21 mayo, 2024 12:20 am

Sensores remotos y SIG en el análisis de las zonas semiáridas

Rocío Becerril Piña Red Lerma-Instituto Interamericano de Tecnología y Ciencias del Agua (IITCA) de la Universidad Autónoma del Estado de México (UAEM).

Coautores: Carlos Alberto Mastachi Loza y Carlos Díaz Delgado IITCA, UAEM.

En este artículo se destaca el papel del binomio datos satelitales-sistemas de información geográfica como herramientas de apoyo en el monitoreo y análisis de fenómenos de superficie, gracias a la obtención de datos en las escalas espacial y temporal. El análisis se centra en las zonas semiáridas, regiones de difícil acceso y con nula o poca infraestructura de monitoreo instalada, pero con gran importancia por ser regiones que albergan una tasa importante de la población y diversos sectores económicos.

Uno de los problemas ambientales que más afectan a las regiones semiáridas a las que es difícil acceder y que no cuentan con infraestructura de monitoreo es la desertificación, que representa una amenaza a la biodiversidad, al desarrollo socioeconómico y la sustentabilidad. La Convención de las Naciones Unidas de Lucha contra la Desertificación (UNCCD, por su nombre en inglés) define la desertificación como la “degradación de la tierra en regiones áridas, semiáridas y subhúmedas, resultado de factores climáticos y actividades humanas”. Es un fenómeno de tal relevancia que la ONU estableció el 17 de junio como el día mundial para combatir la desertificación y la sequía. El seguimiento de fenómenos como la desertificación muestra la importancia de contar con datos que permitan analizar a través del tiempo y el espacio la magnitud e intensidad de cambios en la superficie de la Tierra, con el objetivo de visualizar los impactos actuales y futuros, y por tanto su gestión.

La teledetección es una herramienta de apoyo que permite obtener información a distancia de los objetos situados sobre la superficie terrestre. Para que este tipo de información remota sea posible, es necesario que entre el objeto y el sensor exista una interacción. Los tres componentes de un sistema de teledetección son: sensor, objeto observado y la fuente (Chuvieco, 2010). Este sistema está basado en las propiedades del espectro electromagnético y la interacción con los materiales y características de la superficie terrestre. Las radiaciones incidentes se pueden reflejar, absorber y transmitir en la interacción con la superficie. Dado que los objetos tienen características espectrales únicas, denominadas firmas espectrales, es posible, con una imagen de satélite, identificar la condición del suelo, la vegetación, cuerpos de agua, etcétera.

En las últimas décadas, las imágenes de satélite han sido adquiridas por toda una gama de sensores aéreos y espaciales, multiespectrales e hiperespectrales con longitudes de onda que van desde el visible hasta el microondas, con resoluciones espaciales desde metros hasta kilómetros y paso de tiempo desde 30 minutos hasta semanas. Puesto que cada tipo de sensor tiene diversas características espaciales, temporales y radiométricas, la selección del adecuado es muy importante para analizar, dar seguimiento y cartografiar los fenómenos de interés. En este sentido, la selección de imágenes de satélite está determinada principalmente por cuatro factores: a) el objetivo, b) soporte técnico y capacidad de análisis, c) disponibilidad o costo de las imágenes y d) condiciones climáticas (especialmente nubosidad) (Xie et al., 2008).

Cada sensor presenta relación entre sus resoluciones; así, a mayor resolución espacial disminuye la temporal, y probablemente se reduzca también la espectral. El incremento en cualquiera de sus resoluciones significa incremento en volumen de datos, procesamiento y almacenamiento, de tal forma que los sensores ofrecen características particulares en función de los fines para los que fueron diseñados (véase tabla 1).

Los orígenes de la teledetección y los SIG sugieren una línea independiente pero paralela, con un nexo común: el análisis ambiental. La convergencia de la teledetección y los SIG se dio debido a que ambos ofrecen delimitación espacial, responden a demandas de los investigadores y cuentan con similares requerimientos, tanto en hardware como en software (Chuvieco, 2010).

Zonas semiáridas en México

Aunque no existen límites claros, las tierras secas son aquellas donde el promedio de lluvia es menor a las pérdidas potenciales de humedad a través de la evapotranspiración. Las tierras secas se definen en función de la relación de la precipitación anual (P) y la evapotranspiración potencial (ETp); ésta representa la demanda evaporativa de la atmósfera. La relación P/ETp es menor a 0.65 y representa un indicador cuantitativo del grado de deficiencia de agua. Dicha relación permite dividir las tierras secas en cuatro clases: hiperárida (P/ETp<0.05), árida (0.05<P/ETp<0.2), semiárida (0.2<P/ETp<0.5) y subhúmeda seca (0.5<P/ETp<0.65) (Mortimore, 2009). En México, las tierras secas comprenden aproximadamente el 65% de la superficie y se encuentran habitadas por el 30% de la población del país. De acuerdo con datos de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat-CP, 2002), el 44% de la región presenta algún tipo de degradación en sus suelos. La heterogeneidad y estacionalidad son características propias de estos ambientes (Tongway et al., 2004), propiciadas por la precipitación errática y tipo torrencial; su compleja ecología les confiere fragilidad ante el impacto antrópico, donde la cubierta vegetal ha sido alterada en casi toda su extensión por el sobrepastoreo y la explotación irracional de recursos hídricos y forestales. En los ámbitos social, económico y ambiental, los fenómenos que más impacto producen en estas zonas son las sequías, la desertificación, el cambio climático y el cambio de uso de suelo. Las actividades humanas y las variaciones climáticas han originado cambios en las condiciones de la superficie, los que pueden ser analizados a partir de las características espectrales de la vegetación, albedo y temperatura de superficie, entre otros; de aquí la importancia del empleo de técnicas y herramientas que permitan caracterizar y dar seguimiento a los fenómenos que se presentan en regiones tan complejas como las semiáridas.

Desertificación

La desertificación se ha convertido en un problema ambiental crucial en escala global. Representa una amenaza crítica a la biodiversidad, el desarrollo socioeconómico y la sustentabilidad. De acuerdo con la definición de desertificación que ofrece la UNCCD, es claro que este fenómeno no ocurre necesariamente en los márgenes del desierto, y está asociado a la reducción persistente en la capacidad de los ecosistemas para suministrar servicios ecosistémicos que son importantes para mantener la vida. Algunos de los servicios ecosistémicos son: seguridad alimentaria, agua dulce, secuestro y almacén de carbono, suelos fértiles, regulación del clima, fibras, madera, forrajes, refugio para la fauna, valor cultural y belleza escénica (MEA, 2005; Sutton et al., 2016).

Son diversas las causas de la desertificación, pero en la mayoría de los casos se debe al inadecuado uso de la tierra y los recursos naturales (por ejemplo, manejo de áreas de pastoreo, prácticas de riego, deforestación, urbanización, etc.); son también variados los esfuerzos encaminados a combatirla, pero no existe un remedio único y eficaz. La lucha contra la desertificación ha de basarse en programas de desarrollo socioeconómico con acciones locales y enfoque global. En este sentido, los estudios locales son muy importantes, porque representan una línea base o de referencia para identificar la dirección y magnitud, las causas y consecuencias, así como su mitigación.

Desertificación en el Altiplano

En la zona semiárida del centro de México, a pesar de su baja disponibilidad hídrica, se desarrolla una importante actividad agrícola, industrial y comercial, con contribuciones económicas de gran impacto para el país (véase figura 1).

Con el objetivo de analizar la desertificación en escala espaciotemporal, se trabajó con datos satelitales de Landsat de tres temporalidades, a fin de identificar la variación en tiempo y espacio. Además, considerando que las causas de la desertificación son climáticas y antrópicas, se analizó el impacto antrópico, la condición del suelo-vegetación y clima. En el componente antrópico se calculó la distribución espacial de la población, y se asoció al índice de impacto humano (IIH), éste a partir de registros de los censos de población de 1995 a 2010 del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (Inegi), y se distribuyó espacialmente en función de características favorables o restrictivas para la localización de la población. Entre los índices de vegetación más empleados para monitorear la vegetación se encuentran: el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI), empleado para monitorear cambios en la cubierta vegetal, y el índice de vegetación ajustado al suelo (SAVI), que es empleado para caracterizar la vegetación de las zonas semiáridas. Dado que el proceso de desertificación se asocia a la pérdida de fertilidad del suelo, se calculó el índice de suelo desnudo (BSI), que cuantifica el incremento o disminución de suelo desprovisto de vegetación, en tanto que el índice de resistencia geológica (GSI) se utiliza para determinar la textura y el tamaño de partículas en la capa superior del suelo. Se calculó el índice de aridez (IA), que es un referente de la disponibilidad hídrica en una región. Se estableció pendiente negativa a los índices NDVI, SAVI e IA, partiendo del supuesto de que, cuando disminuye la cobertura vegetal y el índice de aridez, se incrementa el riesgo de desertificación. Asimismo, el incremento de BSI, GSI e IIH indican vulnerabilidad ante la desertificación. Para ambos casos se crearon cuatro categorías (1-4), y se dio mayor peso a los pixeles donde sus condiciones podrían incrementar el riesgo a la desertificación (Becerril-Piña et al., 2015). Finalmente, se identificaron cuatro niveles de desertificación: baja, media, alta y extrema.

Resultados

En las dos décadas la región ha experimentado un crecimiento acelerado de las zonas urbanas (40%) y agrícolas (30%), en tanto que los matorrales pierden cada año aproximadamente 67 km². Al evaluar la condición del suelo en el caso de BSI, los valores aumentan a medida que se incrementa la exposición del suelo desnudo. Sin embargo, en las zonas semiáridas la cobertura vegetal es dependiente de la precipitación, por lo que los resultados podrían malinterpretar el grado real de desertificación (Xiao et al., 2006). Por ello es importante asociar la exposición del suelo desnudo y el tamaño de grano de la capa superficial, es decir, la textura (GSI). Asimismo, la distribución de la población es un detonante de la desertificación, dado que cualquier establecimiento humano implica uso, manejo y desecho de recursos, asociados al desarrollo de actividades socioeconómicas.

La aplicación del vector de análisis de cambio  identificó que el 33% de la superficie no ha mostrado cambio y 3% se ha visto favorecida con reforestación; sin embargo, el 64% de la zona presenta algún nivel de degradación. Finalmente se identificó que los municipios con mayor vulnerabilidad a la desertificación son: Calvillo, Aguascalientes, San Luis de la Paz, Victoria, Tierra Blanca, Colón, Querétaro, Apaseo el Grande y Celaya, sitios donde se desarrolla una importante actividad agrícola y ganadera, lo mismo que una explosión demográfica, donde la constante es el cambio de uso de suelo.

Conclusiones

En este trabajo se expuso un estudio de caso, referente a la integración de efectos antrópicos y climáticos a través de índices de vegetación, suelo, clima y distribución espacial de la población, basados en imágenes Landsat, registros climatológicos y censos de población para evaluar la desertificación en la zona semiárida del centro de México. Finalmente, se mapeó el riesgo a la desertificación y se recomienda dar seguimiento y monitoreo en escala local, a fin de identificar los detonantes y proponer medidas de mitigación para disminuir el riesgo de desertificación de forma puntual

Referencias

Becerril P., R., C. A. Mastachi L., E. González S., C. Díaz D., y K. M. Bâ (2015). Assessing desertification risk in the semi-arid highlands of central Mexico. Journal of Arid Environments 120: 4-13.

Chuvieco, E. (2010). Teledetección ambiental. La observación de la tierra desde el espacio. Ariel.

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales y Colegio de Posgraduados, Semarnat-CP (2002). Evaluación de la degradación del suelo causada por el hombre en la República mexicana, escala 1: 250,000. Memoria Nacional, Semarnat-CP.

Millennium Ecosystem Assessment, MEA (2005). Ecosystems and human well-being: Opportunities and challenges for business and industry. World Resources Institute.

Mortimore, M. (2009). Dryland opportunities: A new paradigm for people, ecosystems and development. Gland: IUCN.

Sutton, P. C., S. J. Anderson, R. Costanza, e I. Kubiszewski (2016). The ecological economics of land degradation: Impacts on ecosystem service values. Ecological Economics 129: 182-192.

Tongway, D. J., J. Cortina y F. T. Maestre (2004). Heterogeneidad espacial y gestión de medios semiáridos. Ecosistemas 13(1).

Convención de las Naciones Unidas de Lucha contra la Desertificación, UNCCD (1994). United Nations Convention to Combat Desertification in those countries experiencing serious drought and/or desertification, particularly in Africa.

Xiao, J., Y. Shen, R. Tateishi y W. Bayaer (2006). Development of topsoil grain size index for monitoring desertification in arid land using remote sensing. International Journal of Remote Sensing 27(12): 2411-2422.

Xie, Y., Z. Sha y M. Yu (2008). Remote sensing imagery in vegetation mapping: A review. Journal of Plant Ecology 1(1): 9-23.

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