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ENERO 24,2022
Alice FASSONI-ANDRADE
(Universidad de Toulouse, Francia, y Universidad de Brasília, Brasil)
Fabrice PAPA
(University of Toulouse, France, and University of Brasília, Brazil)
Rodrigo PAIVA
(Universidad Federal de Rio Grande do Sul, Brasil)
Sly WONGCHUIG
(Universidad de Grenoble, Alpes, France)
Ayan FLEISCHMANN
(Universidad Federal de Rio Grande do Sul, Brasil)
Las observaciones por satélite ofrecen una visión invaluable de los procesos hidrológicos y los cambios medioambientales en la Amazonia.
Topografía de canales y lagos de la llanura de inundación de la Amazonia central estimada mediante imágenes de satélite. Crédito: Fassoni-Andrade et al. [2020].
La cuenca del Amazonas es la mayor cuenca fluvial del mundo. Abarca aproximadamente unos seis millones de kilómetros cuadrados, lo que equivale a un tercio de la superficie de Sudamérica. Tanto la escala y como la dificultad de acceso hacen que las observaciones sobre el terreno sean un reto, sin embargo, la teledetección puede proporcionar valiosa información complementaria. Un artículo publicado recientemente en la revista científica Reviews of Geophysics explora tanto las fortalezas como las limitaciones de las observaciones por satélite en la cuenca del Amazonas y propone así recomendaciones futuras para mejorar estos sistemas de observación.
La cuenca del Amazonas destaca por sus elevadas tasas de precipitación, evaporación y descarga fluvial. Esta última variable representa aproximadamente el 20% de la cantidad total de agua dulce que llega a los océanos cada año. La hidrología del Amazonas tiene repercusiones de gran alcance en el clima regional y global. Por ejemplo, la cuenca del Amazonas proporciona humedad a las zonas del sur de Sudamérica. Como gran fuente de calor en los trópicos y de fuertes procesos convectivos, también tiene un impacto significativo en la circulación atmosférica global. Además, las superficies acuáticas del Amazonas son una importante fuente y al mismo tiempo sumidero de dióxido de carbono, así como la mayor fuente natural de metano localizada en los trópicos.
La cuenca del Amazonas es una cuenca tropical extensa y remota, cubierta en su mayor parte por una densa vegetación, lo que dificulta las observaciones in situ. Por un lado, existe una serie de redes de monitoreo que miden el nivel del agua y la precipitación, así como torres de flujo que rastrean el intercambio de CO2 entre el bosque y la atmósfera. Estas redes son esenciales para que los científicos comprendan los procesos hidrológicos que ocurren en esta región. Sin embargo, estas redes son limitadas debido a la gran extensión de la cuenca y a la alta variabilidad espacio-temporal de los procesos que ocurren en ella. Por ejemplo, algunos fenómenos como la extensión de las inundaciones son casi imposibles de evaluar en terreno.
De esta manera, la teledetección se presenta como una herramienta clave para superar estas limitaciones porque proporciona un punto de vista observacional más amplio. Los datos de los satélites pueden utilizarse para estimar diversas variables, como la precipitación, la evapotranspiración, el nivel y la extensión de la superficie del agua, la concentración de sedimentos, la topografía y la variación del almacenamiento de agua en una zona amplia y de forma continua. La complementariedad entre las observaciones in situ con los datos que provienen de los satélites supone un cambio de juego para las ciencias de la tierra.
Gracias a las características de sus grandes ríos que poseen fuertes señales hidrológicas, la cuenca del Amazonas es un laboratorio ideal para el desarrollo y la evolución de las técnicas de teledetección. Los avances en teledetección han permitido caracterizar varios procesos hidrológicos en la cuenca. Dos ejemplos destacables son la caracterización de las precipitaciones orográficas en la región de los Andes y la estimación de la cantidad de agua almacenada anualmente en las llanuras de inundación del Amazonas.
Muchas técnicas de teledetección desarrolladas y probadas en la Amazonia han pasado a utilizarse en otras regiones a nivel mundial. Por ejemplo, los algoritmos para la estimación del nivel del agua a partir de la altimetría de radar se evaluaron por primera vez en los amplios ríos de la cuenca del Amazonas, y las primeras estimaciones de las variaciones del almacenamiento total de agua sobre los continentes mediante el satélite GRACE, se realizaron para el Amazonas.
Fotografía de satélite del río Amazonas. Crédito: Jacques Descloitres, MODIS Rapid Response Team, NASA/GSFC (dominio público)
Algunos ejemplos de procesos interesantes observados por los satélites son: la variabilidad espacial de la precipitación debido al efecto brisa que se produce sobre los grandes cuerpos de agua de la cuenca; la variación espacio-temporal de la concentración de sedimentos en los ríos y lagos; la caracterización de la compleja topografía de las llanuras de inundación, y el intercambio de agua entre el río y las llanuras de inundación.
También son tremendamente valiosas las tendencias observadas en las variables hidrológicas que revelan cambios drásticos y recientes en la cuenca. Por ejemplo, se identificó una tendencia al aumento de la precipitación en la parte norte de la cuenca, así como un aumento del caudal y de la superficie inundada, por lo que los riesgos de inundación están aumentando. Lo contrario ocurre en la región sur, donde hay una tendencia a la reducción de la precipitación y del caudal. Además, el alargamiento del periodo seco ha aumentado en los últimos años, lo que está generando estrés hídrico en los bosques tropicales, haciéndolos más vulnerables a morir. Además, las presiones antrópicas, como la deforestación y la minería, han provocado un aumento en la concentración de sedimentos y nutrientes en los ríos.
Imagen MODIS que muestra la reducción de la nubosidad sobre los cuerpos de agua. Crédito: NASA (dominio público)
Las limitaciones actuales de los datos satelitales para la cuenca del Amazonas suelen estar relacionadas con su resolución espacio-temporal, el periodo de cobertura temporal y su precisión. Por ejemplo, el uso de las observaciones en el espectro visible, que son herramientas muy potentes, está limitado en las regiones cubiertas de nubes y vegetación densa.
También suele haber un equilibrio entre el muestreo (cuántas veces pasa el satélite por el mismo punto) y la cobertura espacial (tamaño de la zona observada). Por ejemplo, las técnicas de radar de apertura sintética (SAR) muestran una gran capacidad para medir la extensión de las aguas superficiales con una alta resolución (de 10 a 100 metros), pero adolecen de un bajo tiempo de revisita temporal, lo que las hace inadecuadas para el seguimiento de procesos hidrológicos que ocurren en cortos periodos de tiempo.
Además, a pesar del creciente número de datos satelitales, sigue siendo necesario garantizar series temporales lo suficientemente largas para comprender y estudiar los cambios ambientales en la Amazonia.
Asimismo, todavía existen dificultades para derivar ciertos parámetros geofísicos a partir de datos satelitales, como la evapotranspiración. La estimación de la evapotranspiración se realiza de forma indirecta y depende de ciertos parámetros, por lo que es necesario mejorar los algoritmos actuales. Lo mismo ocurre con el caudal de los ríos.
El cielo del Amazonas visto desde el espacio. Crédito: NASA (dominio público)
En términos de recomendaciones técnicas, a menudo hacemos sugerencias relacionadas con el desarrollo de nuevos algoritmos y la fusión de datos. El reconocimiento de las incertidumbres en los múltiples datos de teledetección y las compensaciones entre la resolución temporal y espacial apuntan a la necesidad de enfoques más integradores. Este es el caso de la cartografía de los patrones de inundación y evapotranspiración a largo plazo con una alta resolución espacio-temporal. En estos casos, la inteligencia artificial desempeñará un papel importante para su desarrollo futuro.
También creemos que un mejor acoplamiento entre los conjuntos de datos de observación de la Tierra con modelos hidrológico-hidráulicos o modelos de superficie terrestre (como el uso de técnicas de asimilación de datos o de interpolación espacio-temporal) es también un paso necesario en la modelización del Sistema Terrestre al considerar el aspecto dinámico de la hidrología amazónica.
Las nuevas misiones orientadas a la hidrología que se llevarán a cabo en los próximos años, como las misiones Surface Water and Ocean Topography (SWOT) y ISRO-NASA SAR (NISAR), supondrán un nuevo hito en el monitoreo de las aguas amazónicas desde el espacio.
Del mismo modo, recientemente, las constelaciones de nanosatélites han proporcionado la capacidad de actualizar con frecuencia la información sobre la superficie de la Tierra, lo que es fundamental para monitorear la evolución de eventos como incendios forestales o inundaciones, pero a un costo menor que el de sus pares de mayor tamaño.
La cuenca del Amazonas está sufriendo múltiples presiones naturales y antrópicas, como las ocasionadas por la construcción de presas, la minería, los incendios, las sequías/inundaciones y la deforestación, por lo que urge comprender cómo está siendo y será afectado su ciclo hidrológico. A pesar de los recientes avances, hay pocos estudios que aborden estas cuestiones y por lo tanto muchas oportunidades para nuevas investigaciones.
Además, aunque la observación de la Tierra a través de satélites ha proporcionado avances científicos decisivos para la comprensión del ciclo del agua en la Amazonia en las últimas décadas, sigue siendo un reto traducir el conocimiento y la información obtenida gracias la teledetección en información e indicadores continuos y valiosos que puedan ayudar a los tomadores de decisiones en la gestión medioambiental de la cuenca amazónica.
La teledetección tiene por lo tanto el potencial de democratizar herramientas esenciales y nuevas de monitoreo del medio ambiente, avanzando hacia un futuro más sostenible para la mayor cuenca del mundo.
Alice Fassoni-Andrade (alice.fassoni@gmail.com, ORCID 0000-0002-3233-8781), Universidad de Toulouse, Francia, y Universidad de Brasília, Brasil; Fabrice Papa (ORCID 0000-0001-6305-6253) Universidad de Toulouse, Francia, y Universidad de Brasília, Brasil; Rodrigo Paiva (ORCID 0000-0003-2918-6681) Universidad Federal de Rio Grande do Sul, Brasil; Sly Wongchuig (ORCID 0000-0002-1116-0742) Universidad de Grenoble, Alpes, France; y Ayan Fleischmann (ORCID 0000-0002-8547-4736 – Universidad Federal de Rio Grande do Sul, Brasil.
Este texto corresponde a la versión traducida al español de la publicación en EOS Science News by AGU (https://eos.org/editors-vox/amazon-water-cycle-observed-from-space), por favor citar como: Fassoni-Andrade, A., F. Papa, R. Paiva, S. Wongchuig, and A. Fleischmann. (2022), Amazon water cycle observed from space, Eos, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO215002. Publicado el 13 de enero de 2022.
