El factor climático en la erosión del suelo: Erosividad de la lluvia en la cuenca del Ebro

La tesis doctoral ha abordado el estudio de la erosividad de la lluvia en la cuenca del Ebro. Aporta un estudio climatológico detallado sobre las dinámicas espacio-temporales de la erosividad de la lluvia en la cuenca del Ebro, sus tendencias y una relación con parámetros de circulación atmosférica. Aporta además un registro experimental de la erosividad de la lluvia natural

Distribución espacial del riesgo de precipitaciones extremas en el Pirineo Aragonés Occidental

Extreme rainfall events are very unusual and tend to provoke high magnitude geomorphic processes, with catastrophic economic and human consequences. The hazard is even higher in mountain areas, with huge topographic gradients and high geomorphic instability These extreme events occur with a low frequency and an apparently erratic spatial distribution. This is the reason why the current pluviometric records are inadequate or insufficient for studying the spatial and temporal organisation of the most intense rainstorms. In this paper the spatial distribution of the extreme rainfalls in the Central Spanish Pyrenees has been assessed. A map of extreme precipitation hazard with uncertainty,using statistical techniques and GIS, is proposed. A critical analysis of the statistical methods used in the study of extreme rainfall events is done. Such methods need a study of the statistical significance in order to test their reliabilityLos eventos pluviométricos extremos son episodios lluviosos de gran intensidad capaces de desencadenar procesos geomorfológicos de gran magnitud eimportantes consecuencias en pérdidas económicas y humanas, como conocemos por ejemplos recientes e históricos. Estos efectos devastadores son si cabe mayores en áreas de montaña, de gran energía topográfica e inestabilidad geomorfológica. Además de su intensidad, estos episodios se caracterizan por su baja frecuencia temporal y por presentar una distribución espacial aparentemente errática. Este carácter extremo hace que las series pluviométricas normalmente disponibles sean poco adecuadas para el estudio de las precipitaciones máximas.En este artículo se estudia la distribución espacial del riesgo de precipitaciones extremas en el Pirineo occidental aragonés, buscando posibles patrones geográficos y explorando la posibilidad de realizar una cartografía del riesgo de precipitaciones extremas mediante técnicas estadísticas y SIG. Se revisa la metodología estadística habitual en el estudio de los eventos extremos (ajuste de los datos a una ley de probabilidad y cálculo de períodos de retorno). Este tipo de modelos, muy sensibles a los datos, requieren un estudio de significación estadística para comprobar su fiabilidad

Hydrologic and landscape changes in the Middle Ebro River (NE Spain): Implications for restoration and management

The changes of landscape (1927–2003), discharge regime and anthropic activities with the river-floodplain of one reach at the Middle Ebro River (NE Spain) were investigated with the objective to identify the factors that best explain the natural ecotope succession and propose a realistic restoration option with consideration of the landscape dynamics during the last century and the socio-economic context. Our results indicate that hydrological and landscape patterns have been dramatically changed during the last century as a consequence of human alteration of the fluvial dynamics within the studied reach. The magnitude and variability of river discharge events have decreased at the end of the last century, and flood protection structures have disrupted the river floodplain connectivity. As a result, the succesional pathways of riparian ecotopes have been heavily modified because natural rejuvenation no longer takes place, resulting in decreased landscape diversity. It is apparent from these data that floodplain restoration must be incorporated as a significant factor into river management plans if a more natural functioning wants to be retrieved. The ecotope structure and dynamics of the 1927–1957 period should be adopted as the guiding image, whereas current hydrologic and landscape (dykes, raised surfaces) patterns should be considered. Under the current socio-economic context, the more realistic option seems to create a dynamic river corridor reallocating dykes and lowering floodplain heights. The extent of this river corridor should adapt to the restored flow regime, although periodic economic investments could be an option if the desired self-sustained dynamism is not reached.The research was funded by the Department of the Environmental Science, Technology and University –Aragon government (Research group E-61 on Ecological Restoration)- and MEC (CGL2005-07059). The Spanish Research Council (CSIC) granted Alvaro Cabezas through the I3P program (I3P-EPD2003-2), which was financed by European Social Funds (UE).Peer reviewe

A Multiscalar Global Drought Dataset: The SPEIbase: A New Gridded Product for the Analysis of Drought Variability and Impacts

A new multiscalar drought dataset, the SPEIbase, made available to the scientific and management community is presented. The multiscalar character of the dataset allows finding the most appropriate time scale of interest for a specific application, so potential uses of the dataset range over a wide variety of disciplines. The dataset (in three file formats) is distributed under an open license. Further work includes updating the dataset past December 2006, depending on the data availability.This work has been supported by the research projects CGL2008-01189/BTE and CGL2006-11619/HID, funded by the Spanish Commission of Science and Technology and FEDER; EUROGEOSS (FP7-ENV-2008-1-226487) and ACQWA (FP7-ENV-2007-1- 212250), funded by the VII Framework Programme of the European Commission; and “Las sequías climáticas en la cuenca del Ebro y su respuesta hidrológica” and “La nieve en el Pirineo aragonés: Distribución espacial y su respuesta a las condiciones climática,” funded by “Obra Social La Caixa” and the Aragón Government.Peer reviewe

An R package for daily precipitation climate series reconstruction

Daily precipitation datasets are usually large, bulky and hard to handle, but they are of key importance in many environmental studies. We developed a tool to create custom datasets from observed daily precipitation records. Reference values (RV) are computed for each day and location using multivariate logistic regression with altitude, latitude and longitude as covariates. The operations were compiled in an Open Source R package called reddPrec. The reddPrec package consists of a set of functions used to: i) apply a comprehensive quality control over original daily precipitation datasets, flagging suspect data based on five predefined criteria; ii) fill missing values in original data series by estimating precipitation values using the 10 nearest observations for each day; and iii) create new series and gridded datasets in locations where no data were recorded

The use of long-term high.spatial resolution Normalized Difference vegetation Index (NDVI) to determine different environmental processes in Spain

En esta tesis doctoral se han procesado imágenes de los satélites NOAA-AVHRR de 1,1 km de resolución espacial, disponibles durante tres décadas (1981 - 2015) para obtener una base de datos del índice de vegetación NDVI, para la España peninsular y las Islas Baleares, llamada Sp_1Km_NDVI. El método incluye la calibración de la información con los coeficientes de calibración posteriores al lanzamiento de cada satélite, correcciones geométricas y topográficas, la eliminación de nubes, el filtrado temporal de las series y la obtención de compuestos semi-mensales mediante el valor máximo NDVI de las imágenes. Además, la tesis compara la nueva base de datos Sp_1km_NDVI con otras tres bases de datos NDVI. Se ha comprobado si las tendencias anuales y estacionales de la base de datos Sp_1km_NDVI y las otras tres fuentes de información muestran patrones espaciales y tendencias temporales similares. Los resultados muestran que la nueva base de datos proporciona información sobre la actividad vegetal. Es útil para investigar procesos de cambio climático y procesos relacionados con las actividades humanas, en esta región mediterránea. Y permite identificar una tendencia positiva dominante del NDVI durante el periodo de estudio. En el presente trabajo también se han estudiado la relación entre la actividad vegetal y el crecimiento de los anillos de los árboles, en distintos tipos de bosques, bajo diferentes condiciones ambientales. Para ello, la base de datos de imágenes de satélite NDVI se ha combinado con registros dendrocronológicos y datos climáticos para analizar la variabilidad interanual del crecimiento de los anillos de los árboles y la actividad vegetal en distintos biomas forestales desde 1981 y hasta 2015. Los resultados revelan la existencia de una relación positiva y significativa entre la variabilidad interanual del NDVI y el crecimiento de los anillos de los árboles. Sin embargo, esta relación depende del tipo de bosque y de las condiciones ambientales. Finalmente, se han analizado los impactos de la sequía en el NDVI, ya que la sequía es uno de los principales riesgos naturales que afectan a la actividad de la vegetación en España. En esta parte de la tesis se determinan las posibles diferencias en la sensibilidad de la vegetación a la sequía, determinada por los distintos tipos de cubiertas vegetales y por las condiciones climáticas. Y analiza las escalas de tiempo en las que la actividad vegetal está respondiendo a la severidad de la sequía. Los resultados han demostrado que, en grandes áreas de la España peninsular, la actividad vegetal está fuertemente determinada por las variaciones interanuales de la sequía. Sin embargo, existen importantes diferencias estacionales y espaciales en las que el tipo de cubierta y las condiciones de aridez juegan un papel importante. En esta tesis también se ha mostrado que la escala temporal a la que se mide la sequía es muy relevante para entender los diferentes impactos estacionales, e informa sobre la sensibilidad del NDVI a la sequía a nivel estacional y en diferentes coberturas vegetales.<br /

Caracterización del espectro disdrométrico de la precipitación y aplicaciones

Los nuevos sistemas de medida basados en el carácter intrínsecamente discreto de la precipitación (corriente de partículas individuales: gotas de lluvia, copos de nieve, etc.) han incrementado la precisión en el registro de eventos de precipitación. Estos instrumentos de medida, denominados disdrómetros ópticos o espectropluviómetros, son capaces de caracterizar el espectro disdrométrico de la precipitación o distribución de frecuencias del tamaño y velocidad de las gotas. Esta información permite calcular variables integradas como la densidad de gotas o la masa de agua por unidad de volumen de aire, la intensidad y volumen de la precipitación, la energía cinética, la visibilidad o la reflectividad de radar, además de clasificar los meteoros (lluvia, lluvia fina, granizo, nieve, etc). Más allá del interés aplicado de estas variables, el análisis de la información disdrométrica durante episodios de precipitación concretos permite indagar sobre los mecanismos genéticos y de evolución de los meteoros. La información disdrométrica junto con el radar meteorológico permite validar la precipitación obtenida a través de los satélites u otros medios de teledetección de la precipitación. En esta comunicación se presenta una revisión de la información disdrométrica y su evolución, con ejemplos de aplicación.New precipitation measurement devices, based on the precipitation discrete character (individual particles flow: as raindrops, snowflakes, etc.) have improved the accuracy in recording precipitation events and its characteristics. These devices, known as optical disdrometers or spectropluviometers allow characterizing the precipitation particle spectrum or the size and velocity frequency distribution of the precipitation particles. This information allows estimating integrate values as raindrops density, the water content per volume of air, precipitation intensity and precipitation amount, kinetic energy, visibility and radar reflectivity, besides hydrometeors classification (rain, drizzle, hail, snow, etc). Apart from the applied interest, the analysis of precipitation particle spectrum, during precipitation events, informs on precipitation genetic mechanisms and their evolution. In addition, disdrometers, in combination with meteorological radars, are useful tools for validating precipitation satellite data, and other remote sensing precipitation products. This article reviews the measurement evolution of disdrometric information providing some application examples.Este trabajo ha contado con financiación del proyecto DISDROPEC: CGL2011-24185. El trabajo de M. Angulo-Martínez ha sido posible gracias a un contrato postdoctoral del programa Juan de la Cierva del Ministerio Español de Economía y Competitividad

Modelling tillage and water erosion by usingWATEM/SEDEM and 137Cs measurements at field scale

1 Pag.This study applies the WATEM/SEDEM model to estimate soil redistribution rates after calibration with 137Cs measurements. Furthermore, soil redistribution rates by tillage were estimated using the Mass Balance Model 3 (MBM3). A representative Mediterranean cultivated field located in the central part of the Ebro basin (NE Spain) was selected to conduct the study.Peer reviewe

Spatial distributed modelling of erosion and sediment transport in mountain catchments in the Pyrenees: challenges for calibration and validation

28 p., 10 Figs., 5 Tabls.Publicado inicialmente por la Universidad de La Rioja (España) en: Cuadernos de Investigación Geográfica 39(2) (2013)[EN] Most erosion models applied at basin scale are based on spatially aggregated representation, for example, in a space subdivision of the surfaces to which behavior is assumed homogeneous (sub-basins, hydrological units, etc.). This approach leads to a desirable simplification of the calculations, but presents difficulties in addressing problems related to sediment transport and identification of sediment source areas, which should be treated by a continuous spatial representation. Spatially distributed models, however, allow a more accurate approach to this problem, at the cost of an increased computational complexity. The objective of this work is the calibration and validation of the model WATEM/SEDEM, an empirical-conceptual spatially distributed model, to predict erosion and sediment yield in two watersheds in the Central Spanish Pyrenees: i) the watershed of the Barasona Reservoir (1504 km2), which is drained by the Esera and Isabena Rivers, the model calibration and validation was based on the depositional history of the Barasona Reservoir and suspended sediment records over 3 years (May 2005–May 2008) at the outlet of the Isabena River; ii) the experimental Arnas catchment (2.84 km2), the model calibration was performed based on a dataset of soil redistribution rates derived from point 137Cs inventories, allowing capture differences per land use in the main model parameters. The validation process was carried with the registration of six years of suspended sediment at the outlet of the Arnas catchment. The calibration process for watershed of the Barasona Reservoir showed the problem you have when trying to calibrate the parameters of transport capacity with a single variable (the export of sediment to the basin outlet), making impossible to find a single set of parameters that optimize the error function, making it necessary to adopt a compromise solution. For the experimental Arnas catchment the model calibration processes using spatially distributed sediment yield derived from 137Cs inventories allowed calibrating the empirical parameters of transport capacity in a satisfactory way, finding a single combination of values that optimizes the error function. These results show that the calibration parameters of transport capacity are a fundamental aspect of the model WATEM/SEDEM and other similar models. To obtain a reliable estimate of the spatial distribution of erosion and sediment transport requires a calibration and validation by means of spatially distributed data of soil loss, which in turn allows a calibration of spatially distributed parameters concerning transport capacity.[ES] Una gran parte de los modelos de erosion aplicados a escala de cuenca se basan en una representacion espacialmente agregada, es decir en la subdivision del espacio en superficies a las que se supone un comportamiento homogeneo (subcuencas, unidades hidrologicas, etc.). Esta aproximacion conlleva una deseable simplificacion de los calculos, pero presenta dificultades para abordar problemas relacionados con el transporte de sedimentos y la identificacion de areas fuente de sedimento, que deben tratarse mediante una representacion espacial continua. Los modelos espacialmente distribuidos, en cambio, permiten una aproximacion mas precisa a este problema, a costa de una mayor complejidad de calculo. El objetivo de este trabajo es la calibracion y validacion del modelo WATEM/SEDEM, un modelo empirico-conceptual espacialmente distribuido, para predecir erosion y la produccion de sedimentos en dos cuencas del Pirineo aragones: i) la cuenca del embalse de Barasona (1504 km2), drenada por los rios Esera e Isabena, donde la base de datos para el proceso de calibracion fue el registro de 3 anos de sedimentos en suspension (mayo 2005-mayo 2008) a la salida de la subcuenca del Rio Isabena y para la validacion se utilizo el registro historico de sedimentacion del embalse de Barasona; y, ii) la cuenca experimental de Arnas (2.84 km2), donde se conto para la calibracion con datos espacialmente distribuidos de tasas de erosion y sedimentacion derivadas de inventarios de Cs137, mas el registro de seis anos de sedimento en suspension a la salida de la cuenca de Arnas para el proceso de validacion. El proceso de calibracion para el embalse de Barasona mostro el problema que se tiene al intentar calibrar los parametros de capacidad de transporte con una sola variable (la exportacion de sedimento a la salida de la cuenca), haciendo imposible encontrar un solo conjunto de parametros que optimicen la funcion de error y obligando a adoptar una solucion de compromiso. En la cuenca de Arnas el uso de datos espacialmente distribuidos de produccion de sedimentos derivados de inventarios de Cs137 permitio calibrar los parametros empiricos de capacidad de transporte de una forma satisfactoria, encontrando una sola combinacion de valores que optimiza la funcion de error. Con los resultados obtenidos se demuestra que la calibracion de los parametros de capacidad de transporte es un aspecto fundamental de WATEM/SEDEM y de otros modelos similares. Para obtener una estimacion fiable de la distribucion espacial de los procesos de erosion y transporte de sedimento se requiere de una calibracion y validacion con datos espacialmente distribuidos de perdida o ganancia de suelo que permita a su vez realizar una calibracion espacialmente distribuida de los parametros relativos a la capacidad de transporte.Este trabajo se ha llevado a cabo con el apoyo del proyecto INDICA (CGL2011- 27753-C02-01 y -02), financiado por el Ministerio de Economia y Competitividad, el proyecto ACQWA (FP7-ENV-2007-1-212250), financiado por la Comision Europea y un acuerdo entre el CSIC y el Ministerio de Medio Ambiente (RESEL). N. Lana-Renault ha disfrutado de un contrato de investigacion en el Programa Juan de la Cierva (Ministerio de Economia y Competitividad). En este articulo han participado numerosos colegas del Departamento de Procesos Geoambientales y Cambio Global del Instituto Pirenaico de Ecologia (IPE), asi como del Departamento de Suelo y Agua de la Est. Exp. Aula Dei (EEAD-CSIC).Peer reviewe

MOTEDAS century: A new high-resolution secular monthly maximum and minimum temperature grid for the Spanish mainland (1916–2015)

Information was retrieved from the Annual Climate Summaries (ACS) on average monthly temperatures in Spain for the period 1916–1949, and combined with the digitalized data from the National Climate Data Bank of the Spanish meteorological service (AEMET) to create the new MOTEDAS_century (MOnthly Temperature Dataset of Spain) database of mean monthly maximums (Tmax) and minimums (Tmin). This database was used to calculate a high-resolution (10 × 10 km) grid that allowed to make a detailed analysis of the temporal evolution of temperature in Spain during the period 1916–2015. Over the period, mean Tmax increased by 1.2°C, while Tmin increased by 1.0°C (this ratio is reversed in the second half of the century). In the last 30 years, however, mean annual Tmax and Tmin trends have not been significant. There are some differences between the new mean annual maximum and minimum temperature series and previous versions, which seem to arise from the much higher number of weather stations analysed, their location and the processing used. There is a discussion on the improved spatial representativeness of the new MOTEDAS_century that provides a more detailed representation of the spatial variability of temperatures in continental Spain