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Los investigadores usan drones para monitorear los flujos de agua en el suelo

Los investigadores usan UAV para monitorear los flujos de agua en el suelo
Los colores de la imagen térmica muestran las diferentes temperaturas de la superficie: cuanto más brillante es el color, más cálido. Las superficies son más frías donde el agua está disponible para las plantas y puede evaporarse. Crédito: HyWa / BOKU

Durante ocho años, una zona de Luxemburgo de unos 300 kilómetros cuadrados estuvo bajo vigilancia especial. Grupos de investigación de toda Europa analizaron el área de captación del río Attert, los drones volaron sobre ella con cámaras termográficas y los satélites midieron la radiación. 


por Austrian Science Fund (FWF)


Mientras tanto, los equipos de investigación estaban en los campos determinando la composición del suelo. Luego, los datos se utilizaron para elaborar cálculos de modelos informáticos. El objetivo de estos esfuerzos era resolver un misterio que ha intrigado a la gente desde los inicios de la agricultura: ¿Cómo fluye el agua en la superficie de la Tierra y en el suelo?

Esta pregunta no solo es relevante para la agricultura, también es fundamental para comprender el impacto del cambio climático o predecir las consecuencias de los desastres naturales. Por ahora, el conocimiento es incompleto y factores como la vegetación se suman a la complejidad de la situación. Hacer frente a esta complejidad fue el objetivo del proyecto internacional CAOS, abreviatura de Catchments as Organized Systems, que involucró a grupos de investigación de Austria, Alemania y Luxemburgo. Una parte del proyecto se llevó a cabo bajo los auspicios del hidrólogo Karsten Schulz de la Universidad de Recursos Naturales y Ciencias de la Vida Aplicadas en Viena y fue financiado por el Fondo Austriaco de Ciencias FWF. Utilizando nuevos métodos para sus investigaciones, el grupo vienés se centró particularmente en el análisis de imágenes térmicas tomadas por drones y satélites.

Datos irregulares

Así es como Schulz explica los desafíos para comprender los flujos de agua en la superficie de la Tierra: “En primer lugar está la precipitación, que es quizás el componente más difícil porque, para ser sincero, no sabemos exactamente cuánta lluvia cae realmente. » Hay mediciones de radar de área en tierra y mediciones de puntos en estaciones meteorológicas, pero entre las dos, hay muchas cosas inciertas. «Especialmente en la región alpina, las mediciones son muy propensas a errores», señala Schulz.

En su opinión, medir la descarga de agua, es decir, la cantidad de agua en los ríos, ya funciona bastante bien, pero es particularmente difícil determinar la evaporación del agua de la superficie terrestre. «En Austria en particular, hay pocos datos disponibles sobre este aspecto, porque apenas hay puntos de medición», dice Schulz.

La complejidad y variabilidad del suelo presenta un desafío adicional: «Muy a menudo, la escorrentía que sigue a la precipitación está controlada por la estructura porosa gruesa del suelo, que está determinada, entre otras cosas, por la actividad de las lombrices de tierra. Por esta razón, el proyecto tuvo su propio grupo de trabajo que estudia las madrigueras de las lombrices de tierra y trata de cuantificarlas y predecir su estructura «.

La evaporación proporciona un efecto de enfriamiento.

El río Attert fue seleccionado porque su área de captación cuenta con una red particularmente densa de estaciones de medición, lo que lo convierte en un área de prueba perfecta para refinar modelos y desarrollar una imagen lo más completa posible de todos los procesos involucrados. El cometido de Schulz y su grupo era la teledetección, es decir, observar los procesos desde el aire mediante cámaras termográficas , entre otras cosas. «Echamos un vistazo a todo el sistema utilizando sensores térmicos remotos y caracterizamos el área de captación en términos de sus funciones», explica Schulz.

La temperatura de la superficie terrestre permite a los investigadores sacar conclusiones sobre la evaporación. La evaporación disminuye donde la temperatura de la superficie es alta porque solo hay menos agua disponible y falta el efecto de enfriamiento de la evaporación. Cuando hay agua, la energía se utiliza para la evaporación y, en consecuencia, las temperaturas son más bajas.

Las imágenes térmicas por sí solas no aportan suficiente información, por lo que el grupo de investigación las combinó con imágenes de cámaras convencionales. El grupo de Schulz estudió imágenes de un período de diez años y sometió estos datos a un análisis de componentes principales. Este método les permite identificar las estructuras relevantes en grandes cantidades de datos. El objetivo había sido identificar áreas con comportamiento hidrológico similar. «También hemos utilizado los datos de esta zona para caracterizar y clasificar la vegetación con el fin de poder deducir las propiedades del suelo del resultado», explica Schulz.

Apuntando a un modelo preciso

Junto con los resultados de los otros grupos internacionales, los hallazgos de Schulz y su equipo se integraron en un nuevo modelo de flujo de agua para la región de Attert. «Nuestro trabajo se utilizó para determinar qué resolución espacial de la fotografía aérea era necesaria para mapear todas las características relevantes del paisaje y para determinar cómo se puede incorporar la información del suelo en el modelo». Schulz considera que el nuevo modelo derivado del proyecto de investigación básica es un gran paso adelante: «Los modelos hidrológicos anteriores, como los que usamos tradicionalmente en los sistemas de predicción de crecidas de entrada, no han implementado, por regla general, esta interacción entre agua y vegetación en la tierra.» Los nuevos hallazgos facilitan mejores pronósticos para la agricultura y las consecuencias de las inundaciones. A partir de 2011,


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