Land Surface Temperature (LST) estimated from Landsat images: applications in burnt areas and tree-grass woodlands (dehesas)

A lo largo de los últimos 40 años, las diferentes misiones del proyecto Landsat han proporcionado una gran cantidad de información espectral sobre la superficie terrestre. Las imágenes obtenidas por estos satélites se caracterizan por una resolución espacial de tipo medio, bandas espectrales situadas en diferentes regiones del espectro electromagnético (ópticas y térmicas) y una amplia cobertura terrestre. Si bien las bandas del óptico han sido utilizadas con éxito en numerosas aplicaciones, el uso del térmico ha sido mucho más limitado, a pesar de la gran importancia que representa el parámetro de la temperatura de superficie para numerosas aplicaciones ambientales, especialmente para aquellas relacionadas con la modelización de los flujos de energía en el sistema suelo-vegetación-atmósfera y con el cambio global. En este contexto, el objetivo principal de la presente investigación es explorar el potencial de la temperatura de superficie terrestre (siglas en inglés - LST), derivada de imágenes Landsat, en el estudio de ecosistemas heterogéneos, concretamente (i) áreas afectadas por los incendios forestales y (ii) ecosistemas de dehesa,formaciones constituidas por los árboles dispersos y pastizal/cultivos. En primer lugar, en el marco del proyecto BIOSPEC “Linking spectral information at different spatial scales with biophysical parameters of Mediterranean vegetation in the context of Global Change” (http://www.lineas.cchs.csic.es/biospec) se comparan las diferentes metodologías disponibles para la estimación de la LST a partir de la banda térmica de Landsat. Los mejores resultados, en condiciones atmosféricas caracterizadas por niveles medios de contenido de vapor, se obtuvieron usando el método mono-banda (en inglés - SingleChannel) (Jiménez-Muñoz et al., 2009), con un error de estimación <1º K. En el siguiente paso de la investigación la información sobre la distribución de LST derivada del sensor Thematic Mapper se utilizó en el análisis de la severidad del fuego en una zona forestal de Las Hurdes(Extremadura, España), y en el estudio de los efectos ocasionados por los diferentes tratamientos post-incendio en una zona quemada, esta vez localizada en los Montes de Zuera (Zaragoza, España). En relación con la severidad del fuego analizada en diferentes fechas post-incendio, se han detectado diferencias estadísticamente significativas entre los valores de LST correspondientes a las categorías de severidad establecidas a partir del índice espectral ΔNBR (Key y Benson, 2006).Los niveles de LST más elevados se observaron en las zonas donde la severidad del fuego fue mayor, debido a la menor emisividad de los productos de combustión y los cambios en el balance de energía relacionados con la ausencia de vegetación. En cuanto a las consecuencias de los tratamientos de madera quemada en la regeneración vegetal, se han observado diferencias estadísticamente significativas entre las áreas intervenidas y no intervenidas. En este sentido, en las áreas no intervenidas se registraron valores de LST ~1 K más bajos y niveles de recubrimiento vegetal ~10% más altos que en las intervenidas. En otro ámbito de aplicación, los datos de LST obtenidos mediante imágenes de Landsat-5 TM (período 2009-2011), se utilizaron en el análisis de los patrones espacio-temporales de la LST y su relación con el grado de ocupación de la fracción arbórea en ecosistemas de dehesa. Se ha detectado una relación negativa entre la LST y la cobertura arbórea, con diferencias a nivel estacional debido al dinamismo del ciclo fenológico del pastizal

Remote sensing techniques to assess post-fire vegetation recovery

Wildfires substantially disrupt and reshape the structure,composition and functioning of ecosystems. Monitoring post-fire recovery dynamics is crucial for evaluating resilience andsecuring the relevant information that will enhance manage-ment and support ecosystem restoration after fires. Comparedto the extensive and labour-intensive field campaigns, remotesensing provides a time- and cost-effective tool to monitorpost-fire vegetation recovery (PVR). This concise literaturereview presents tools and recent advances in remote sensingtechniques, focusing on the most commonly used sensors andindicators/metrics. It also provides recommendations on theuse of these tools for assessing vegetation recovery and onexisting gaps regarding technical limitations that could guidefuture research

Physiognomic and physiologic changes in mountain grasslands in response to environmental and anthropogenic factors

Mountain grasslands provide valuable ecosystem services for sustainable development and human wellbeing. These habitats have suffered important changes related with their physiognomic (biomass) and physiologic (greenness) properties. Some of these changes received significant attention i.e. woody encroachment, while others, like the changes in biomass and greenness of those grasslands that have not experienced woody encroachment are almost unknown. We calculated physiognomic and physiologic properties for dense grasslands not affected by woody encroachment through the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Normalized Difference Infrared Index (NDII) from Landsat-5 Thematic Mapper. Imagery taken in the late-1980s and late-2000s in the Spanish Pyrenees were analyzed with multi-temporal vectors to detect increases or decreases of biomass and greenness. To understand the source of these changes, we modeled them with anthropogenic (land use, i.e. grazing, ski resorts, and related infrastructures) and environmental factors (topographic, lithologic and climatic). Anthropogenic factors were most strongly correlated with decrease in the biomass and greenness, showing degradation patterns of the grasslands at localized patches. Nonetheless, environmental factors were most strongly correlated with positive changes in both indices, detecting a continuous pattern in the increase in biomass and greenness. In areas that had high livestock stocking rates, grasslands biomass and greenness decrease, while in areas that had low stocking rates, biomass and greenness increases. Grasslands at low elevation showing decrease in biomass and greenness were either on gentle slopes and largely affected by human activities, or on steep slopes locally affected by ski resorts. In areas that have been disturbed by anthropogenic factors, the increase of rain in early summer trigger erosion processes, enhancing the negative effect of anthropic pressure on grassland greenness and biomass. In contrast, grasslands at high elevations, on steep slopes, and those that had north or west aspects and that had an acidic lithology, with less continentality, and that received more rain, had the most increase in biomass and greenness. Those results suggest that changes in mountain grasslands, apart from woody encroachment, are deeply altering their physiology and physiognomy, pointing out direct relationships with current management practices and climate trends.This research was funded by the following research projects; Ref.:125/2010 MMAMRM (Spanish Ministry of Agriculture and Environment), CGL2011-27259 (Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and Innovation) co-financed by the FEDER, and FW7 ENV.2009.2.1.3.2-LEDDRA (European Community). CGB was supported by the AXA Research Fund (PDOC_2011_W2) and Killam Postdoctoral Fellowship (University of Alberta (2012-2013)). F. Fillat and R. García provided interesting comments and supporting climatic information.Peer reviewe

Series multitemporales Landsat/MODIS en el análisis de áreas quemadas en ambientes de sabana tropical de la Amazonia Meridional brasileña

Globalmente, el fuego es uno de los principales elementos en la dinámica de los ecosistemas terrestres, siendo su seguimiento y análisis relevante para la comprensión de los procesos ecológicos e impactos humanos a diferentes escalas. En Brasil, las áreas más frecuentemente afectadas por el fuego se sitúan en las zonas de transición entre las sabanas tropicales y la Amazonia, vinculadas a fuerte influencia antrópica que altera los regímenes naturales de fuego.La presente tesis tiene como objetivo analizar los patrones espacio-temporales y la dinámica de regeneración vegetal de áreas afectadas por el fuego en ambientes de sabana tropical de la Amazonia Meridional brasileña, centrando el análisis en un área que constituye el mayor enclave de sabana tropical del sur de la Amazonia, los Campos Amazônicos. Con este fin, se explora el uso de las series multitemporales derivadas de los sensores/satélites Landsat y MODIS, buscando combinar el potencial de cada serie en la generación y análisis de informaciones anuales/estacionales que contribuyan a la interpretación de la incidencia del fuego y sus repercusiones en la dinámica de estos paisajes.La generación de una serie anual/estacional ha permitido cartografiar un total de 1.03 millones de hectáreas afectadas por el fuego en el área de estudio (prácticamente 2.5 veces su área total), en el período comprendido entre 2000 y 2016. Se ha identificado una fuerte influencia de la estacionalidad en los subtotales anuales, donde las cicatrices de fuego de los meses más extremos de sequía representan el 86% del total de área quemada y el 32% del número de incendios. Estos incendios afectan proporcionalmente más a las superficies de mayor densidad de vegetación leñosa, a diferencia de lo que sucede al principio o fuera del período de sequía.La base multitemporal generada también ha sido utilizada como referencia para evaluar las últimas generaciones de los productos de área quemada de MODIS en ecosistemas de sabana tropical. Se han identificado las nuevas prestaciones del último producto (MCD64A1 v006), asociadas principalmente a la disminución significativa de los errores de omisión, al tiempo que se mantienen los bajos niveles de comisión ya logrados con las versiones anteriores.Se comprueba que la fusión de imágenes Landsat y MODIS a través del método Flexible Spatiotemporal Data Fusion constituye una buena alternativa para subsanar problemas de falta de información en series multitemporales de media/alta resolución espacial en ambientes de sabana tropical afectados por el fuego. La combinación de la serie multitemporal Landsat disponible y el uso del fusionado Landsat-MODIS ha permitido generar con éxito una serie de media/alta resolución espacial con ocho composiciones anuales, para el período de 2009-2016, en áreas del enclave de los Campos Amazônicos. El análisis de las trayectorias utilizando índices espectrales, muestra descensos abruptos de sus valores en respuesta a la acción del fuego. Estos efectos son perceptibles en las trayectorias durante los dos años siguientes al fuego; a partir del tercer año, los valores de los índices se asemejan a las condiciones pre-fuego. Estos resultados han sido verificados con datos de campo, a partir de los cuales también se ha podido cuantificar una mayor acumulación de biomasa seca en aquellas parcelas en las que ha transcurrido más tiempo sin ser afectadas por el fuego.En definitiva, en el contexto de las series multitemporales de productos de teledetección de media/alta resolución espacial, se han aplicado metodologías y generado información que han permitido avanzar en el seguimiento de la incidencia del fuego en ambientes de sabana tropical de la Amazonia Meridional. Los resultados refuerzan, espacial y estadísticamente, importantes argumentos respecto a la estacionalidad de las quemas en estos paisajes, así como permiten progresar en la comprensión del proceso de regeneración vegetal post-fuego en estas áreas.<br /

Análisis de la regeneración vegetal post-incendio en áreas con tratamientos mediante imágenes Sentinel-2.

Los incendios forestales constituyen un grave problema ambiental debido a la destrucción y alteración de los ecosistemas forestales. En el año 2015, en el municipio de Luna (Zaragoza), se produjo un incendio que afectó a 14.000 hectáreas. Tras el suceso se aplicaron diferentes actuaciones y tratamientos post-incendio que son objeto de análisis en este trabajo. A través de los datos obtenidos mediante índices espectrales, aplicados sobre imágenes Sentinel-2, se evalúa la regeneración vegetal en cinco momentos (variación fenológica) a lo largo de 2018 y se analizan las interacciones con otros factores ambientales (formación vegetal, altitud, exposición y pendiente topográfica, sombra). En términos generales, los mejores resultados se relacionan con aquellos tratamientos aplicados para evitar la erosión (fajinas) y en los que se han realizado apeos para la extracción de madera quemada con fines comerciales, aunque con resultados desiguales en función del Monte de Utilidad Pública en los que se planificaron dichas actuaciones.<br /

Análisis de la revegetación en incendios mediante teledetección: el caso de los incendios de Mequinenza y Fayón.

Los incendios forestales constituyen uno de los principales problemas ambientales en cuanto a su incidencia en la vegetación. Por ello es necesario conocer el comportamiento de la vegetación tras el incendio. El presente trabajo aborda el análisis del proceso de revegetación en cinco incendios distribuidos en los últimos 40 años en la zona de Mequinenza-Fayón. Para ello se van a estudiar los valores de NDVI derivados de tres imágenes Sentinel 2 correspondientes a tres meses del año 2017 y su relación con las variables predictivas orientación, pendiente y radiación; los mejores resultados se han obtenido en las orientaciones N del incendio de 1986.<br /

Análisis de los terrenos cinegéticos de Aragón: caracterización y tendencia vegetal mediante el índice SLAVI (1985-2019).

En el presente Trabajo Fin de Máster se realiza una caracterización de los terrenos cinegéticos de Aragón determinados en la Ley 1/2015, atendiendo a dimensiones de orden legal como son la tipología, titularidad, tipo aprovechamiento o Espacio Natural Protegido en que se hallan y físico (análisis de la hipsometría y de la pertenencia a dominios paisajísticos). Consecutivamente, se analizan estadísticamente las diferencias entre terrenos cinegéticos mediante la aplicación de análisis de varianza (ANOVA) y la caracterización de la tendencia temporal de la vegetación (1985-2019) a través del índice espectral SLAVI (Specific Leaf Area Vegetation), que opera como variable dependiente y que se ha obtenido a partir de la colección LANDSAT/LC08/C01/T1_ANNUAL_GREENEST_TOA. Estos últimos análisis se realizan considerando una muestra representativa (446 terrenos cinegéticos), localizados en el sector septentrional de las provincias de Huesca y Zaragoza (Pirineos-Somontanos) en el periodo de tiempo comprendido entre 1985 y 2019. Se concluye que los cotos sociales son los que presentan mayores valores de SLAVI (~1,927), presentando tendencias de carácter positivo (r2 = 0,6866), siendo los vedados (terrenos no cinegéticos) los terrenos que presentan tendencias de carácter positivo más acusadas (r2 = 0,8103). En el lado contrario en las zonas ENP no cinegéticas se identifican los valores más bajos (~1,410) y tendencias más bajas (r2 = 0,509), aunque también positivas.<br /

RELACIONES ENTRE PARÁMETROS QUÍMICOS DETERMINANTES DE LA CALIDAD DE LA UVA Y EL NDVI, PARA LA ESTIMACIÓN DE LA FECHA DE VENDIMIA.

El uso de la viticultura de precisión está cada vez más extendido entre los agricultores del sector, propiciando la reducción de esfuerzos por parte del personal, la obtención de vinos de mejor calidad, e incluso la estimación de parámetros de campo a partir de imágenes de satélite. En el presente trabajo, se llevó a cabo en primer lugar, un análisis multitemporal del NDVI promedio de siete variedades de uva, con el que se pudo ver la evolución del vigor vegetal durante el periodo de maduración de los racimos. Las gráficas obtenidas, mostraron el estancamiento del vigor que experimentan las cepas en este periodo, ocasionado por la modificación de la inversión energética de la planta hacia las bayas. Además, en los años 2013 y 2016, se apreció el alcance del vigor máximo de las cepas con la llegada del verano. Por otro lado, mediante el estudio de la relación del grado Baumé y la acidez total, con respecto al NDVI, a través de barras de error y análisis Anova, se determinó la existencia de ciertos patrones correlativos. Concretamente, entre el grado y el NDVI en dos de los años de estudio para el Tempranillo, la relación resultó directa. Por otra parte, en el caso de la Garnacha, se observó una correlación inversa entre la acidez y el vigor vegetal, aunque los resultados fueron menos concluyentes. El resto de variedades no ofrecieron patrones específicos. Por ello, a pesar de la existencia de cierta correlación entre los parámetros, no se consideró factible la estimación de estos a través del vigor vegetal, debido a la escasez de resultados positivos, a los múltiples factores influyentes en los parámetros estudiados, y a los antecedentes observados en la bibliografía

Análisis de la regeneración vegetal en zonas de actuación postincendio mediante imágenes Landsat 8

El 5 de agosto de 2008 se produjo en los montes de Zuera (Zaragoza) un incendio forestal que recorrió en 5 horas, aproximadamente, 2.500 hectáreas. El incendio, el mayor en España en 2008, se originó bajo condiciones meteorológicas muy favorables para la ignición y propagación. A partir de ese año se han aplicado diferentes técnicas de tratamiento post- incendio con el fin de recuperar la vegetación. En este trabajo se analiza mediante imágenes del sensor OLI del satélite Landsat 8, que áreas de la zona quemada se han recuperado más favorablemente y cuáles son los factores que influyen en dichos resultados