Contributions to the knowledge of the multitemporal spatial patterns of the Iberan Peninsula droughts from a Geographic Information Service perspective / Cristina Domingo Marimon; supervisors: Xavier Pons Fernández, Miquel Ninyerola Casals, Jordi Cristóbal Rosselló
Domingo Marimon, Cristina
Pons, Xavier, dir.
Ninyerola i Casals, Miquel, dir. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Biologia Animal, de Biologia Vegetal i d'Ecologia)
Cristóbal Rosselló, Jordi, dir.
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Geografia

Título variante: Contribucions al coneixement dels patrons espacials multitemporals de les sequeres a la Península Ibèrica des de la perspectiva de la ciència de la informació geogràfica
Publicación: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2016
Descripción: 1 recurs electrònic (273 p.)
Resumen: 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 R2̃0. 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.
Resumen: 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.
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Geografia, 2016
Derechos: L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons Creative Commons
Lengua: Anglès.
Documento: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis ; publishedVersion
Materia: Sequeres ; Península Ibèrica ; Clima
ISBN: 9788449059568

Adreça alternativa: https://hdl.handle.net/10803/379829


152 p, 6.8 MB

25 p, 9.6 MB

29 p, 11.4 MB

35 p, 8.3 MB

36 p, 8.6 MB

El registro aparece en las colecciones:
Documentos de investigación > Tesis doctorales

 Registro creado el 2016-10-25, última modificación el 2019-10-09



   Favorit i Compartir