Estadística y ciencia de datos para medir las constantes vitales de la Tierra desde satélite

La Tierra cambia constantemente de formas muy diversas. Esto puede observarse desde el espacio gracias a la información capturada por los sensores de los satélites. El paradigma “lo seco se vuelve más seco, lo húmedo se vuelve más húmedo” ha sido sugerido en la literatura para caracterizar los efectos más evidentes del calentamiento climático en el planeta. Pero hasta ahora no se había cuantificado a partir de la consideración de dos factores al mismo tiempo: el agua del suelo y el agua de la vegetación.

El equipo de investigación que lidera este trabajo desde el Image Processing Laboratory (IPL) de la Universitat de València, en el Parque Científico de la institución académica, constata ahora que, a lo largo de la última década, han ocurrido cambios no sólo de seco a seco y de húmedo a húmedo, sino también de seco a húmedo y viceversa. Estos cambios han tenido lugar en ecosistemas de clima principalmente húmedo y semiárido. El estudio muestra cómo el ensamblaje entre el contenido de agua del suelo y el de la vegetación es clave para comprender la dinámica ecológica de los grandes ecosistemas y su interacción con el clima y las actividades humanas.

En el estudio publicado en National Science Review aparecen cambios notables relacionados con la actividad humana –desforestación e incendios forestales, reforestación artificial, abandono de campos de cultivo– y cambios climáticos relacionados con la variabilidad de las precipitaciones, entre otros. Pero los resultados más novedosos del trabajo tienen que ver con la capacidad del sistema empleado; se trata de un método que, de forma automática, es capaz de identificar las zonas del planeta más afectadas por los principales cambios de tendencia tanto en contenido de agua del suelo como en contenido de agua de las plantas y de discernir si el cambio detectado es producto de la propia naturaleza o ha venido dado por causas antropogénicas.

Para ello, el equipo se nutre de datos sobre la humedad del suelo (SM) y la profundidad óptica de la vegetación (VOD), procedentes de la misión Soil Moisture and Ocean Salinity SMOS, de la Agencia Espacial Europea (ESA). Se trata de la primera misión que, diseñada para medir la humedad del suelo del planeta, permite también medir el contenido de agua de las plantas y la salinidad de los océanos.

“El artículo presenta un análisis estadístico básico para extraer las tendencias de SM y VOD a lo largo de la última década. A diferencia de enfoques anteriores, que se centraban en analizar las tendencias de una sola variable, en este caso lo que hemos hecho es utilizar conjuntamente datos sobre humedad del suelo y el contenido de agua de las plantas, y esto nos ha permitido identificar patrones espaciales con mucha claridad”, señala Gustau Camps-Valls, jefe del grupo de Procesado de Imágenes y Señales (ISP- IPL) de la Universitat de València y titular de dos ayudas ERC.

Diego Bueso, investigador en el IPL y primer autor del trabajo, afirma que “el reto era encontrar una explicación a los cambios; encontrar sus causas. Aunque en algunos casos eran obvias, como la deforestación en el Amazonas, también hemos podido identificar distintas subregiones con comportamientos contrastados; unas por causa de talas masivas y otras más sutiles por impactos climáticos”.

El trabajo se basa en el primer registro de estimaciones globales por satélite de microondas en banda L, de 2010 a 2020, de la misión SMOS. “Nuestro trabajo ilustra el valor de las misiones por satélite que miden la emisión de la Tierra en frecuencias de microondas, en particular en la banda L, que es muy sensible al contenido de agua en los suelos y la vegetación, incluso en regiones con áreas densamente vegetadas como el Amazonas, lo que la hace única”, explica María Piles, investigadora Ramón y Cajal en el grupo ISP y miembro del grupo asesor de la futura misión CIMR, que forma parte del programa de expansión del sistema Copernicus de la Comisión Europea.

Este nuevo enfoque puede aplicarse a otras variables y escalas espaciotemporales para medir las constantes vitales terrestres.

El equipo está formado por personal investigador del IPL de la Universidad de Valencia, del Laboratoire des Sciences du Climat et del Environnement de la Université Paris-Saclay, y del INRA Centro de Burdeos Aquitaine.

Publicación original

“Soil and vegetation water content identify the main terrestrial ecosystem changes”

Bueso, D. and Piles, M. and Ciais, P. and Wigneron, J-P. and Moreno-Martínez, A. and Camps-Valls, G. National Science Review : (1-22), 2023.

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwad026/7030907