Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Agua superficial de las llanuras del núcleo agroproductivo de Argentina : análisis basado en múltiples líneas de evidencia |
| Título alternativo: | Surface water in the plains of the agro-productive core of Argentina : analysis based on multiple lines of evidence |
| Autor: | Cappelletti, Lucía María |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA)
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| Fecha de defensa: | 2024-12-19 |
| Fecha en portada: | 2024 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos |
| Departamento Docente: | Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos |
| Director: | Sörensson, Anna A. |
| Director Asistente: | Jobbágy, Esteban Gabriel |
| Consejero: | Penalba, Olga Clorinda |
| Jurado: | Doyle, Moira Evelina; Alvarez Garretón, Camila; Grings, Francisco Matías |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | AGUA EN SUPERFICIE; INUNDACION; ANEGAMIENTO; NIVEL FREATICO; HUMEDAD DE SUELO SUPERFICIAL; DATOS IN SITU; ESTIMACIONES DE SENSORAMIENTO REMOTO; SIMULACIONES DE MODELO DE SUPERFICIE TERRESTRE; MULTIPLES LINEAS DE EVIDENCIA; LLANURAS AGRICOLAS; LLANURA PAMPEANA; ARGENTINASURFACE WATER; FLOODING; WATERLOGGING; WATER TABLE; SURFACE SOIL MOISTURE; IN SITU DATA; REMOTE SENSING ESTIMATES; LAND SURFACE MODEL SIMULATIONS; MULTIPLE LINES OF EVIDENCE; AGRICULTURAL PLAINS; PAMPEAN PLAIN; ARGENTINA |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7690_Cappelletti |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7690_Cappelletti.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7690_Cappelletti |
| Ubicación: | ATM 007690 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Cappelletti, Lucía María. (2024). Agua superficial de las llanuras del núcleo agroproductivo de Argentina : análisis basado en múltiples líneas de evidencia. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7690_Cappelletti |
Resumen:
Esta tesis tiene como objetivo avanzar en la descripción y entendimiento de la dinámica del agua superficial y sub-superficial de llanuras agrícolas propensas a inundarse con nivel freático poco profundo, como consecuencia del cambio de uso de suelo de vegetación perenne -nativa o cultivada- a cultivos anuales. La región que aquí se estudia es el sudeste de la provincia de Córdoba, Argentina. Adicionalmente, a lo largo de esta tesis se analiza y se expone la coherencia hidrológica de productos que se basan en diferentes paradigmas, con el fin de mostrar la importancia del uso de múltiples líneas de evidencia. En primer lugar, se desarrolló, se calibró y se puso a prueba una herramienta para la detección de agua superficial de llanuras agrícolas en la que el nivel freático se encuentra próximo a la superficie. Esto permitió poner en evidencia que inundaciones y anegamientos de la región, identificadas por productos globales como categoría “agua abierta” no están constituidas simplemente por agua, sino que también están dadas por combinaciones de agua con suelo desnudo y vegetación. Para la implementación de esta herramienta se empleó información espectral de satélites del tipo óptico. Se exploró también si el cambio de extremos diarios y mensuales de precipitación, que suele ser empleado como indicador del cambio de inundaciones, es apto para la caracterización del tipo de inundaciones que sufre la región de interés. Para este análisis se utilizaron datos in situ y productos satelitales. El mismo reveló que las inundaciones de la región han aumentado sin presentar cambios en el régimen de sus precipitaciones. Además, si se compara el presente (las últimas dos décadas) con el pasado (las dos décadas anteriores al presente), la asociación entre el nivel freático y las inundaciones se ha vuelto más fuerte, y las inundaciones más reactivas a la precipitación acumulada. En ninguno de los dos periodos hay asociación entre las inundaciones y los extremos de precipitación considerados, no obstante si la hay si se considera precipitación acumulada. De este estudio se ha derivado que el uso aislado de cambios en índices de extremos diarios y mensuales de precipitación, generalmente utilizados por la comunidad climatológica internacional para estudiar cambios en inundaciones, no son un proxy adecuado del comportamiento de las inundaciones en llanuras agrícolas estancadas, donde la acumulación de excesos graduales de precipitación y el estado freático son relevantes. Por otro lado, se exploró la humedad del suelo superficial como variable que integra la interacción entre reservorios, mecanismos de entrada y salida de agua del suelo de la región. Esto se realizó utilizando estimaciones satelitales y mediciones in situ como fuentes de información complementarias entre sí. En este contexto, y siendo que la red de dispositivos empleada fue instalada con el fin de evaluar estimaciones de misiones satelitales, se espera que la dinámica de los cultivos y de las inundaciones se exprese en la dinámica de la humedad del suelo a escala temporal anual y diaria en ambas fuentes de información. Sin embargo, se encontró que los dispositivos in situ utilizados fueron instalados cerca de viviendas en lugar de campos de cultivo propensos a inundarse, que es la cobertura dominante de la región. En este sentido, se evaluó el sesgo introducido por la ubicación de los dispositivos in situ en una cobertura de suelo que no es representativa de la región, mostrando que estos no captan la diferencia entre las temporadas de cultivo inactivo y activo en cuanto a la disponibilidad diaria de agua del suelo. Además, no captan el fenómeno de anegamiento como si lo hacen las misiones satelitales. También se expone el impacto de las lagunas de datos en los registros de humedad del suelo superficial de misiones satelitales con pocos años de datos disponibles al calcular estadísticas representativas, y la importancia de que los sistemas satelitales incorporen en sus rangos de humedad del suelo la respuesta de regiones propensas a inundarse. Finalmente, se evaluó el desempeño del modelo de superficie ORCHIDEE en representar procesos hidrológicos de llanuras agrícolas con napa freática poco profunda y la transformación de su dinámica sobre la región de estudio, como resultado del cambio de uso y cobertura del suelo. Al integrar un modelo de superficie en esta tesis, no sólo se incorpora una fuente más de información, sino también un procedimiento de análisis de los procesos involucrados en los anegamientos e inundaciones de un sistema que posee consistencia física entre las variables que lo fuerzan y las que simula. Los resultados sugieren que, aunque ORCHIDEE puede capturar ciertos aspectos de los procesos hidrológicos en las llanuras agrícolas de Argentina, aún existen desafíos para modelar con precisión el cambio hidrológico observado. Es importante resaltar que los aspectos sí capturados fueron resultado de ajustar los parámetros del uso y cobertura de suelo a los de la región de estudio, en lugar de utilizar la información default del modelo de ORCHIDEE, cuyos parámetros que describen los ciclos de cultivo se corresponden a datos de observación procedentes principalmente de latitudes altas del hemisferio norte. En este capítulo, se expone la complejidad del desajuste entre los resultados del modelo y el cambio hidrológico observado, que posiblemente confunde la performance del modelo, con la incertidumbre intrínseca de los forzantes, y la adecuación de los parámetros sobre el uso y cobertura de suelo, para la representación de la región de estudio de esta tesis. A lo largo de este trabajo se resalta la importancia de emplear múltiples líneas de evidencia, sobre todo en regiones donde los datos son escasos, como es el caso de la que aquí se estudia. Para ello, no solo se combinó el uso de mediciones in situ, estimaciones satelitales y salidas de modelo de superficie terrestre, sino también informes locales de instituciones nacionales y subnacionales como otra pieza de conocimiento de valor fundamental.
Abstract:
This thesis aims to advance in the description and understanding of the surface and sub-surface water dynamics of flood-prone agricultural plains with shallow water tables as a consequence of land use change from perennial vegetation –native or cultivated– to annual crops. The region studied here is southeastern Córdoba, Argentina. Additionally, the hydrological coherence of products based on different paradigms is analysed and exposed throughout this thesis, in order to show the importance of using multiple lines of evidence. Firstly, a tool was developed, calibrated and tested for the detection of surface water in agricultural plains with shallow water table, which showed that floods and waterlogging in the region identified by global products as open water are not simply made up of water, but also consists of the combination of water, bare soil and vegetation. For the implementation of this tool, spectral information from optical satellites was used. It was also explored whether the change in daily and monthly precipitation extremes, which are often used as proxies of flood change, are suitable for characterising the type of flooding experienced in the region of interest. In situ data and satellite products were used for this analysis. It was found that flooding in the region has increased although the precipitation regime has not changed. Furthermore, comparing the present (the last two decades) with the past (the two decades prior to the present) of the region, the association between the water table and flooding has become stronger, and flooding more reactive to the accumulated precipitation. In neither period an association between flooding and extreme precipitation was found, however there is when considering cumulative precipitation. This study shows that the isolated use of changes in the daily and monthly precipitation extreme indices, generally used by the international climatological community to study changes in flooding, are not an adequate proxy for flooding behaviour in flood-prone agricultural plains. In addition, surface soil moisture was explored as a variable that integrates the interaction between reservoirs, water inflow and outflow mechanisms of the soil in the region. This was done using satellite estimates and in situ measurements as complementary sources of information. Since the network of in situ devices used was established for evaluating estimates from satellite missions, crop and flood dynamics are expected to be captured in annual and daily time-scale soil moisture dynamics in both sources of information, however, it was found that the in situ devices were installed close to residential houses instead of flood-prone crop fields, which is the dominant cover of the region. In this sense, the bias introduced by the location of the in situ devices in a land cover that is not representative of the region was assessed, showing that they do not capture the difference between inactive and active cropping seasons in terms of daily soil water availability. Furthermore, they do not capture the phenomenon of waterlogging as the satellite soil moisture missions do. The potential impact of data gaps in surface soil moisture records from satellite missions with few years of available data in calculating representative statistics, and the importance of satellite systems incorporating the response of flood-prone regions into their soil moisture thresholds is also discussed. Finally, the performance of the ORCHIDEE surface model in representing the hydrological processes of shallow water table agricultural plains and the transformation of the dynamics of the study region as a result of land use and land cover change was evaluated. By integrating a surface model in this thesis, not only is an additional source of information incorporated, but also a source of analysis of the processes involved in the flooding and waterlogging of a system that has physical consistency between the variables it forces and those it simulates. The results suggest that, although ORCHIDEE can capture certain aspects of hydrological processes in the agricultural plains of Argentina, there are still challenges in accurately modelling the observed hydrological change. It is important to note that the aspects that were captured were the result of adjusting the land use and land cover parameters to those of the study region, rather than using the default information from the ORCHIDEE model, whose parameters involved in the crop cycles are derived from observational data mainly from high latitudes in the northern hemisphere. It shows the complexity of the mismatch between model results and observed hydrological change, possibly misleading the model performance with the intrinsic uncertainty of the meteorological forcings, and observations of land use and land cover that truly represent the region studied in this thesis. Throughout this work, the importance of employing multiple lines of evidence is highlighted, especially in regions where data are scarce, as is the case here. To this end, not only the use of in situ measurements, satellite estimates and land surface model outputs were combined, but also local reports from national and sub-national institutions as another piece of knowledge of fundamental value.
Citación:
---------- APA ----------
Cappelletti, Lucía María. (2024). Agua superficial de las llanuras del núcleo agroproductivo de Argentina : análisis basado en múltiples líneas de evidencia. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7690_Cappelletti
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Cappelletti, Lucía María. "Agua superficial de las llanuras del núcleo agroproductivo de Argentina : análisis basado en múltiples líneas de evidencia". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7690_Cappelletti
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