La sequera, una amenaça natural i insidiosa, és un fenomen complex que involucra processos
climàtics i genera grans impactes ambientals i socioeconòmics. En els últims anys l’interès en el
seguiment i en els efectes de les sequeres ha incrementat a causa de les situacions climàtiques
extremes esdevingudes. Aquests episodis de sequera tenen implicacions sobre moltes Societal
Benefit Areas (SBAs) abordades pel GEOSS (Global Earth Observation Systems of Sytems) de
manera que es genera una interconnexió entre les diferents disciplines, com per exemple la
sostenibilitat agrícola, la seguretat alimentaria, les funcions i serveis dels ecosistemes, la
biodiversitat, les reserves de carboni, els recursos hídrics i els incendis forestals, entre d’altres.
Segons el cinquè i últim informe publicat pel Grup Intergovernamental d’ Experts sobre el Canvi
Climàtic (IPCC), les projeccions de futur indiquen una disminució de les precipitacions en la
conca Mediterrània que, juntament amb temperatures més càlides, pot desencadenar més
episodis de sequera i reduir la disponibilitat d’aigua tant per sistemes naturals com per recursos
humans.
Tot i que la recerca en sequera progressa adequadament, el fenomen encara no està prou ben
caracteritzat i per tant la gestió adequada d’aquest tipus d’esdeveniments i de les seves
conseqüències encara es fa difícil. Per exemple, a l’Espanya Peninsular la sequera és un fenomen
recurrent que en les últimes dècades ha causat importants impactes naturals i socioeconòmics.
D’altra banda, la Península Ibèrica Espanyola és un cas d’estudi prou interessant atesa la seva
situació a la conca Mediterrània i pel seu complex i heterogeni territori. Amb quasi el 90 % de la
seva superfície (35 % dedicada al sector agrícola i un 55 % a boscos) amenaçada per la sequera,
la caracterització espacio-temporal de la sequera en aquesta àrea és fonamental pel seguiment,
previsió i gestió de les seves conseqüències.
Les dades climàtiques i la teledetecció són el nucli de la present tesi, la qual contribueix al
coneixement dels patrons espacials multitemporals de les sequeres a la Península i els seus
efectes, des de la perspectiva de la Ciència de la Informació Geogràfica. En aquesta tesi s’aborda
la identificació i caracterització de la sequera a diferents escales espacio-temporals i es demostra
la necessitat d’un nou marc conceptual on la sequera forestal tingui el seu reconeixement.
També contribueix a un millor coneixement dels episodis passats de sequeres a la Península
Ibèrica Espanyola i dels seus possibles desencadenants gràcies al desenvolupament d’una nova
base cartogràfica climàtica (precipitació i temperatura) i de sequera (Standardized Precipitation
Index- SPI and Standardized Precipitation Evapotranspiration Index- SPEI) per al període 1950-
2012, a 8 escales temporals diferents, que inclou més de 14 000 mapes continus a una resolució
espacial de 100 m. Les anàlisis dels mapes de sequera continus a nivell espacial i temporal ofereixen una visió
espacial innovadora de la sequera que permet identificar la distribució espacial de les zones més
afectades i quantificar la intensitat i l’extensió temporal d’aquestes, sovint revelant com a àrees
afectades aquelles que no s’esperava i per tant suggerint una revisió de les unitats climàtiques
actualment definides per l’àrea. Aquest enfocament multidimensional permet seguir la dinàmica
espacio-temporal de les sequeres, les anomenades sequeres en moviment, i facilita la
identificació d’esdeveniments simultanis, la present en un moment donat i la resident d’un
episodi anterior, en l’espai i el temps. Les tendències de les sèries temporals del SPEI a diferents
escales temporals ha identificat un canvi de règim sobtat entre el 1979 i el 1981 que afecta la
part central i de l’est de la Península Ibèrica, i que és anticipat per senyals d’alerta de forma
consistent. L’Oscil·lació Multidecadal Atlàntica (AMO) n’ha resultat ser el predictor més
significatiu. L’avaluació dels impactes d’aquest canvi abrupte en la fixació de carboni dels boscos
mediterranis de Pinus halepensis identifiquen disminucions significatives en els guanys de les
reserves de carboni en la majoria de parcel·les forestals avaluades.
Tanmateix, els patrons de sequera basats en clima no poden explicar l’estat real de la vegetació.
En canvi, les observacions remotes de satèl·lit proporcionen una visió complementaria amb una
gran cobertura espacial i temporal de les condicions de sequera en la vegetació. Així doncs, s’ha
calculat i usat diversos índexs de vegetació derivats del sensor MODIS (MODerate-resolution
Imaging Spectoradiometer) com a possibles indicadors de paràmetres de l’estat fisiològic de la
vegetació dels boscos. L’anàlisi exploratòria basada en series temporals de dades de clima i
índexs de vegetació de MODIS mostra les capacitats de la integració d’ambdós tipus de dades a
l’hora d’identificar i caracteritzar els patrons de sequera en els boscos a diferents escales
temporals. Per exemple, els índexs de vegetació que tenen en compte la temperatura presenten
una correlació de R2~0.56 amb SPEI en escales temporals més curtes, mentre que si s’examinen
escales temporals més llargues (al voltant d’un any) les correlacions més altes es troben amb els
índexs que tenen en compte verdor i contingut d’aigua de la vegetació. Aquesta resultats
mostren la robustesa de la integració de les dades de teledetecció i del SPEI i el sentit d’usar
aquest últim índex en estudis de detecció de sequeres previs als que contemplen dades de
teledetecció.
Finalment, s’ha desenvolupat un nou algorisme per tal de generar compostos de reflectàncies de
8 dies a partir d’imatges diàries, basat en una correcció topogràfica i una aproximació
geostadística, amb la finalitat de millorar l’heterogeneïtat espacial que presenta el producte de 8
dies actual de MODIS (MOD09A1). Els resultats mostren que aquest nou producte, no només
millora en gran mesura el producte actual sinó que també presenta una alta correlació amb els
productes obtinguts mitjançant compostos del producte diari (MOD09GA), esdevenint un
possible substitut d’aquest en processaments que requereixin molt de temps de càlcul. En resum, la investigació duta a terme en aquesta tesi avança en diversos aspectes de l’estudi de
la sequera, tant a nivell climàtic com a nivell forestal, i consolida un avenç en la investigació
d’aquests fenòmens. / Drought, an insidious natural hazard, is a complex phenomenon involving climate processes that
has large environmental and socioeconomic impacts. In recent years there has been an
increasing interest in droughts effects and monitoring due to the current situations of extreme
climatic events. Such drought events have implications on many of the Societal Benefit Areas
(SBAs) that GEOSS (Global Earth Observation System of Systems) addresses; and this
phenomenon set up an interconnection between different fields, such as agriculture
sustainability, food security, ecosystem functions and services, biodiversity, carbon stocks, water
resources, and wildfires, among others. According to the recently published IPCC 5th Assessment
Report, a decrease in precipitation coupled with warmer temperatures associated to drought
events is projected especially in the Mediterranean Basin, which will result in reductions on
water availability for natural and agricultural systems and human needs.
Although research on drought is progressing, the phenomenon is still not well understood, and
this fact makes difficult to adequately manage this type of events and their derived
consequences. For instance, in the Spanish Iberian Peninsula droughts are recurring phenomena
which in recent decades have led to major natural and socioeconomic impacts. Moreover, the
Spanish Iberian Peninsula is an interesting case study due to its situation in the Mediterranean
Basin and its heterogeneous complex territory. With around 90 % of its land surface (35 %
agriculture and 55 % forest areas) highly threatened by droughts, understanding the spatial and
temporal characteristics of drought in this area is essential for monitoring, forecasting and
managing of its consequences.
Both climate and remote-sensing data are the core of this thesis that wants to contribute to the
knowledge of the multitemporal spatial patterns of droughts in the Iberian Peninsula and their
effects, especially on forests, from a Geographic Information Science perspective. This thesis
addresses drought identification and characterization at different spatiotemporal scales and
demonstrates the need for a new conceptual framework where forest drought has its own
recognition. A better understanding of past droughts events affecting the Spanish Iberian
Peninsula and their possible drivers has been achieved through the development of a monthly
climate (precipitation and temperature) and drought (Standardized Precipitation Index- SPI and
Standardized Precipitation Evapotranspiration Index- SPEI) cartographic Big Data base for the
period 1950-2012 at 8 different timescales, which includes more than 14 000 continuous maps
at a detailed spatial resolution of 100 m.
The analyses of spatiotemporally continuous SPEI maps offers an innovative spatial vision of
drought, identifies the spatial distribution of most affected areas, and quantifies the intensity and time extent of drought events, often unveiling areas more affected than previously expected
and suggesting new future climatic units for the area. This multidimensional approach has
enabled monitoring the spatiotemporal dynamics evolution of droughts, the so-called drought
moving waves, which facilitates the identification of several simultaneous present and long-term
drought events. Trends of SPEI time-series at different timescales identifies an abrupt regime
shift between 1979 and 1981 affecting the central-eastern part of the Iberian Peninsula, which
was consistently anticipated by early warning signals. The analysis indicates that the Atlantic
Multidecadal Oscillation (AMO) is the strongest predictor of the shift. The evaluation of potential
impacts of drought regime shifts in forest carbon sequestration of Mediterranean Pinus
halepensis forests has also resulted in reduction in carbon stock accumulation rates in most of
the evaluated areas.
However, climate-based patterns do not entirely explain the real state of vegetation. Instead,
satellite observations potentially provide a complementary view with greater spatial and
temporal coverage of drought conditions. Therefore, vegetation indices derived from MODIS
(MODerate-resolution Imaging Spectoradiometer) sensor has been calculated as possible
indicators of physiological forest parameters. An exploratory analysis based on time-series of
climate and MODIS data has been carried out showing the capabilities of integrated climate and
remote-sensing data to identify and characterize drought patterns on forests at different
timescales. For instance, remote-sensing temperature indices exhibit R2~0.56 with SPEI at the
shortest timescales, while when examining timescales of about 1 year, the higher correlations
are found with water and vegetation indices (R2~0.38). These results show both the robustness
of SPEI and remote-sensing data working together, and the sense of using SPEI for pre-remotesensing
drought studies.
Finally, a new methodology for generating MODIS 8-day surface reflectance products based on a
topographic correction and a geostatistical analysis approach has been developed in order to
address several issues related to the spatial heterogeneity of current MODIS 8-day composites
(MOD09A1). Results show that this new product not only greatly improves the current product,
but also presents a high monthly correlation with products obtained by the compilation of the
daily product (MOD09GA), being a possible substitute of high processing time analysis of daily
products.
In summary, the research carried out in this thesis covers many aspects of drought studies,
meteorological studies and forest studies, consolidating progress in the investigation of the
drought phenomenon.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/379829 |
| Date | 25 January 2016 |
| Creators | Domingo Marimon, Cristina |
| Contributors | Pons Fernández, Xavier, Ninyerola Casals, Miquel, Cristóbal Rosselló, Jordi, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Geografia |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 273 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs., info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0025 seconds