Possibilities and limits of prospective GIS land cover modelling--a compared case study: Garrotxes (France) and Alta Alpujarra Granadina (Spain)

International audienceThis study focuses on the possibilities and the limits of a prospective GIS land cover modelling applied to two case studies (France and Spain). The methodology, based on available GIS tools, consists of using earlier land cover maps and relevant environmental factors (calibration data) to model actual, known land cover to validate the model. The model aggregates Markov chain analysis for time prediction and multi-critera evaluation, multi-objective evaluation and cellular automata to perform spatial contiguity of modelled land cover scores. The first results give an accurate, pixel by pixel prediction rate of approximately 75%. An important issue of this study consists of analysing prediction residues to improve the model

Modelos de simulacion espacio-temporal y teledeteccion : el método de la segmentacion para la cartografia cronologica de usos del suelo

National audienceEl desarrollo de modelos para la simulación de dinámicas ambientales o simulaciones geomáticas, persigue trazar las evoluciones del pasado y actuales, extraer los comportamientos espacio-temporales más característicos y prever los cambios futuros o, al menos, construir los escenarios previsibles a corto y medio plazo. Modelizar dinámicas ambientales contribuye a comprender y prever la evolución futura, y la simulación prospectiva proporciona una herramienta de ayuda a la decisión para la gestión ambiental. Las simulaciones geomáticas se apoyan en bases de datos espacio-temporales en cuyo proceso de elaboración tienen un papel fundamental la Teledetección aérea y de satélite. El método de clasificación por segmentación se está aplicando a ortofotografías aéreas, como método alternativo al clásico de fotointerpretación manual. En este trabajo se muestran los resultados de la construcción de una serie cronológica de usos del suelo en los Pirineos Orientales franceses. Una segmentación puramente espectral ha sido aplicada a la BD Ortho del IGN de 2004 y a la fotografía aérea escaneada y posteriormente ortorectificada más antigua (1980, pancromática). Se explica su puesta en práctica y se discuten los resultados obtenidos. En conclusión, indicamos que la automatización del método permite agilizar la etapa de detección de unidades espaciales homogéneas y su asignación de atributos

Analysis and Modelling of Groundwater Salinity Dynamics in the Gaza strip

The Gaza Strip suffers from an acute problem in the water quality and quantity. Groundwater is used as drinking water, for agricultural uses, and industrial processes. Salinity is increasing in groundwater in the Gaza Strip. Seawater intrusion is the main source of salinity. A chloride ion-selective is used as indicator of salinity for analysis and modelling of salinity of groundwater in the Gaza Strip by 2023. Research depends on three models for prediction of chloride concentration in groundwater: Forecasting, Linear regression and Multiple regression for the year 2023. The result of three models showed water salinity will increase in all areas in the Gaza Strip by the year 2023. Only a small area in the North Governorate will keep less than 250 mg/L of chloride concentration in fresh water, which represents 4.56 % of the total of the Gaza Strip area. The analysis of seawater intrusion within the cross sections is clear along the coastline and outspreads from the Mediterranean Sea to the East part of the Gaza Strip.La Franja de Gaza sufre un grave problema relacionado con la calidad y cantidad del agua. El agua subterránea se utiliza como agua potable, para usos agrícolas y para procesos industriales. La salinidad del agua está aumentando en la Franja de Gaza, siendo la intrusión de agua de mar la principal fuente de salinidad. En este trabajo, los iones selectivos de cloruro se utilizan, como indicador de la salinidad, para el análisis y modelización de la salinidad del agua subterránea en la Franja de Gaza para el horizonte 2023. Tres modelos de previsión del aumento de cloruros en las aguas subterráneas son considerados para 2023: el modelo basado en pronóstico, la regresión lineal y la regresión múltiple. El resultado de estos tres modelos muestra que la salinidad del agua aumentará en todas las áreas de la Franja de Gaza para el año 2023. Solo una pequeña zona en la provincia del norte tendrá menos de 250 mg/l de concentración de cloruro en agua dulce, lo que representa 4.56% del total del área de la Franja de Gaza. La intrusión de agua de mar se pone de manifiesto en los cortes transversales a lo largo de la costa, extendiéndose desde el Mar Mediterráneo hasta el este de la Franja de Gaza

Comparing the structural uncertainty and uncertainty management in four common Land Use Cover Change (LUCC) model software packages

Research on the uncertainty of Land Use Cover Change (LUCC) models is still limited. Through this paper, we aim to globally characterize the structural uncertainty of four common software packages (CA_Markov, Dinamica EGO, Land Change Modeler, Metronamica) and analyse the options that they offer for uncertainty management. The models have been compared qualitatively, based on their structures and tools, and quantitatively, through a study case for the city of Cape Town. Results proved how each model conceptualised the modelled system in a different way, which led to different outputs. Statistical or automatic approaches did not provide higher repeatability or validation scores than user-driven approaches. The available options for uncertainty management vary depending on the model. Communication of uncertainties is poor across all models.Spanish GovernmentEuropean Commission INCERTIMAPS PGC2018-100770-B-100Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and the European Social Fund [Ayudas para contratos predoctorales para la formacion de doctores 2014]University of Granada [Contratos Puente 2018]Spanish Ministry of Science and Innovation [Ayudas para contratos Juan de la Cierva-for-macion] 2019-FJC2019-040043University of Cape Town (Centre for Transport Studies

Diferenciación de poblaciones a pequeña escala: mecanismos ecológicos y evolutivos implicados.

Dispersal and gene flow have traditionally been thought to counteract the effects of divergent selection and thus prevent evolutionary differentiation. However, recent research suggests that, if non-random, dispersal may promote population differentiation even at microgeographic scales. Examples of the eco-evolutionary consequences of non-random dispersal are still very scarce in the literature, possibly because long-term data from continuously monitored populations of marked individuals are needed. I document the effect of phenotype-dependent dispersal with respect to body size (tarsus length) on the evolutionary dynamics of a wild population of pied flycatchers (Ficedula hypoleuca) between 1988 and 2016. I characterized the natal dispersal patterns and phenotypic trajectories of dispersers and philopatric individuals originating from ecologically distinct (coniferous vs. deciduous), adjacent (1 km) habitats, and investigated the genetic architecture of, and patterns of selection on, tarsus length. Pied flycatchers breeding in the oak and the pine forest showed strong divergence in tarsus length during the colonization phase of the pinewood, despite geographic proximity and extensive dispersal (ca. 25% of each cohort change habitats). However, the initial degree of differentiation was not sustained over the 29-year period. Differential dynamics of phenotype-dependent dispersal between habitats seem to be the key force shaping the phenotypic trajectories of the study populations. Males moving from the pine to the oak forest tended to be smaller over time, whereas those that remained in the pine forest tended to be larger. Dispersers from the oak to the pine forest also tended to be larger over time, and thus the positive trend of philopatric birds was furthermore reinforced. No clear evidence of phenotype-dependent dispersal was found in females but, importantly, an analysis of both sexes combined confirmed the patterns observed for males alone. Temporal changes in breeding density and the level of nest-site competition could have provided the ecological mechanism for the habitat segregation of size classes. Breeding density increased in both habitats following nest-box addition. Nevertheless, due to the lack of natural cavities, nest-site competition –and therefore the relevance of body size in territorial contests– was probably magnified in the pinewood. Based on density and dispersal rates dynamics, it seems that the pine forest became progressively more attractive for pied flycatchers at the expense of a decrease in the attractiveness of the oakwood. Because large-dominant and small-subordinate males are generally sorted into preferred and non-preferred habitats, the steep increase in breeding density in the pinewood resulted in a shift in the patterns of phenotype-dependent dispersal. No evidence of adaptive habitat choice in relation to body size was found in this population possibly because, as demonstrated here, most pied flycatchers, regardless of their phenotype, return to the habitat they imprinted on as fledglings. Quantitative genetic analyses revealed a substantial component of additive genetic variance underlying tarsus length, although there were substantial differences among pools of dispersers and philopatric birds. Specifically, individuals genetically predisposed to be larger preferentially dispersed into the oak forest. However, selection gradients on this group, unlike the other groups, were negative and, therefore, resulted in a negative response to selection. Dispersers to the oak forest actually showed a decline in tarsus length over time that, nevertheless, deviated from the lack of trend observed in the entire oak population. No such discrepancy was found in the pine forest, indicating a greater genetic contribution of dispersers to the pine forest in shaping the distribution of phenotypes within their recipient population. Examination of the breeding success of each group suggested that this unusual asymmetry resulted from uncoupled patterns of dispersal and gene flow in the oak forest, since the reproductive output of immigrants into the oakwood was lower than that of the other groups. Overall, these results indicate that the effect of dispersal on microevolutionary processes may vary from being positive to non-existent depending on the habitat type, although the ecological factors responsible for such discrepancy remain to be elucidated. Collectively, the five chapters presented in this thesis represent a major step forward in our understanding of the specific role of gene flow on eco-evolutionary dynamics and phenotypic evolution.Los modelos evolutivos clásicos consideran que la dispersión y el flujo génico asociado contrarrestan los efectos de la selección natural y evitan la diferenciación evolutiva. Sin embargo, investigaciones recientes sugieren que, si se produce de forma no aleatoria, la dispersión puede promover la diferenciación de poblaciones, incluso a pequeña escala espacial. Los ejemplos de las consecuencias eco-evolutivas de la dispersión no aleatoria son todavía muy escasos en la literatura, posiblemente, porque es necesario contar con datos a nivel individual recogidos de forma continuada durante largos periodos de tiempo. El objetivo de esta tesis es documentar los efectos de la dispersión dependiente del fenotipo –en este caso, el tamaño corporal, medido como la longitud del tarso– sobre la dinámica evolutiva de una población salvaje de papamoscas cerrojillo (Ficedula hypoleuca) entre 1988 y 2016. Para ello, se caracterizaron los patrones de dispersión natal y las trayectorias fenotípicas de los individuos dispersantes y filopátricos procedentes de dos hábitats ecológicamente distintos (pinar y robledal) pero geográficamente próximos (1 km) y se investigó la arquitectura genética y los patrones de selección sobre la longitud del tarso. Los papamoscas nidificantes en el pinar y el robledal mostraron una fuerte divergencia en la longitud del tarso durante la fase de colonización del pinar, a pesar de la proximidad geográfica y las elevadas tasas de dispersión entre hábitats (aproximadamente, 25%). No obstante, el elevado grado inicial de diferenciación poblacional decreció gradualmente a lo largo de los 29 años de estudio. La dispersión dependiente del fenotipo parece ser la principal fuerza modeladora de las trayectorias fenotípicas de estas poblaciones. El tamaño medio de los machos dispersantes del pinar al robledal decreció progresivamente con el tiempo, mientras que, tanto los residentes del pinar, como los dispersantes del robledal al pinar, mostraron una tendencia temporal positiva. No se encontraron evidencias sólidas de dispersión dependiente del fenotipo en hembras, aunque el análisis de ambos sexos combinados confirmó los patrones observados para los machos. Los cambios temporales en la densidad reproductiva y los niveles de competencia por el acceso a cavidades de nidificación parecen conformar el mecanismo ecológico que subyace a la segregación por tamaños. La colocación de cajas nido provocó un aumento en el número de parejas en ambos hábitats. Sin embargo, debido a la falta de cavidades naturales, la competencia por los nidales artificiales y, por tanto, la importancia del tamaño corporal en las disputas territoriales, posiblemente se magnificaron en el pinar. De acuerdo con los cambios temporales en el tamaño de población y las tasas de dispersión, parece que el atractivo del pinar aumentó notablemente a lo largo del periodo de estudio, en detrimento del robledal. Debido a que los machos más grandes y dominantes generalmente excluyen a los más pequeños de los hábitats preferidos, el acusado incremento en la densidad de parejas del pinar provocó una reversión temporal en los patrones de dispersión dependiente del fenotipo. Los movimientos de dispersión dependientes del tamaño en esta especie no parecen estar guiados por los posibles beneficios de fitness, probablemente porque, como demuestra esta tesis, la mayoría de los dispersantes, independientemente de su fenotipo, regresan al hábitat de nacimiento como consecuencia de un proceso de impronta. Los análisis de genética cuantitativa revelaron un fuerte componente de varianza genética aditiva subyacente a la longitud del tarso, aunque se encontraron diferencias importantes entre individuos dispersantes y filopátricos. Específicamente, aquellos individuos genéticamente predispuestos a ser más grandes se dispersaron preferentemente del pinar al robledal. Sin embargo, los gradientes de selección en este grupo, a diferencia de los otros grupos, fueron negativos. Esto se tradujo en una respuesta negativa a la selección. Como cabría esperar, los dispersantes del pinar mostraron una reducción temporal en la longitud media del tarso que, sin embargo, se desvió de la ausencia total de tendencia observada en el conjunto de la población del robledal. No se encontraron, sin embargo, discrepancias semejantes en la población del pinar, lo que sugiere que la contribución genética de los dispersantes al conjunto de la población es mayor en el pinar que en robledal. Esta asimetría entre hábitats podría obedecer a una falta de equivalencia entre la dispersión y el flujo génico en el robledal, ya que el éxito reproductor de los inmigrantes a este hábitat es menor que el del resto de los grupos. En conjunto, estos resultados indican que los efectos de la dispersión en los procesos microevolutivos pueden variar de ser positivos a inexistentes dependiendo del tipo de hábitat de destino, aunque todavía desconocemos los factores ecológicos responsables de dicha discrepancia. Colectivamente, los cinco capítulos presentados en esta tesis representan un gran paso adelante en nuestra comprensión del papel del flujo génico en las dinámicas eco-evolutivas y la evolución fenotípica de poblaciones salvajes

Modelos geomaticos aplicados a la simulacion de cambios de usos del suelo. Evaluacion del potencial de cambio

En el marco de un proyecto de investigación, y como continuación de trabajos precedentes, se está llevando a cabo una labor de comparación de modelos de simulación de cambios de uso del suelo, con el objetivo de obtener conclusiones acerca de los principales avances temáticos y metodológicos que pueden extraerse de su utilización. Aquí se presentan los primeros resultados obtenidos en un área-test de la Región de Murcia de aproximadamente 2300 km² de extensión. Para la fase de calibración (t0 y t1) se han utilizado los mapas de usos del suelo del proyecto Corine Land Cover 1990 y 2000, y para la simulación de los resultados (T), el año 2006. Las variables descriptivas y explicativas utilizadas proceden de distintas fuentes y bases de datos oficiales, siendo transformadas como factores o restricciones de las categorías de ocupación del suelo y de las transiciones detectadas en la fase de calibración. Las herramientas TIGs utilizadas (Land Change Modeller, CA_MARKOV) están incluidas en el software IDRISI 16, versión Taïga. El objetivo es poder conocer las ventajas y limitaciones de estos modelos y comparar la especificidad de cada uno en la fase de calibración (estimación y localización de los cambios, métodos para transformación de variables)

Modelizacion prospectiva del paisaje mediante sistemas de informacion geografica

International audienceLos Sistemas de Información Geográfica incluyen entre sus funciones de análisis aquellas destinadas a la modelización espacio-temporal. En este trabajo se presentan los resultados de la aplicación de un método de modelización que combina el análisis de una serie cronológica de usos del suelo (Cadenas de Markov), con la puesta en relación de estos usos y un conjunto de variables explicativas (Evaluación multicriterio), para, por último, asignar a cada píxel una categoría de ocupación del suelo (Evaluación Multiobjetivo) en la fecha proyectada, proceso complementado con un algoritmo de automatismo celular que mide la contigüidad local. La modelización prospectiva de dos áreas de estudio comparables aunque con dinámicas paisajísticas específicas permite evaluar la metodología y precisar sus aportaciones y sus límites

Modélisation géomatique rétrospective des paysages par évaluation multicritères et multiobjectifs

International audienceParmi les fonctions SIG pour la modélisation spatio-temporelle et l'aide à la décision, l'évaluation multicritères et multiobjectifs s'avèrent être particulièrement utile en ce qui concerne la reproductibilité des résultats et le paramétrage de scénarii en termes de prise de risque et de compensation. Ce travail illustre la méthodologie et les résultats obtenus pour la reconstitution probabiliste du paysage historique de la Alta Alpujarra Granadina (Sierra Nevada, Espagne) du 16ème, 18ème et 19ème siècle. L'évaluation multicritères génère des cartes de potentialité - ou d'aptitude - pour chaque usage (objectif), en l'occurrence les différentes catégories d'occupation du sol. Elle se base sur l'hypothèse qu'il existe, pour une date donnée, une série de critères spatialisés pouvant expliquer la variabilité des états de la variable (catégories d'occupation du sol), autrement dit l'aptitude pour un usage. L'évaluation multiobjectifs consiste, en tenant compte des superficies réellement occupées, à intégrer les objectifs concurrents (cartes d'aptitude monothématiques) afin de construire les cartes probabilistes d'occupation du sol historiques pour 1572, 1752 et 1855/61. Les résultats expriment la probabilité de présence d'une occupation du sol à un endroit donné selon les critères inclus dans l'analyse. Leur interprétation permet de se prononcer sur les apports et limites de la méthodologie mise en oeuvre sans pour autant autoriser une validation faute de documents historiques de comparaiso

Diseño y evaluación de un complemento para refactorización paralela de código C usando OpenMP

En este proyecto de fin de grado se ha desarrollado un complemento para el IDE Eclipse que servirá para facilitar a los desarrolladores de software el llevar a cabo la creación de aplicaciones que utilicen paralelismo a través de directivas OpenMP. Para ello, ha sido necesario aprender a utilizar la plataforma PDE que proporciona Eclipse para desarrollar complementos. Esta plataforma es muy importante ya que es la manera que tiene la comunidad de Eclipse de colaborar con el IDE y proporcionar nuevas funcionalidades a través de complementos. El complemento desarrollado dispondrá de una vista donde se podrán añadir ficheros que se quieran refactorizar en el futuro y de una serie de comandos que permitirán al usuario llevar a cabo la refactorización de ficheros de código fuente escritos en lenguaje C. El usuario podrá escoger entre dos modos de refactorización de manera que podrá personalizar algunos aspectos de la misma. Por otro lado se han analizado una gran cantidad de modelos de programación paralela actuales y se han visto las ventajas y desventajas de cada uno de ellos. El modelo de programación escogido para llevar a cabo la refactorización de ficheros ha sido OpenMP debido a su simplicidad y a que proporciona un gran aumento del rendimiento gracias a las directivas que dispone para ejecutar bucles de forma paralela. También se han estudiado los distintos patrones que existen para aprovechar el paralelismo en código secuencial y así sacar provecho del hardware actual. Por último se han redactado una serie de guías para facilitar al usuario la instalación y el uso del complemento desarrollado. También se muestra, de manera resumida, como colaborar con el IDE creando nuevos complementos y así proporcionar nuevas funcionalidades a EclipseGrado en Ingeniería Informátic

Modelos geománticos aplicados a la simulación de cambios de usos del suelo. Evaluación del potencial de cambio

En el marco de un proyecto de investigación, y como continuación de trabajos precedentes, se está llevando a cabo una labor de comparación de modelos de simulación de cambios de uso del suelo, con el objetivo de obtener conclusiones acerca de los principales avances temáticos y metodológicos que pueden extraerse de su utilización. Aquí se presentan los primeros resultados obtenidos en un área-test de la Región de Murcia de aproximadamente 2300 km² de extensión. Para la fase de calibración (t0 y t1) se han utilizado los mapas de usos del suelo del proyecto Corine Land Cover 1990 y 2000, y para la simulación de los resultados (T), el año 2006. Las variables descriptivas y explicativas utilizadas proceden de distintas fuentes y bases de datos oficiales, siendo transformadas como factores o restricciones de las categorías de ocupación del suelo y de las transiciones detectadas en la fase de calibración. Las herramientas TIGs utilizadas (Land Change Modeller, CA_MARKOV) están incluidas en el software IDRISI 16, versión Taïga. El objetivo es poder conocer las ventajas y limitaciones de estos modelos y comparar la especificidad de cada uno en la fase de calibración (estimación y localización de los cambios, métodos para transformación de variables).The presented results come from a framework of projects focussing on comparison of various geomatic simulation models in order to get information about their degree of generalization and land use / land cover changes (LUCC) to which they may be applied.Here we present first results from one test area located in Murcia region with an extent of 2300 km². Corine Land Cover maps of 1990 and 2000 were used for model calibration. The simulation was done for 2006 with the possibility to validate model outputs by Corine Land Cover data from the same year. Data about identified drivers for LUCC have different sources, in particular land planning agencies and the Department of Environment. These drivers were used as constraints and factors explaining the location of land use categories and transitions during the calibration process. The presented simulation results were operated with model functions available in Idrisi 32, Taïga: Land Change Modeler and CA_Markov. The aim of this work is to better understand advantages and limitations of applied models and, particularly the specificities of each one during the calibration process (estimation and localization of changes and methods to driver transformation)