MÁSTER EN INGENIERÍA MÁSTER EN INGENIERÍA HIDRÁULICA Y MEDIO HIDRÁULICA Y MEDIO

AMBIENTEAMBIENTEAMBIENTEAMBIENTE

Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. g

Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno.

Marta Pasquato (marpas@posgrado.upv.es)

Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. 

Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno.p

Índice

1. Introducción2. Ecofisiología vegetalg g3. Modelación conceptual suelo‐vegetación4. Caso de estudio5. Aplicación del modelo TETIS6. Aplicación del modelo TETIS‐VEG7. Conclusiones7. Conclusiones8. Líneas de investigación futuras

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno.

Alumna: Marta Pasquato Director: Félix Francés García

2

Objetivo general

Índice____________

ll d l1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Desarrollar un modelo conceptual distribuido y 

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

p ydinámico suelo‐vegetación, 

acoplado al modelo 4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

acoplado al modelo hidrológico TETIS, y 

pensado para ser aplicado en modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

pensado para ser aplicado en ecosistemas áridos y 

á dinvestigación futuras semiáridos.

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3

Clima y cambio climático

ClimaÍndice____________

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Clasificación climática de Köppen: considera los valores de temperatura y precipitación medias anuales y mensuales, y la estacionalidad de las precipitaciones

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Climas semiáridos: regiones que tienen una ETP superior a la precipitación que reciben (aprox. 200 ‐ 400 mm anuales) 

el agua es el factor limitante

Cambio climático4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS- Modificación del clima con respecto al historial modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

Modificación del clima con respecto al historial climático a una escala global o regional

Los cambios se producen a muy diversas escalas de tiempoinvestigación

futuras tiempo

Implican todos los parámetros climáticos: temperatura, precipitación, nubosidad, etc. 

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4

Insolación

InsolaciónÍndice____________

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Es la cantidad de energía en forma de radiación solar que llega a un lugar de la Tierra en un día en concreto

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

en concreto

Controla la ET y, consecuentemente, la humedad en el suelo4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

en el suelo

Depende de:modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

• Los gradientes de latitud

• La variabilidad en la orientación de las superficies y de las sombras proyectadas investigación

futuras superficies y de las sombras proyectadas por la topografía

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5

NDVI

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)Índice____________

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Indicador numérico de “cuanto verde es” el objetivo de medidas hechas por sensores remotos

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Los valores del NDVI varían entre ‐1.0 y 1.0: • Valores negativos: nubes y agua4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Valores negativos: nubes y agua• Valores positivos cercanos a cero: suelo desnudo• Valores positivos más altos: vegetación rala (0.1 ‐ 0.5); vegetación 

densa (0.6 y más)modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

Se define como:RED   l   ió   j  d l  t   l t éti  ( 6   )investigación

futuras • RED = la porción roja del espectro electromagnético (0.6‐0.7 μm)

• NIR = la porción del infrarrojo cercano en el espectro electromagnético (0.75‐1.5 μm) 

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6

LAI y NDVI

LAI (índice de superficie foliar)Índice____________

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Es el ratio entre la superficie total superior de las hojas partido por el área del suelo sobre el que la vegetación crece. 

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

El LAI es un valor adimensional; varía típicamente entre 0 para suelo desnudo y 6 para el bosque denso.

Ecuación de Beer para obtener los valores de LAI:4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

K = 0.212 (*) (Anselmi et al., 2004)investigación futuras NDVIcan = valor mínimo de NDVI

NDVIback = valor máximo de NDVI

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7

Potencial hídrico

Índice____________

El agua se mueve en la planta por diferencias del potencial hídrico (ΨW)

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

potencial hídrico (ΨW)

En la planta el ΨW es la suma del potencial osmótico(Ψ )   d l  t i l d   ió  (ΨP) 

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

(Ψл) y del potencial de presión (ΨP) 

PW Ψ+Ψ=Ψ π4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

En el suelo hay que incluir también el potencial modelo TETIS

VEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

incluir también el potencial gravitacional (Ψg) y el potencial matricial (Ψm)

investigación futuras

mgPW Ψ+Ψ+Ψ+Ψ=Ψ π

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8

Transpiración

Índice____________ Movimiento no cerrado:

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

•Penetración agua suelo por células epidérmicas de la raíz•Evaporación en la superficie de las hojas (estomas)

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Energía a vencer:P ió   il4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Presión capilarAltura de raíces y árbol

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

Mecanismos de la planta:Ósmosis. Células de la raíz ricas en salesinvestigación

futuras Capilaridad. Ascensión por succión a través del xilema

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Factores que controlan la ET

Índice____________ Externos. Son los mismos que controlan la E:

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

•Disponibilidad energética (radiación neta: solar y de onda larga)•Factores atmosféricos (poder e aporante de la atmósfera)

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

•Factores atmosféricos (poder evaporante de la atmósfera)

Internos:4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Internos:•Disponibilidad de agua en el suelo•Desarrollo y tipo de vegetación

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación investigación futuras ETP: Valor límite de la ET, determinado por los factores 

externos => sin incluir los factores internos

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Cálculo de la ETP

Índice____________

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

FAO‐Penman‐Monteith

( )2273900408,0 eeu

TR sn −+Δ γ

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

( )( )2

2

34,01273

,

uTETP

sn

++Δ+=

γ

γ

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Hargreaves

( )modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación • Ra= radiación solar extraterrestre (MJ/m2/día)

( ) aminmaxmedia RTT8,17T0023,0ETP −+=

investigación futuras

Ra  radiación solar extraterrestre (MJ/m /día)• T = temperaturas media, máxima y mínima (ºC)

(Recomendada por el doc. 56 FAO (1998) en ausencia de datos)

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11

Cálculo de la ET

Índice____________ La ETP sólo incluye los factores externos  para modelizar

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

La ETP sólo incluye los factores externos  para modelizarla ET habrá que afectar la ETP por los factores internos

Estimación evapotranspiración real3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Estimación evapotranspiración real

( ) ( ) ETPvegFFET rel ⋅⋅= θ4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación Curva de extraccióninvestigación futuras

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Función de vegetación

Índice____________ Función de la densidad de cubierta vegetal = índices 

d  d id d d  h j1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

de densidad de hojaSin restricción de humedadVariable a lo largo del año

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

g

Muy variable en hoja caduca y cultivos estacionales:4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Muy variable en hoja caduca y cultivos estacionales:

Kvmodelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

máx

siembra

floración

cosechainvestigación futuras

t

siembra cosecha

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TETIS(Francés et al., 2007)

Índice____________

( , 7)

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Simulación hidrológica

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Modelo distribuido

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Esquema conceptual de tanquesmodelo TETIS

VEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

q

Estructura separada del 

á  investigación futuras parámetro 

efectivo

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TETIS: tanque estático T1

Índice____________

Y1=f(ETP*λv*FC,H1)

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

HU=CC-PMPmodelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación investigación futuras Se simula una variabilidad en la vegetación a través del 

coeficiente de cultivo λv que depende del mes de simulación

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HORAS(Quevedo y Francés, 2009) 

Índice____________

(Q y , 9)

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

HIPÓTESIS:La falta de agua como limitante del crecimientoinvestigación

futurasLa falta de agua como limitante del crecimiento

ETP mayor que la disponibilidad de agua  (clima árido‐semiárido)

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Orientación de ladera

Índice____________ Factor de radiación

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

en cada celdaRad Z

i0

=≠

λ3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

diciembreeneroiRad Z

iiRad

,...,

0,

=

= =λ

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

ETP corregidaETPETP rad ⋅= λ'investigación

futurasrad

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TETIS‐VEG: tanque 1

Índice____________

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal Agua que pasa al Tanque 2( )imx HRIXX 111 ;0max +⋅−=

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Derivación Tanque 1

Almacenamiento intermedio Tanque 111

'1 DHH +=

211 XXD −=

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Evaporación real del aguainterceptada);min( '

11 ETPHY =

111 i

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

Almacenamiento final Tanque 11'11 YHH −=

investigación futuras

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TETIS‐VEG: tanque 2

Índice____________

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal 122 XXD −= Derivación Tanque 3

( )iU HHXX 332 ;0max +−=Agua que pasa al Tanque 

de almacenamiento gravitacional

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

22'2 DHH

i+= Almacenamiento parcial Tanque 3

Transpiración( )[ ]21;;min HYETPfRETPT −⋅⋅= θ4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

2'2

''2 YHH −= Almacenamiento parcial Tanque 3

Evaporación desde el l  d d

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−−⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅= TYETPRzHE ss

s 12 );1(minmodelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

2''

22 YHH −= Almacenamiento final Tanque 3

suelo desnudo⎥⎦

⎢⎣

⎟⎠

⎜⎝ ze

s 12

investigación futuras

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19

TETIS‐VEG: biomasa

Índice____________

c⎞⎛1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

RkRkTT

dtdR

wsnat

c

mx

ζα −−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

R Biomasa foliar relativaT Transpiración4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

T Transpiración

α Ratio entre la asimilación neta máxima y la biomasa foliar potencial

Tmx Transpiración máximamodelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

mx anspi ación máximac Factor de forma

knat Coef. de caída estacional de hojas

k Coef. de caída de hojas por estrés investigación futuras kws

f j phídrico

ζ Estrés hídrico

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20

Transpiración y estrés hídrico

Índice____________ Transpiración: ( )[ ]21;;min HYETPfRETPT −⋅⋅= θ

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Estrés hídrico:

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

ζ Estrés hídrico

θ Contenido de humedad enl  lmodelo TETIS

VEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

θ el sueloq Coeficiente de forma

θ* Contenido óptimo de humedad en el sueloinvestigación

futurashumedad en el suelo

θwContenido de humedad en el suelo al punto de marchitez

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21

Variable de estado de la vegetación

Índice____________

vegetación

La variable de estado R es equivalente al coeficiente 1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

La variable de estado R es equivalente al coeficiente de cultivo de la FAO pero no está fijo en el tiempo:

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

)(θfRETPT ⋅⋅= Si hay agua y energía suficiente 

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS- El modelo se basa en la  hipótesis:modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

El modelo se basa en la  hipótesis:insolación transpiración  humedad  biomasa

feedback negativoinvestigación futuras

feedback negativo

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22

La cuenca de Valdeinfierno

Índice____________ Punto de cierre: presa de 

ld f1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Valdeinfierno

Río Luchena, afluente del d l

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

río Guadalentín

Área de la cuenca:  440 km2

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Clima semiárido  ETP=1180mm

P=330mm

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

Cobertura vegetación natural:  60% del área total (pinares y matorral)investigación

futuras(p y )

Fenómenos kársticos

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23

Datos utilizados

Índice____________

Precipitación: datos diarios de 9 estaciones AEMET y 4 estaciones SAIH ‐ Segura

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

estaciones SAIH  Segura

Aforo: datos diarios de nivel en el embalse de Valdeinfierno medidos por SAIH y CEDEX

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

p y

Temperatura: datos mínimos y máximos diarios de 5 estaciones de AEMET 

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

DEM: resolución 90 m; fuente CGIAR‐CSI 

NDVI: imágenes MODIS‐Terra; resolución 16 días, 250mmodelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

Cobertura vegetal: mapas CORINE 2000 y ortofotos del CNIG

Suelo: mapas LUCDEME, MAGNA, geomorfológicos Junta de investigación futuras Andalucía, análisis muestras de suelo

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

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24

Problemas encontrados en calibración hidrológica

Índice____________

calibración hidrológica

Los caudales “reales” son derivados de los niveles en el embalse

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Los niveles se miden manualmente, una vez al díaFalta de precisiónErrores de medición por oleaje

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

No hay garantía de medir el caudal máximo de un evento

Se han corregido los caudales con las salidas estimadas por el CEDEXSe suman los errores de los dos sistemas de medición

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Algunos picos en el caudal que no corresponden a eventos de lluvia registradosmodelo TETIS

VEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

gEventos de lluvia localizados, no registradosErrores en los datos de nivel de embalse

El  d t  d  ll i  d l      d   l  d l   l       % d  l  investigación futuras El excedente de lluvia, del que se produce el caudal, solo es un 1% de las 

entradas por precipitación  es difícil calibrar con porcentajes tan reducidos.

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25

Evaluación inicial de parámetros

Índice____________

parámetros

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

PROFUNDIDAD DE SUELO (cm)

ALMACENAMIENTO ESTÁTICO (mm)

CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN 

GRAVITACIONAL (mm/h)

VELOCIDAD SUPERFICIAL EN LADERA (m/s)

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación investigación futuras

TASA DE PERCOLACIÓN (mm/h)

CONDUCTIVIDAD HORIZONTAL (mm/h)

PÉRDIDAS INICIALES (mm)

COBERTURA VEGETAL

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26

Correlación entre insolación y NDVI

Índice____________

insolación y NDVI

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudioSe analizaron 8 años de imágenes NDVI

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Se encontró una correlación espacial negativa y estadísticamente significativa (p < 0.025) entre la insolación y el NDVI para la cobertura vegetal pinarmodelo TETIS

VEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

g p

Para la cobertura de matorral se encontró una correlación con comportamiento ondulatorio, de período un año, y con valores entre 

iti     l  (G ál Hid l   l   )investigación futuras positivos y nulos (González‐Hidalgo et al., 1996)

Aplicaremos  el modelo a las zonas  con cobertura de pinos

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27

Correlación entre insolación y NDVI

Índice____________

insolación y NDVI

abr 01 abr 02 abr 03 abr 04 abr 05 abr 06 abr 07 abr 08 abr 09 abr 10

Correlación insolación vs. NDVI - Bosque

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal -0,1

-0,05

0abr-01 abr-02 abr-03 abr-04 abr-05 abr-06 abr-07 abr-08 abr-09 abr-10

Límite de significatividad

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio-0,25

-0,2

-0,15

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS- 0 25

abr-01 abr-02 abr-03 abr-04 abr-05 abr-06 abr-07 abr-08 abr-09 abr-10

Correlación insolación vs. NDVI - Matorral

0 25abr-01 abr-02 abr-03 abr-04 abr-05 abr-06 abr-07 abr-08 abr-09 abr-10

Correlación insolación vs. NDVI - Matorral

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

0,1

0,15

0,2

0,25

0.1

0.15

0.2

0.25

investigación futuras

-0,05

0

0,05

-0.05

0

0.05Límites de

significatividadRMSE=0.036

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28

Calibración modelo TETIS

Índice____________ Índice de Nash‐Sutcliffe: 0.32

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación investigación futuras

Índice de Nash‐Sutcliffe: 0.47

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29

Validación modelo TETIS

Índice____________ Índice de Nash‐Sutcliffe: 0.38

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación investigación futuras

Índice de Nash‐Sutcliffe: 0.63

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30

Punto óptimo de humedad en el suelo

Índice____________

en el suelo

Es la humedad por encima de la cual la planta empieza a transpirar a su 1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Es la humedad por encima de la cual la planta empieza a transpirar a su tasa potencial

En términos de presión capilar en el suelo se define:

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

b

ae ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛Ψ=Ψ

**

θφ

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Ψ*= potencial hídrico en el punto óptimoΨae = potencial hídrico en el punto de aireaciónφ = porosidadθ*   h d d   l ti     l  l     l  t  ó timodelo TETIS

VEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación D d  d l  i  d   l    d l  i  d   l

θ* = humedad  relativa en el suelo en el punto óptimob = índice de distribución de la porosidad

investigación futuras Depende del tipo de suelo y del tipo de plantas

Para plantas xerofíticas: Ψ*=  0.03 MPa (Laio et al. , 2001)

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31

Subdivisión de la superficie por clase de insolación

Índice____________

por clase de insolación

Se utiliza un modelo conceptual: aunque sea distribuido no puede 1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

Se utiliza un modelo conceptual: aunque sea distribuido no puede reproducir con precisión los fenómenos a escala de celda

La insolación es un factor importante en la distribución espacial de la 

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

densidad de vegetación para el bosque

Se ha dividido la superficie de bosque en cuatro clases según la insolación recibida (1ªclase ≈ umbría;  ; 4ªclase ≈ solana)4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

insolación recibida (1ªclase ≈ umbría; …; 4ªclase ≈ solana)

El NDVI medio, para cada zona, en el tiempo:

NDVI medio para las 4 clasesmodelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación 0 35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

NDVI medio para las 4 clases

investigación futuras

0.2

0.25

0.3

0.35

sep-01 sep-02 sep-03 sep-04 sep-05 sep-06 sep-07 sep-08 sep-09

clase 1 clase 2 clase 3 clase 4

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32

Calibración hidrológica TETIS‐VEG

Índice____________

TETIS VEG

7Calibración hidrológica modelo TETIS-VEG Índice de Nash‐Sutcliffe: 0.25

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal 2

3456

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

01

sep-

01

oct-0

1

nov-

01

dic-

01

ene-

02

feb-

02

mar

-02

abr-0

2

may

-02

jun-

02

jul-0

2

ago-

02

sep-

02

oct-0

2

nov-

02

dic-

02

Q medido (m3/s) Q simulado (m3/s)4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

1.2

Comparación caudales mensuales

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación 0.4

0.6

0.8

1

dale

s (H

m3/

mes

)

investigación futuras

Índice de Nash‐Sutcliffe: 0.380

0.2

jul-01 nov-01 feb-02 may-02 sep-02 dic-02

caud

Q mensuales medidos Q mensuales simulados

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

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33

Validación hidrológica TETIS‐VEG

Índice____________

TETIS VEG

250Validación hidrológica Índice de Nash‐Sutcliffe: 0.4

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

50

100

150

200

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

0

50

oct-7

1

oct-7

3

oct-7

5

oct-7

7

oct-7

9

oct-8

1

oct-8

3

oct-8

5

oct-8

7

oct-8

9

oct-9

1

oct-9

3

oct-9

5

oct-9

7

oct-9

9

oct-0

1

oct-0

3

oct-0

5

oct-0

7

Q medido (m3/s) Q simulado (m3/s)4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

25

Comparación caudales mensuales

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

10

15

20

les

(Hm

3/m

es)

investigación futuras

Índice de Nash‐Sutcliffe: 0.640

5

oct-69 abr-75 oct-80 mar-86 sep-91 mar-97 sep-02 feb-08

caud

al

Q mensuales medidos Q mensuales simulados

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

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34

Resultados submodelo de vegetación

Índice____________

vegetación

Correlación de Pearson en el tiempo entre R y NDVI de las 4 clases:• Calibración: 0 31; 0 41; 0 46; 0 48

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

• Calibración: 0.31; 0.41; 0.46; 0.48• Validación:  0.20; 0.29; 0.30; 0.26

Retraso de la evolución de R con respecto a la del NDVI (sobre todo en el año seco 2005)

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio 1

Evolución de R y de NDVI en las 4 clases

el año seco 2005)

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

0.7

0.8

0.9

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación 0.3

0.4

0.5

0.6

investigación futuras

0.2

0.3

Sep-02 Sep-03 Sep-04 Sep-05 Sep-06 Sep-07 Sep-08 Sep-09R1 R2 R3 R4NDVI1 NDVI2 NDVI3 NDVI4

calibraciónvalidación 

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

Alumna: Marta Pasquato Director: Félix Francés García

35

Resultados submodelo de vegetación

Índice____________

vegetación

Considerando las 4 clases como si fueran 4 celdas y analizando la 

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

correlación espacial entre R y NDVI:Correlación media 0.95La separación entre las 4 curvas de la evolución en el tiempo es 

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

a sepa ac ó e t e as 4 cu vas de a evo uc ó e e t e po essimilar para R y NDVI 

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS- 0 9

11.1

Correlación espacial

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación 0.5

0.60.70.80.9

investigación futuras sep-02 sep-03 sep-04 sep-05 sep-06 sep-07 sep-08 sep-09

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

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36

Análisis desfase

Índice____________ R  y el NDVI no son la misma variable: 

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

• R mide la transpiración con respecto a la potencial• El NDVI mide “cuanto es verde” la superficie

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Se puede admitir que haya desfase entre las dos

Maximizando la correlación entre R y NDVI introduciendo un desfase   t    l   l ió   á i    d      d f  d    dí4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

se encuentra que la correlación máxima se da por un desfase de 45 días

Gráficas trasladadas de 45d1.2

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

0.4

0.6

0.8

1

investigación futuras

0

0.2

0 23 46 69 92 115 138

R1 R2 R3 R4 NDVI1 NDVI2 NDVI3 NDVI4

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

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37

Ecuación de tipo logístico

Índice____________ Se ha decidido considerar también una ecuación de tipo logístico

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

( ) RkRkRTT

dtdR

wsnata

c

mx

ζα −−−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= 1

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

mx ⎠⎝

R Biomasa foliar relativaT Transpiración4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

p

α Ratio entre la asimilación neta máxima y la biomasa foliar potencial

Tmx Transpiración máximamodelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

c Factor de formaknat Coef. de caída estacional de hojas

k Coef. de caída de hojas por estrés hídricoinvestigación futuras

kws Coef. de caída de hojas por estrés hídrico

ζ Estrés hídricoa Exponente de la parte logística

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

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38

Resultados con ecuación logística

Índice____________

logística

Correlación de Pearson en el tiempo entre R y NDVI de las 4 clases:• Calibración: 0 51; 0 56; 0 59; 0 56

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

• Calibración: 0.51; 0.56; 0.59; 0.56• Validación:  0.40; 0.49; 0.52; 0.48

Retraso menos acentuado de la evolución de R con respecto a la del NDVI (correlación máxima con 30 días de desfase)

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

NDVI (correlación máxima con 30 días de desfase)

1Evolución de R y de NDVI en las 4 clases

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS- 0 6

0.7

0.8

0.9

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación 0.3

0.4

0.5

0.6

lib iólid ióinvestigación futuras 0.2

Sep-02 Sep-03 Sep-04 Sep-05 Sep-06 Sep-07 Sep-08 Sep-09R1 R2 R3 R4NDVI1 NDVI2 NDVI3 NDVI4

calibraciónvalidación

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39

Resultados con ecuación logística

Índice____________

logística

Considerando las 4 clases como si fueran 4 celdas y analizando la 

1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

correlación espacial entre R y NDVI:Correlación media 0.93La separación entre las 4 curvas de la evolución en el tiempo tiende 

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

a sepa ac ó e t e as 4 cu vas de a evo uc ó e e t e po t e dea desaparecer en los tramos ascendentes

4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS- 0.9

11.1

Correlación espacial

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación 0.5

0.60.70.80.9

investigación futuras sep-02 sep-03 sep-04 sep-05 sep-06 sep-07 sep-08 sep-09

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40

Conclusiones

Índice____________ Las dos ecuaciones presentadas para el submodelo de 

ió  ll        d ió   i f i  d  l  1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

vegetación llevan a  una reproducción satisfactoria de la dinámica del NDVI

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

La ecuación no‐logística:• Buena representación de la dinámica espacial de la vegetación• Presenta un retraso de la evolución de R con respecto al NDVI; se 4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

Presenta un retraso de la evolución de R con respecto al NDVI; se podría explicar si se encontrara la misma dinámica en la transpiración real

modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

La ecuación logística:• Menor desfase  mejor representación de la dinámica en el tiempoP   t ió  d  l   i bilid d  i linvestigación

futuras • Peor representación de la variabilidad espacial• Se introduce un parámetro más respecto a la ecuación no‐logística

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41

Líneas de investigación futuras

Índice____________

futuras

Se analizarán datos de transpiración real medida 1. Introducción1. Introducción

2. 2. EcofisiologíaEcofisiologíavegetalvegetal

ppor satélite para ver si hay desfase con respecto al NDVI

3. Modelación conceptual suelo-vegetación

4 Caso de estudio

Para la zona de matorral se intentará entender y reproducir las dinámicas espaciales evidenciadas 4. Caso de estudio

5. Aplicación del modelo TETIS

6. Aplicación del modelo TETIS-

reproducir las dinámicas espaciales evidenciadas con respecto a la insolación

S   id á   i  d   bi   li á i    modelo TETISVEG

7. Conclusiones

8. Líneas de investigación

Se considerarán escenarios de cambio climático y se analizarán los cambios en la vegetación previstos por el modeloinvestigación

futurasprevistos por el modelo

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

Alumna: Marta Pasquato Director: Félix Francés García

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Proyectos de invesitigación

Proyectos de Este trabajo ha formado parte de los siguientes P  d  i i ióy

Investigación

Publicaciones

Proyectos de investigación:

Proyecto “FLOOD‐MED: Riesgo de inundaciones en ríos Mediterráneos en Proyecto  FLOOD MED: Riesgo de inundaciones en ríos Mediterráneos en respuesta a la variabilidad climática y cambios ambientales”

Financiado por: DGI‐MEC. Ciencias de la Tierra (CGL‐BTE) y Recursos Hídricos (CGL‐HID)Duración: 2009‐2011Participantes: UPV (IIAMA), UCM, CSIC

Proyecto “Modelización de las interacciones entre la vegetación y ciclo hid ló i     li   iá id  A li ió     l á bit  d  l  C f d ió  hidrológico en climas semiáridos. Aplicación en el ámbito de la Confederación Hidrográfica del Segura”

Financiado por: Fundación Instituto Euromediterráneo del AguaDuración: 2009 – 2010 Duración: 2009  2010 Participantes: UPV (IIAMA)

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

Alumna: Marta Pasquato Director: Félix Francés García

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Publicaciones

Este trabajo se ha dado a conocer mediante i   d    Proyectos de ponencias presentadas en congresos:y

Investigación

Publicaciones

AUTORES: F. Francés, C. Medici, G. Bussi, A. García, M. Barrios and M. PasquatoAUTORES: F. Francés, C. Medici, G. Bussi, A. García, M. Barrios and M. PasquatoTITULO: Distributed hydrological modelling within SCARCE Project: integrating water, sediment, quality and vegetationTIPO DE PARTICIPACIÓN: Artículo y ponenciaCONGRESO: Understanding effects of global change on water quantity and quality in river basins  SCARCE 1st Annual Conference  Girona  Diciembre 2010basins, SCARCE 1st Annual Conference, Girona, Diciembre 2010PUBLICACIÓN: Understanding effects of global change on water quantity and quality in river basins, SCARCE 1st Annual Conference, Girona, Diciembre 2010, 5 pp.LUGAR DE CELEBRACIÓN: Girona

AUTORES: M. Pasquato, C. Medici, F. FrancésTITULO: Application of a conceptual distributed dynamic vegetation model to a semi‐arid basin, SE of SpainTIPO DE PARTICIPACIÓN: PonenciaCONGRESO: European Geosciences Union General Assembly, Viena, Abril 2011LUGAR DE CELEBRACIÓN: Viena (Austria)

Trabajo de Investigación Final de Máster: Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno

Alumna: Marta Pasquato Director: Félix Francés García

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MÁSTER EN INGENIERÍA MÁSTER EN INGENIERÍA HIDRÁULICA Y MEDIO HIDRÁULICA Y MEDIO

AMBIENTEAMBIENTEAMBIENTEAMBIENTE

Modelación dinámica y distribuida de la vegetación en climas semiáridos. g

Aplicación a la cuenca de Valdeinfierno.

Marta Pasquato (marpas@posgrado.upv.es)