen que la Playa de Poniente se comporte peor que la de Levante frente a la erosión. Por otro lado, el incremento de las precipitaciones máximas y de la intensidad de los temporales marítimos hace necesario implementar soluciones que incrementen la resiliencia de la ciudad costera. Por ello, se propone la construcción de una duna urbana vegetada paralela al paseo marítimo para protegerlo del nivel de inundación (3 m) y el diseño de diques de arena perpendiculares a la línea de costa con el objetivo de encauzar las aguas pluviales vertidas por los barrancos y evitar daños en la infraestructura litoral. En cuanto al área de Guardamar del Segura, el estudio de perfiles mediante imágenes aéreas y Modelos Digitales del Terreno (MDT) determinó que la morfología de la duna (pendiente y altura) presenta una fuerte correlación con la pérdida de volumen y de vegetación. Una mayor cota y pendiente de la duna es beneficioso para mantener la vegetación en buenas condiciones, especialmente cuando estas superan los 6 m y los 18°, respectivamente. Sin embargo, es negativo para su estabilidad. También es fundamental considerar la influencia de las Casas de Babilonia, ya que su presencia impide la erosión de las plantas ubicadas a su trasdós. El estudio del clima marítimo mostró una mayor erosión en la duna durante los periodos con mayor oleaje. Además, la superficie vegetal en buen estado reveló una fuerte correlación lineal positiva con la precipitación anual, el número de horas con altura de ola significante Hs>2 m y la velocidad media del viento. Por otro lado, la no imposición de un límite al retroceso de la costa en la ribera del mar por parte de la legislación española, como si se hace en Reino Unido o Países Bajos, provocará en el futuro continuas demoliciones en las viviendas ubicadas en primera línea de costa, daño ecológico irreparable al ecosistema dunar y cambios en el deslinde del dominio público marítimo terrestre (DPMT), con el perjuicio que supone a sus propietarios. La solución aquí propuesta para contener la erosión del sistema consistiría en el diseño de una restauración dunar con una pantalla de pilotes de madera en los tramos donde haya continuos desprendimientos del frente dunar causados por los temporales. El estudio completo de los factores morfológicos y de la vegetación que definen el sistema dunar de Guardamar del Segura nos dará información clave para el futuro diseño de Soluciones basadas en la Naturaleza, proporcionando herramientas adecuadas para la gestión y el mantenimiento, tanto de las playas de arena, como de las áreas dunares (nuevas y existentes). En este sentido, la solución adoptada en Benidorm, y que será implementada por su Ayuntamiento con un presupuesto de 481,102.89€ en un periodo de ejecución de 3 años, puede ser exportada a otras muchas áreas del mundo que poseen un litoral fuertemente urbanizado, antropizado y con graves problemas de erosión. En este caso, las Soluciones basadas en la Naturaleza, como las que se han propuesto a lo largo de este trabajo, juegan un papel relevante en la conservación a largo plazo de nuestros ecosistemas costeros, desarrollando áreas más habitables y más resilientes contra el cambio climático.

Tesis por compendio / [ES] Las playas son espacios costeros que desarrollan numerosas funciones ambientales. Éstas proporcionan importantes beneficios a la sociedad y a las comunidades costeras, entre las que destacan la función ecológica, el suministro de protección para los territorios costeros y el hecho de que constituyen un recurso básico de la industria turística. De forma ligada al cambio climático, así como a acciones humanas que alteran el dinamismo natural de la costa, las playas están experimentando procesos erosivos cada vez más dañinos que afectan a su integridad física y al mantenimiento de sus funciones. La gestión de las playas en muchas ocasiones no se encuentra adaptada a las particularidades de los diferentes segmentos costeros. La toma de decisiones no se sustenta en información suficiente sobre las características, el dinamismo y el estado actual de las playas, dando lugar a soluciones cortoplacistas o ineficaces. Las características geomorfológicas son esenciales en el desarrollo de sus funciones al condicionar sus dimensiones físicas y su comportamiento frente a la acción del mar. Por ello, su caracterización de forma detallada y actualizada es necesaria para llevar a cabo acciones eficientes, permitiendo virar hacia una gestión costera más ecosistémica y sostenible. Las técnicas de teledetección presentan una gran capacidad para la adquisición de datos de la superficie terrestre. En concreto, los satélites Sentinel-2 y Landsat (5, 7 y 8) permiten disponer de forma gratuita imágenes de resolución media con cobertura mundial y alta frecuencia de revisitado. Los algoritmos de extracción de la línea de costa desarrollados recientemente por el Grupo de Cartografia GeoAmbiental y Teledetección (CGAT - UPV) permiten definir sobre estas imágenes la posición de la línea de costa, constituyendo datos potencialmente útiles para describir la morfología de las playas y su dinamismo. Universalizar su aplicación requiere su testeo y validación en diferentes tipos de costa. Para ello, el proceso de extracción ha sido adaptado para su explotación en entornos mareales, y las líneas de costa resultantes han sido evaluadas ante diferentes condiciones oceanográficas ofreciendo una precisión cercana a los 5 m RECM (raíz del error cuadrático medio). Teniendo en cuenta las necesidades de información para la gestión existentes, a partir de estas líneas de costa se propone derivar indicadores que permitan caracterizar la geomorfología de las playas y monitorizar sus cambios. Para ello, las metodologías propuestas aseguran una gestión eficiente de grandes volúmenes de líneas de costa, siendo así capaces de caracterizar las playas cubriendo grandes territorios y periodos de tiempo. Así se derivan el ancho de playa y el tamaño de los granos de sedimento como indicadores objetivos y fácilmente comprensibles de la geomorfología de la playa. La modelización espacio-temporal del estado y los cambios de la línea de costa y de la anchura posibilita monitorizar la respuesta de las playas a temporales y a actuaciones antrópicas, permitiendo analizar los cambios ocurridos cada pocos días hasta cubrir décadas. Su cobertura espacial junto a la integración con otras bases de datos cartográficas permite caracterizar la influencia de la geomorfología de la playa en el desempeño de sus funciones, permitiendo un análisis holístico de la costa a escala regional. Las metodologías desarrolladas en esta tesis y los indicadores derivados desde la teledetección brindan apoyo para dotar de criterios y priorizar las acciones de los gestores. Se contribuye así a llenar el espacio existente entre la disponibilidad de técnicas para obtener información remota y su aplicación en los procesos de toma de decisiones sobre la costa. / [CA] Les platges són espais costaners que desenvolupen nombroses funcions ambientals. Aquestes proporcionen importants beneficis a la societat i comunitats costaneres, entre les quals destaquen la funció ecològica, el subministrament de protecció per als territoris costaners i el fet que constitueixen un recurs bàsic de la indústria turística. De forma lligada al canvi climàtic, així com a accions humanes que alteren el dinamisme natural de la costa, les platges estan experimentant processos erosius cada vegada més nocius que afecten la seua integritat física i al manteniment de les seues funcions. La gestió de les platges en moltes ocasions no es troba adaptada a les particularitats dels diferents segments costaners. La presa de decisions no es sustenta en informació suficient sobre les característiques, el dinamisme i l'estat actual de les platges, donant lloc a solucions curtterministes o ineficaces. Les característiques geomorfològiques són essencials en el desenvolupament de les seues funcions en condicionar les seues dimensions físiques i el seu comportament enfront de l'acció de la mar. Per això, la seua caracterització de manera detallada i actualitzada és necessària per a dur a terme accions eficients, permetent virar cap a una gestió costanera més ecosistèmica i sostenible. Les tècniques de teledetecció presenten una gran capacitat per a l'adquisició de dades de la superfície terrestre. En concret, els satèl·lits Sentinel-2 i Landsat (5, 7 i 8) permeten disposar de manera gratuïta d'imatges de resolució mitjana amb cobertura mundial i alta freqüència de captura d'informació a un mateix punt. Els algorismes d'extracció de la línia de costa desenvolupats recentment pel Grup de Cartografia Geo-Ambiental i Teledetecció (CGAT - UPV) permeten definir sobre aquestes imatges la posició de la línia de costa, constituint dades potencialment útils per descriure la morfologia de les platges i el seu dinamisme. Universalitzar la seua aplicació requereix el seu testatge i validació en diferents tipus de costa. Per a això, el procés d'extracció ha sigut adaptat per a la seua explotació en entorns mareals, i les línies de costa resultants han sigut avaluades davant diferents condicions oceanogràfiques oferint una precisió pròxima als 5 m RMSE (arrel de l'error quadràtic mitjà). Tenint en compte les necessitats d'informació per a la gestió existents, a partir d'aquestes línies de costa es proposa derivar indicadors que permeten caracteritzar la geomorfologia de les platges i monitorar els seus canvis. Per a això, les metodologies proposades asseguren una gestió eficient de grans volums de línies de costa, sent així capaces de caracteritzar les platges cobrint grans territoris i períodes de temps. Així es deriven l'ample de platja i la grandària dels grans de sediment com a indicadors objectius i fàcilment comprensibles de la geomorfologia de la platja. La modelització espai-temporal de l'estat i els canvis de la línia de costa i de l'amplària possibilita monitorar la resposta de les platges a temporals i a actuacions antròpiques, permetent analitzar els canvis ocorreguts cada pocs dies fins a cobrir dècades. La seua cobertura espacial al costat de la integració amb altres bases de dades cartogràfiques permet caracteritzar la influència de la geomorfologia de la platja en l'acompliment de les seues funcions, permetent una anàlisi holística de la costa a escala regional. Les metodologies desenvolupades en aquesta tesi i els indicadors derivats des de la teledetecció brinden suport per a dotar de criteris i prioritzar les accions dels gestors. Es contribueix així a omplir l'espai existent entre la disponibilitat de tècniques per a obtenir informació remota i la seua aplicació en els processos de presa de decisions sobre la costa. / [EN] Beaches are coastal spaces that perform numerous environmental functions. They provide important benefits to society and coastal communities, including the ecological function, the provision of protection for coastal territories, and constitute a basic resource for the tourism industry. Due to climate change and human actions that alter the natural dynamism of the coast, beaches are experiencing increasingly harmful erosive processes that affect their physical integrity and the maintenance of their ecological functions. Beach management is often not adapted to the particularities of the different coastal segments. Decision-making is not based on sufficient information about characteristics, dynamism, and current state of beaches, resulting in short or ineffective solutions. Geomorphological characteristics are essential in the development of beach functions as they condition their physical dimensions and their behavior in response to the action of the sea. Therefore, their detailed and updated characterization is necessary to carry out efficient actions, allowing a more ecosystemic and sustainable coastal management. Remote sensing techniques have a great capacity for acquiring data from the land surface. In particular, Sentinel-2 and Landsat (5, 7, and 8) satellites freely provide medium resolution images with global coverage and high-revisit frequency. The algorithms for extracting the water/land interface recently developed by the Geo-Environmental Cartography and Remote Sensing Group (CGAT - UPV) allow defining the position of the shoreline on these images, constituting potentially useful data to describe beach morphology and dynamics. Universalizing their application requires testing and validation at different coastal types. For this purpose, the extraction process has been adapted for exploitation in tidal environments, and the resulting shorelines have been assessed under different oceanographic conditions offering an accuracy close to 5 m RMSE (Root-Mean-Square Error). From these shorelines, and taking into account the existing information needs for management, it is proposed to derive indicators to characterize the geomorphology of the beaches and to monitor their changes. To this end, the proposed methodologies ensure the efficient management of large volumes of shorelines, being able to characterize the beaches along broad coastal segments and periods. Thus, beach width and sediment grain size are derived as objective and easily understandable indicators of the beach geomorphology. Spatial-temporal modeling of the state and changes of shoreline position and beach width makes it possible to monitor the response to storms and anthropogenic actions, allowing to analyze changes that occur every few days or over decades. The large spatial coverage together with the integration with other cartographic databases allows characterizing the influence of beach geomorphology in the performance of its functions, offering a holistic view of the coast from a regional scale. The methodologies developed in this thesis and the indicators derived from remote sensing provide support and criteria for prioritizing the actions of managers. This contributes to fill the gap between the availability of techniques to obtain remote information and its application in the coastal decision-making process. / This research integrates findings and results obtained within the framework of the contract FPU15/04501 granted to the author by the Spanish Ministry of Education, Culture, and Sports, which has allowed this doctoral thesis to become a reality. The research has been supported by the funds of the project RESETOCOAST, by the Ministry of Economy, Industry, and Competitiveness (chapters 2 to 5), and the project MONOBESAT PID2019-111435RB-I00 by the Ministry of Science, Innovation, and Universities (chapter 6). About my stay in Portugal, it was possible with the funds of the Erasmus+ program. The contribution of Ó. Ferreira was funded by EW-COAST (PTDC/CTA-OHR/28657/2017) and by FCT and Univ. Algarve through the grant UID/MAR/00350/2013, while S. Costas’ was funded by IF/01047/2014. The following institutions have provided free access to essential data for the development of the publications that constitute this thesis: ESA and USGS for the satellite imagery; Puertos del Estado, and the Portuguese Hydrographic Institute in collaboration with CIMA for supplying oceanographic data; Ministry MITECO and DGSCM for data regarding beach sedimentology and nourishments. / Cabezas Rabadán, C. (2021). Beach Morphology and its Dynamism from Remote Sensing for Coastal Management Support [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/165076 / Compendio

[EN] The seagrass Posidonia oceanica is an important ecosystem endemic in the Mediterranean Sea and for their rightful protection they have been included as priority habitat in the European Union habitats directive. From the priority lines of investigation proposed by the Ministry of Environment, Rural and Marine care for the conversation of the habitat of communal interest 1120*. In regards to the seagrass Posidonia (Posidonion oceanicae) in Spain, in some of the protected marine spaces and managed by the Generalitat Valenciana, the following have been developed: The line "mapping and cataloging of the habitat type 1120*". The line "effect of invading species". The line "Effects of climate change in the priority habitat of seagrass of Posidonia oceanica". The line "Development and validation of state indicators of the conservation, structure and function of the habitat type 1120*". / [ES] Las praderas de Posidonia oceanica son un importante ecosistema endémico del mar mediterráneo y para su protección ha sido incluido como hábitat prioritario en la Directiva de Hábitats de la Unión Europea. De las líneas prioritarias de investigación propuestas por el Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino, para la conservación del hábitat de interés comunitario 1120* Praderas de Posidonia (Posidonion oceanicae) en España, en algunos de los espacios marinos protegido creados y gestionado por la Generalitat Valenciana, se han desarrollado las siguientes: La línea "Cartografiado y catalogación del tipo de hábitat 1120*". La línea "Efecto de las especies invasoras". La línea "Efectos del cambio climático en el hábitat prioritario praderas de Posidonia oceanica". La línea "Desarrollo y validación de indicadores de estado de conservación, estructura y función del tipo de hábitat 1120*" . / [CA] Els herbers de Posidonia oceanica són un important ecosistema endèmic del mar mediterrani i per a la seua protecció ha sigut inclòs com a hàbitat prioritari en la Directiva d'Hàbitats de la Unió Europea. De les línies prioritàries d'investigació proposades per el Ministeri de Medi Ambient , i Medi Rural i Marí, per a la conservació de l'hàbitat d'interés comunitari 1120* Herbers de Posidonia (Posidonion oceanicae) a Espanya, en alguns dels espais marins protegit creats i gestionat per la Generalitat Valenciana, s'han desenrotllat les següents: La línia "Cartografiat i catalogació del tipus d'hàbitat 1120*". La línia "Efecte de les espècies invasores". La línia "Efectes del canvi climàtic en l'hàbitat prioritari herbers de Posidonia oceanica". La línia "Desenrotllament i validació d'indicadors d'estat de conservació, estructura i funció del tipus d'hàbitat 1120*". / Enguix Egea, A. (2016). Desarrollo de lineas prioritarias de investigación del hábitat de interés comunitario 1120* Praderas de Posidonia (Posidonion oceanicae) en espacios marinos protegidos de la Comunidad Valenciana [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63242