Impacto del cambio climático sobre ecosistemas: patrones a fina escala, índices y vigilancia de temperaturas extremas mediante nuevas técnicas de teledetección
CLIMTEX (CGL2015-64268-R)

RESUMEN

Este proyecto se enmarca plenamente dentro del Reto 5 de acción sobre el cambio climático y eficiencia en la utilización de recursos y materias primas (Estrategia Española de Ciencia y Tecnología y de Innovación, y Horizonte 2020) y da continuidad a proyectos previos financiados por el Plan Nacional de I+D+i, principalmente al proyecto TERMED (CGL2011-30433-C02). El presente proyecto ampliará considerablemente las metas de la investigación interdisciplinar desarrollada en TERMED en el campo de la teledetección térmica y su uso en el seguimiento de fenómenos meteorológicos adversos, y tendrá como propósitos: la evaluación y seguimiento de tendencias espacio-temporales de cambio climático, y de su impacto sobre los ecosistemas y recursos, y la previsión de riesgos meteorológicos extremos. Para ello, se hará uso de las nuevas misiones espaciales, los últimos avances en técnicas de teledetección, una red de observación pionera establecida en TERMED, y técnicas de downscaling estadístico con redes neuronales artificiales (ANNs). Así, se adquirirán datos verdad-terreno mediante dicha red, el desarrollo de campañas específicas y la participación en programas internacionales (EPOs del proyecto). Estos datos se utilizarán para la calibración de nuevos sensores espaciales, en colaboración con ESA (dentro de COPERNICUS) y JLP-NASA, y la validación de algoritmos y productos térmicos obtenidos con ellos, además de mediante sensores con series temporales largas o altas frecuencias temporales. Asimismo, junto con el uso de técnicas multiespectrales, contribuiremos al conocimiento de la emisión térmica de las superficies a nivel espectral y así a las próximas misiones hiperespectrales, claves en la monitorización del impacto del cambio climático en ecosistemas, recursos y riesgos naturales, y ciclo del carbono. Con ello, se mejorarán las técnicas de teledetección, utilizando tecnologías punteras, con las que generar mapas térmicos más precisos. Estos mapas se usarán para el análisis, mejora e interpretación de patrones térmicos obtenidos con una técnica de downscaling estadístico mediante ANNs que aplicaremos a series diarias observadas reconstruidas a partir de datos de reanálisis NCEP-NCAR para los últimos 70 años. Análisis preliminares realizados con esta técnica dentro de TERMED señalan un rápido calentamiento de las temperaturas mínimas en zonas elevadas de la vertiente mediterránea, con consecuencias para ecosistemas forestales y recursos hídricos regionales. Se establecerán índices bioclimáticos para estudiar ecosistemas regresivos y expansivos ante las tendencias térmicas detectadas, que sirvan para establecer estrategias de adaptación y/o mitigación del cambio climático. Además, se implementarán los mapas térmicos en el modelo RAMS para mejorar la vigilancia y alerta de temperaturas extremas. Finalmente, se expandirá el uso de esta técnica downscaling a las precipitaciones, siendo otra variable crucial en el estudio de tendencias.
Un mejor conocimiento científico en estas líneas permitirá una mayor capacidad de monitorización, gestión y mitigación del cambio climático, un uso más eficiente de los recursos y materias primas, y una optimización los sistemas de alerta de fenómenos meteorológicos extremos que permitan la activación de protocolos de intervención social. Es por ello que, entre otros, el WCRP y la Generalitat Valenciana apoyan nuestro proyecto.


Summary


This project is conceived within the framework of the Challenge 5: Climate Action, Resource Efficiency and Raw Materials (Spanish Strategy of Science, Technology and Innovation, and Horizon 2020 Programme) and continues the research of previous projects funded by the Spanish National R+D+i Plan, mainly of the TERMED project (CGL2011-30433-C02). The current project expands considerably the goals of the interdisciplinary research there developed in the field of thermal remote sensing and its use in monitoring of adverse weather events, and its objectives are: the systematic evaluation and monitoring of spatial and temporal trends associated to the climate change, and their impact on ecosystems and natural resources, and the surveillance of extreme weather risks. New space missions, recent advances in remote sensing techniques, a pioneering field observational network established during the TERMED project, and statistical downscaling techniques using artificial neural networks (ANNs) will be used to reach these objectives. Ground-truth data will be acquired both by the network and by developing specific field campaigns and participating in international programmes (Observing Promoters of the project). Those data will be used for calibration of new satellite sensors, in collaboration with ESA (within COPERNICUS) and JLP-NASA, and validation of algorithms and thermal products obtained from them and from sensors with relatively long time series or high temporal frequencies. The acquired data, along with the use of multispectral techniques, will allow us to contribute to the knowledge of spectral thermal emission of surfaces and thus to the near future hyperspectral missions, which are key to monitor climate change impacts on the Earth ecosystems, natural resources and risks, and carbon cycle. Therefore, we will improve remote sensing techniques, with innovative technologies, to generate more accurate thermal maps. These maps will be used to analyse, improve and interpret thermal patterns obtained with a statistical downscaling technique using ANNs applied to daily observed series reconstructed from NCEP-NCAR reanalysis data for the last 70 years. Preliminary studies carried out with this technique within the TERMED project point out a fast warming of minimum temperatures at high elevations in the Mediterranean area, with consequences for forest ecosystems and regional water resources. Bioclimatic indexes will be also established to analyse expansive and regressive ecosystems related to the observed thermal trends, as useful information to define climate change adaptation and/or mitigation strategies. Additionally, the thermal maps will be implemented in the RAMS model initialization to improve the surveillance and early warning of extreme temperature events. Finally, the use of this technique will be expanded to precipitation, as another crucial variable in the analysis of climate change trends.
Better scientific knowledge in these lines will allow greater capacity for climate change monitoring, management and mitigation, more efficient use of resources and raw materials, and improving warning systems of extreme weather events in order to launch social intervention protocols. For this reason, the WCRP-Spanish Committee and the Department of Health Care of the Generalitat Valenciana, among others, supports our project as Observing Promoters.

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