domingo, 19 de marzo de 2017

Doñana bajo las nubes

El día 13 de marzo pasado había una oportunidad especial para el LAST-EBD. Coincidían tomando imágenes sobre Doñana dos satélite con características similares: Landsat-8 con sus sensores OLI-TIRS y Sentinel-2 con su sensor MSI. El sensor OLI-TIRS es un heredero mejorado y con más bandas de los TM de Landsat 4 y 5 y el ETM+ aún operativo en Landsat 7. El sensor MSI (MultiSpectral Instrument) tiene características similares a OLI en algunos aspectos pero difiere en otros. La resolución espacial es mejor en algunas bandas, tiene bandas con 10, 20 y 60 m de resolución espacial frente a los 15, 30 y 100 m de OLI-TIRS. Aquí podéis ver la ubicación en el espectro electromagnético y la resolución espacial de las 12 bandas de Sentinel-2 y en esta otra página las 11 de Landsat 8. 

Los dos satélites sobrevolaron Doñana tomando imágenes con diferencia de minutos, así que era un gran oportunidad para comparar los dos sensores. En el caso de Sentinel 2, y dentro del proyecto ECOPOTENTIAL, además se están probando distintos algoritmos de corrección atmosférica y por lo tanto era un gran ocasión para tomar datos de "verdad terreno" (o lo que es lo mismo medir sobre el terreno la energía reflejada con un radiómetro, bueno, bueno,.. y ver si las correcciones de la imágenes funcionan bien). Pues nos la veíamos muy felices, después de una semana de anticiclón y clima casi veraniego. Venían también a realizar medidas en el campo Xavier Pons del CREAF y José Antonio Sobrino de la Universidad de Valencia. Pero horas antes entró una masa de aire frío y Doñana se cubrió de nubes. Esto es lo que pasa con los satélites ópticos. Si hay nubes no ven y las imágenes valen para poco o no valen para nada.

Además se levantó un viento fuerte que nos impedía volar con el dron, que también queríamos tomar datos de manera simultánea y calibrar la cámara que incopora.

Luego por la tarde ya estaba disponible la imagen de Landsat 8 y unos días después la de Sentinel 2. Aunque los datos no valen para nada, en esta ocasión, por las nubes. Las imágenes son curiosas y bonitas, y por eso me pareció interesante hacer este post.

Landsat-8 imagen falso color de Doñana bajo las nubes (13 de marzo de 2017)
Mimutos después la imagen de Sentinel-2 (falso color) también co nubes (13 de marzo de 2017)


Las imágenes están sacadas a través de un nuevo visor que ha publicado la ESA y que me enseñó Diego hace pocos días (Sentinel Hub). Es muy interesante ya que carga muy rápido las imágenes, además permite visualizar distintas combinaciones de bandas de las imágenes. Permite visualizar Landsat 5, 7 y 8, Sentinel 2 y Sentinel 3 (el equivalente a MODIS de la ESA). Y además permite comparar visualmente imágenes de distintas fechas o de distintos sensores. Aquí abajo tenéis una prueba comparando las dos imágenes anteriores de Landsat 8 a la izquierda y Sentinel 2 a la derecha.


Bueno, siguiendo este enlace podéis acceder al visor:
http://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/#lat=37.6968609874419&lng=-8.6572265625&zoom=7

A bueno, ... habrá otras oportunidades de comparar los dos sensores. Tenemos apuntadas las fechas en las que los sobre vuelos coinciden y en alguno de ellos; pues tendremos suerte y no habrá nubes.

sábado, 11 de febrero de 2017

Creando un "Espacio de Operación Seguro" para Doñana


"Entre todos la mataron y ella sola se  murió". Este refrán español viene que ni pintado para introducir el concepto de "Espacio de Operación Seguro" o en la terminología anglosajona "Safe Operating Space" aplicado a la conservación de los humedales mediterráneos, como Doñana. Y viene a cuento, por la reciente publicación del artículo de  Andy Green y colaboradores: Creating a safe operating space for wetlands in a changing climate. Frontiers in Ecology and the Environment".

El concepto nos recuerda la campaña del WWF bajo el lema "Doñana se seca" que ha traído a la palestra los problemas de conservación de Doñana, y que siempre puede verse como la botella "medio llena" (se ha ido incrementando la superficie protegida en el Parque Nacional, se han desarrollado programas de restauración como Doñana 2005) o "medio vacía" (se incrementan los regadíos en el entorno, se quiere dragar el Guadalquivir). El artículo de  Andy y colaboradores, en el que el LAST-EBD ha participado aportando datos de teledetección, plantea que los impactos en los humedales son acumulativos ,y dado que podemos hacer poco frente a impactos globales como el Cambio Climático, que afectará a los humedales mediterráneos, reduciendo los aportes de agua y aumentando la temperatura, deberíamos tener una gestión local más activa. Está claro que a Doñana hay muchas cosas que la pueden estar matando. Si queremos que no muera tenemos que tomar acciones de conservación más activas, que den más capacidad de respuesta al ecosistema ante los cambios que se avecinan.

El artículo original:

Green, A.J., Alcorlo, P., Peeters, E.T.H.M., Morris, E.P., Espinar, J.L., Bravo, M.A., Bustamante, J., Díaz-Delgado, R., Koelmans, A.A., Mateo, R., Mooij, W.M., Rodríguez-Rodríguez, M., van Nes, E.H., Scheffer, M. 2017. Creating a safe operating space for wetlands in a changing climate. Frontiers in Ecology and the Environment"

 Doñana corre riesgo de colapso sin una gestión local más activa


Sin una mejor gestión local, los humedales más emblemáticos del mundo corren el riesgo de colapsar debido al cambio climático. Proteger del cambio climático a humedales de importancia internacional, como Doñana, requiere que se reduzcan las otras amenazas que padecen, como los excesivos aportes de nutrientes de los abonos agricolas o de aguas residuales, y la explotación intensiva de las aguas subterráneas y superficiales.

El Parque Nacional de Doñana es uno de los pocos humedales del mundo que está inscrito en la lista de Patrimonio Mundial de la UNESCO. Los autores del artículo avisan de que los problemas locales, como el deterioro de la calidad de agua por los aportes excesivos de nutrientes o la explotación intensiva de los acuíferos, pueden exacerbar los efectos de eventos climáticos extremos, tales como sequias y olas de calor, reduciendo la capacidad de los ecosistemas acuáticos para soportar los impactos del cambio climático.

"Demostramos que la gestión de amenazas locales puede expandir el ‘espacio de operación segura’ para estos ecosistemas. Una gestión local inadecuada hace que un ecosistema acuático sea menos tolerante al cambio climático y se reduzca su capacidad de respuesta"

dice el profesor Marten Scheffer, ganador del Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ecología y Biología de la Conservación, y director del Departamento de Ecología Acuática y Gestión de Calidad de Agua en la Universidad de Wageningen, en los Países Bajos.

Los autores examinaron otros cinco humedales de la región Mediterránea inscritos en la lista del Convenio Ramsar de Humedales de Importancia Internacional que ya están muy afectados por la sobreexplotación de los recursos hídricos. Estos humedales, que incluyen las Tablas de Daimiel, sirven como ejemplos de lo que puede pasar a Doñana sin un cambio en la gestión de agua en su entorno. Doñana está sometida a una presión cada vez mayor, tanto debido al cambio climático como a las amenazas locales.

Las marismas de Doñana en el sur de España son el lugar de invernada más importante en Europa de anátidas y otras aves acuáticas, con más de medio millón de ejemplares. Además, Doñana tiene varias especies endémicas de invertebrados y plantas acuáticas, incluyendo planarias y diatomeas. La entrada de nutrientes por el uso de abonos agrícolas y aguas residuales, combinada con la pérdida de aportes de agua por la extracción de agua subterránea, están reduciendo el caudal y la calidad del agua en los arroyos que abastecen sus marismas. El caudal de la Rocina, el arroyo que desemboca en la marisma en El Rocío, se ha reducido a la mitad en dos décadas, mientras la concentración de fósforo en las aguas se ha quintuplicado en los últimos 15 años. Los síntomas de que Doñana ya está afectado por estos cambios incluyen los brotes de algas tóxicas y la expansión de una especie exótica de helecho flotante Azolla filiculoides, lo que pone la biodiversidad natural en peligro. Según los científicos, un aumento de temperatura favorece la expansión del helecho e incrementa la frecuencia de brotes de anoxia y de algas toxicas, causando la muerte de especies autóctonas
.

"Al disminuir la entrada de nutrientes y las extracciones de agua, los gestores podrían reducir este riesgo y por tanto aumentar la resistencia de Doñana al cambio climático", 

dice el primer autor del artículo, Andy Green, profesor de investigación en la Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC). Green añade que las medidas contra la eutrofización podrían incluir la reducción en el uso de abonos, la mejoría de los EDARs y el cierre de los pozos sin permiso que reducen los aportes de agua a los arroyos que entran en la marisma.

Además, en sus dunas Doñana alberga el sistema de lagunas temporales más importante de Europa, con la formación de más de 3.000 lagunas durante los años húmedos. Pero la extracción de agua subterránea para la agricultura y para el turismo de playa (en Matalascañas) está detrayendo recursos hídricos del sistema y las lagunas tienden a secarse antes que hace 20 años.

"Si estos ecosistemas acuáticos colapsan, podría significar la extinción irreversible de muchas especies",

Según los autores, urge que las administraciones y la sociedad reduzcan las amenazas locales que afectan a los humedales icónicos como Doñana. "La UNESCO está preocupada por Doñana y considera que tiene un grado de amenaza Muy Alta por el deterioro en la cantidad y calidad de agua disponible" dice Andy Green.

El artículo pretende, sobre todo, concienciar acerca de las oportunidades para mejorar acciones de conservación efectivas a escala local. 

 "Las opciones para la gestión local son claras y relativamente baratas. Se debe aprovechar esta oportunidad, sobre todo cuando se trata de ecosistemas de importancia vital para mantener la biodiversidad global," 

sábado, 28 de enero de 2017

El hidroperiodo en las marismas de Doñana


En este nuevo artículo presentamos un método semi-automático para discriminar áreas inundadas estacionalmente en las marismas del Parque Nacional de Doñana. Usando para ello una larga serie temporal de imágenes Landsat, de los sensores MSS, TM y ETM+, desde 1974 al 2014. En los últimos años, desde el año 2003  en concreto, hemos realizado campañas de campo tomando datos de verdad terreno de manera simultánea con el paso del satélite. Unas veces los datos no eran buenos, otras no había agua, otras el satélite no tomaba la imagen, y otras había nubes; pero “la paciencia es la madre de la ciencia” y al final conseguimos reunir la información suficiente para nuestros análisis.

Trabajo de campo en Doñana. Azolla filiculoides pretende devorar al investigador, que se resiste.


El trabajo ha sido publicado en la revista Remote Sensing y se titula: Long-Term Monitoring of the Flooding Regime and Hydroperiod of Doñana Marshes with Landsat Time Series (1974–2014)

En el trabajo comprobamos que la reflectancia en la banda 5 de los sensores TM y ETM+ (1,55-1,75 micrómetros) es el mejor criterio para distinguir la inundación, ya que el agua es muy poco reflectiva en esta longitud de onda, y permite distinguirla aunque sea una capa muy somera y estando bastante cubierta por vegetación. En MSS usamos la banda 4 (el infrarrojo cercano). No es tan buena, porque cuando hay vegetación la alta reflectividad de ésta en esta banda camufla la baja reflectividad del agua. Pero por desgracia MSS no tenía una banda en el infrarrojo de onda corta.
A la izquierda las zonas inundadas (máscaras de inundaxión) superpuestas para cada fecha en un ciclo anual de ejemplo y a la derecha la estima del hidroperiodo en días de inundación
Con estos procedimientos hemos generado máscaras de inundación para todas las imágenes landsat de Doñana que hemos podido procesar, 391 máscaras de inundación, y hemos reconstruido la dinámica espacial y temporal del agua en las marismas de Doñana en los últimos 40 años. A partir de estos datos calculamos la variable que denominamos hidroperiodo. Es decir cuantos días al año un punto permanece bajo el agua y cuál ha sido su dinámica a lo largo del tiempo. En este artículo nos centramos en el desarrollo de la metodología; pero el análisis de los hidroperiodos a lo largo de estos últimos 40 años presenta resultados muy interesantes. Por una parte ya hemos presentado un análisis del hidroperiodo de las lagunas y el efecto de los niveles de protección. En el artículo actual se analizan de forma somera los patrones espaciales en la marisma.
Precipitación y tendencia del hidroperiodo medio de la marisma de Doñana
Lo que observamos es que, aunque el hidroperiodo medio no ha variado. En el caso de la marisma de Doñana, no podemos hablar de que “Doñana se seque”. Si se observan patrones espaciales claros. La parte noroeste de la marisma tiende a incrementar su hidroperiodo mientras que la parte sureste muestra un desecamiento progresivo.
A la izquierda el hidroperiodo medio de las marimas de Doñana (azul más oscuro más largo) y a la derecha la anomalía del hiroperiodo (diferencia respecto a la media en un ciclo concreto). En rojo hidroperiodos más cortos que la media y en azul más largos
Creemos que la herramienta que hemos desarrollado puede ser útil para monitorizar de manera objetiva el funcionamiento de las marisma de Doñana y evaluar los proyectos de restauración como Doñana 2005 o las acciones de manejo. ¿Qué pensáis?
Os recordamos que todas estas coberturas de inundación están disponibles en nuestro servidor de imágenes de satélite.

Díaz-Delgado, R.; Aragonés, D.; Afán, I.; Bustamante, J. Long-Term Monitoring of the Flooding Regime and Hydroperiod of Doñana Marshes with Landsat Time Series (1974–2014). Remote Sens. 2016, 8, 775.

Esta publicación es un resultado del proyecto ECOPOTENTIAL una  Research and Innovation Action Nº 641762 dentro de la convocatoria Horizon 2020 de la Comisión Europea 

sábado, 14 de enero de 2017

Monitorizando invasoras desde el espacio


Eso de invadir suena muy mal, y supongo que alguno de los que llegue por este blog y lea eso de "invasoras" y "espacio", pues empiece a pensar que esto va de ovnis y de hombrecillos verdes. Bueno, este caso hombrecillos no son; pero verdes sí, un poco al menos.

El tema que quiero tratar son aquellas plantas que viniendo de otras zonas del planeta son capaces de aclimatarse a nuevos ecosistemas en los que no estaban previamente. Pero, en el fondo la invasión no deja de ser un fenómeno natural. Todo organismo tiende a reproducirse, expandirse y colonizar nuevos lugares (está en su naturaleza). El problema es cuando alguna de esas especies "invasoras" tienen tal capacidad de colonización que son capaces casi de "monopolizar" el nuevo ecosistema expulsando a las especies autóctonas (los nativos) que vivían allí. Otra parte del problema es que el ser humano es el principal agente de transporte de las especies de plantas invasoras y el comercio y el turismo proporciona una velocidad de propagación que ellas nunca hubieran imaginado (si es que las plantas llegaran a imaginarse algo). Bueno, pero centrando el tema de este post. De donde viene lo del espacio. Pues la cosa es que podemos usar sensores embarcados en aviones o en satélites para mapear la distribución de plantas invasoras (y no invasoras). Chulo ¿verdad?
Todo esto deriva de un proyecto de investigación que denominamos ALIENS en colaboración con las universidades de Huelva y Sevilla, sobre usos de teledetección hiperespectral para el mapeo de plantas invasoras y otro denominado HYDRA sobre uso deteledetección en el estudio de la dinámica temporal de humedales .

En nuestro artículo publicado en la revista Remote Sensing probamos a usar dos sensores hiperespectrales CASI-1500 y AHS para mapear la distribución de una especie de hierba invasora Spartina densiflora en las marismas de Doñana. El artículo se titula "Hyperspectral sensors as a management tool to prevent the invasion of the exotic cordgrass Saprtina densiflora in the Doñana wetlands". 
Spartina densiflora, el malo de la película


 La campaña se realizó en colaboración con el departamento de teledetección del INTA, que son los volaron el avión y operan los sensores. No somos los primeros en demostrar que eso puede hacerse; pero si comprobamos cuál de los dos sensores y cuál de distintos algoritmos de teledetección funciona mejor para esta especie problemática en Doñana Lo más interesante es que demostramos en que es posible conseguir detecciones muy buenas con muy poco tratamiento de las imágenes. "Aquí te pillo aquí te mato". ¿por qué es interesante? porque esto demuestra que es posible utilizar estas técnicas con un coste relativamente bajo ya que no requieren de personal experto para ser aplicadas de manera operativa. Y son mucho más baratas y rápidas que la foto-interpretación por un botánico experto y las prospecciones a pie. Bueno, todavía hay que volar el sensor, que no es tan barato. Pero pronto habrá sensores hiperespectrales a bordo de satélites y eso abaratará aún más el proceso. En cualquier caso, saber donde están es un requisito imprescindible para poder tomar medidas de conservación  ¿no?

Bustamante, J.; Aragonés, D.; Afán, I.; Luque, C.J.; Pérez-Vázquez, A.; Castellanos, E.M.; Díaz-Delgado, R. Hyperspectral Sensors as a Management Tool to Prevent the Invasion of the Exotic Cordgrass Spartina densiflora in the Doñana Wetlands. Remote Sens. 2016, 8, 1001.

Esta publicación es un resultado del proyecto ECOPOTENTIAL una  Research and Innovation Action Nº 641762 dentro de la convocatoria Horizon 2020 de la Comisión Europea

sábado, 7 de enero de 2017

¿Se seca Doñana?

La reciente campaña de WWF sobre los problemas de conservación de Doñana tiende a centrar el asunto alrededor del lema de "Doñana se seca". Efectivamente Doñana tiene importantes problemas de conservación, y cualquier campaña mediática simplifica el problema para lanzar un mensaje claro que enganche al público. Pero; ¿es cierto que Doñana se esté secando?.

En el verano de 2012, Santa Olalla, la mayor de las lagunas de Doñana, en primer plano, sólo mantuvo inundada una cuarta parte de su superficie habitual (foto: Héctor Garrido / EBD-CSIC). Fuente Quercus
La respuesta corta sería, sí. Al menos, si por secarse entendemos tener problemas de conservación asociados con la gestión del agua. La respuesta larga es mucho más compleja. En este post intento apuntar algunas de las consecuencias de la gestión del agua sobre Doñana, y los efectos que se observan a gran escala en el paisaje, haciendo referencia a algunas publicaciones científicas con estudios sobre el tema, y los trabajos al respecto que hemos realizado desde el Laboratorio de SIG y Teledetección d ela Estación Biológica de Doñana.
En Doñana hay dos grandes ecosistemas modelados por el agua. Por una parte, la marisma, que es es una llanura de inundación de carácter estacional. Se inunda con las lluvias de invierno y se seca en verano. Por otra, las lagunas de las arenas. Son lagunas temporales que dependen de las fluctuaciones del nivel de las aguas subterráneas, ubicadas sobre las arenas que constituyen el denominado "manto eólico litoral". Básicamente una gran barra arenosa que hace unos miles de años cerró el estuario del Guadalquivir.
Distribución del sistema de lagunas temporales de Doñana sobre el manto eólico litoral

La marisma depende fundamente del agua de lluvia, y por tanto de lo lluvioso o seco que venga el año, y bastante poco del agua subterránea. En este blog hemos hablado a menudo de la inundación de la marisma y como se puede estudiar a través de imágenes de satélite.
En esta ocasión nos centramos en las lagunas, su respuesta al uso del agua subterránea y cual es su dinámica temporal y espacial observada desde imágenes satélite. Las lagunas dependen también de la lluvia; pero sobretodo del agua subterránea. En el fondo podemos imaginar el manto de arenas como una gran esponja. El agua entra (percola sería el termino técnico) en el acuífero y se observa en la superficie del terreno por las lagunas. Es fácil de imaginar que si se extrae agua del subsuelo en exceso las lagunas se resientan y se sequen.
Las imágenes de satélite permiten observar la dinámica de inundación-desecación de las lagunas de Doñana y estudiarla durante los últimos 30 años. Las lagunas son las que más se resienten de la extracción de agua subterránea y esta se extrae en la zona para el consumo en las zonas turísticas (v.g. Matalascañas) y sobretodo para la agricultura. Intuitivamente uno piensa que a más presión de extracción (más agricultura y más población) la desecación de las lagunas será mayor y que  a mayor nivel de conservación (la zona lleva protegida más tiempo y con un nivel de protección mayor) la desecación será menor. Bajo estas dos hipótesis y usando imágenes de satélite hemos estudiado la dinámica de las aguas superficiales de las arenas de Doñana durante los últimos  30 años (entre 1985 y 2015). El artículo original se titula "Effect of Protection Level in the Hydroperiod of Water Bodies on Doñana's Aeolian Sands" y ha sido publicado en un número especial de Remote Sensing sobre la conservación de humedales usando técnicas de teledetección. Los resultados muestran algunas cosas lógicas, por ejemplo que las zonas del manto eólico con mayor densidad de lagunas y con una dinámica hídrica "más natural" (es decir que se secan cuando llueve menos y se inundan más cuando llueve más) son las que tienen un mayor nivel de protección (Parque Nacional), mientras que las que están más próximas a cultivos a núcleos urbanos tienen una dinámica "más artificial" (oscilan menos, tienen niveles de agua más independientes de la precipitación). Curiosamente no son las lagunas que se secan más, o que tienen "hidroperiodos" más cortos. De hecho las zonas con bajo nivel de protección tienden a aumentar la extensión de agua superficial y tienden a aumentar el hidroperiodo (el tiempo que la laguna está inundada). Esto se explica en parte por la creación de balsas de riego (que son superficies de agua artificial); pero no solo por eso. Muchas lagunas naturales se han "artificializado" se usan como depósitos del agua para riego y/o reciben el excedente del agua en los cultivos. Con lo cual el hidroperiodo aumenta.

Tendencia en el hidroperiodo de las lagunas de Doñana en función de su nivel de protección. La preponderancia del rojo en la figura indica que, efectivamente "Doñana se seca" pero curiosamente las zonas peor conservadas no son las que se secan más, sino al contrario. La gestión del agua tiende artificializar el hidroperiodo y aumentarlo en algunas zonas con el excedente del agua de riego. En este caso más no es sinónimo de mejor.

La conclusión más interesante del trabajo es que si uno mira las lagunas desde un satélite el mejor criterio para valorar sus grado de conservación en un sistema mediterráneo puede que no sea cuánto dura su inundación (o su hidroperiodo), sino cómo de natural es éste (como se correlaciona con la precipitación) y como es de variable. Curiosamente cuanto más variable e irregular mejor conservado estará.

Bustamante, J.; Aragonés, D.; Afán, I. Effect of Protection Level in the Hydroperiod of Water Bodies on Doñana’s Aeolian Sands. Remote Sens. 2016, 8, 867. 
 
Esta publicación es un resultado del proyecto ECOPOTENTIAL una  Research and Innovation Action Nº 641762 dentro de la convocatoria Horizon 2020 de la Comisión Europea