Evaluación de métodos agroclimáticos para la estimación oportuna de las condiciones de humedad superficial del suelo en zonas agrícolas de Colombia

Abstract

El agua es uno de los componentes más importantes de nuestro planeta, está presente en la naturaleza en tres estados, así como en la atmósfera, superficie de la tierra y océanos. La humedad del suelo es una de las variables agroclimáticas esenciales debido a su importancia en los flujos de agua y energía entre la tierra y la atmósfera. En las últimas décadas su estimación a escala regional ha cobrado relevancia para resolver problemas hidrológicos, meteorológicos y agronómicos; en este sentido las redes de sensores in situ sobre el territorio colombiano no son suficientes para caracterizar adecuadamente la condición de humedad de las zonas agrícolas. En este contexto, el objetivo de la tesis fue evaluar métodos de estimación oportuna de las condiciones de humedad superficial para el territorio colombiano, determinando por regiones cuál o cuáles serían las fuentes más promisorias para la implementación de aplicaciones en diversas disciplinas, que contribuyan en la toma de decisiones tanto para agricultores, líderes nacionales, regionales y locales, así como para técnicos del sector, investigadores y pronosticadores, entre otros. Para ello, se aplicó la metodología de control de calidad desarrollada para la Red Internacional de Humedad de Suelo (ISMN, por sus siglas en inglés) ajustada a las condiciones ecuatoriales de Colombia. Con las mediciones de humedad de suelo consideradas buenas se realizó el análisis espacio-temporal de la variable con el fin de determinar cuál es la relación entre la humedad de suelo, con las variables atmosféricas, características físicas, topográficas y de cobertura vegetal. Con el fin de evaluar las estimaciones de humedad superficial, se realizó la revisión bibliográfica de fuentes de estimación remota por microondas y/o modelos de superficie, sus características, ventajas y desventajas, metodologías de validación, que pudieran ser aplicadas de manera efectiva para las condiciones particulares del territorio colombiano. Basándose en la revisión de fuentes de estimación, se realizó la selección de fuentes de estimación de humedad concentrándose en las bandas de recuperación que tuvieran mayor potencial (L y C), adicionando también productos de estimación en la banda X, productos de combinación de radares activos-pasivos y productos de reanálisis con el fin de realizar una revisión lo más completa posible de la diversidad de fuentes de estimación. Posteriormente se realizó la validación de ocho (8) fuentes de estimación (5 de satélite de misión única, 1 de combinación de misiones satelitales radares activos-pasivos y 2 fuentes de reanálisis) desglosados en 23 productos de estimación de humedad superficial. Entre los principales resultados, se encontró que las estimaciones de combinaciones de diversidad de bandas, pasos de órbitas y misiones presentan los mejores rendimientos, regiones con condiciones de baja cobertura vegetal, pendientes suaves y clasificaciones climáticas cálidas presentan las mejores métricas de validación. Sin embargo, para regiones con topografía montañosa, vegetación densa y climas fríos los modelos de superficie son una fuente de estimación promisoria, que con las parametrizaciones adecuadas se pueden mejorar significativamente las estimaciones de la humedad superficial. (Texto tomado de la fuente)

Water is one of the most important components of our planet, it is present in nature in three states, as well as in the atmosphere, the earth's surface and the oceans. Soil moisture is one of the essential agroclimatic variables due to its importance in the flow of water and energy between the earth and the atmosphere. In recent decades, its estimation on a regional scale has gained relevance in solving hydrological, meteorological and agronomic problems; In this sense, in situ sensor networks on Colombian territory are not sufficient to adequately characterize the humidity condition of agricultural areas. In this context, the objective of the thesis was to evaluate methods for the timely estimation of surface humidity conditions for the Colombian territory, determining by regions which or which would be the most promising sources for the implementation of applications in various disciplines, which contribute to the decision-making for farmers, national, regional and local leaders, as well as for sector technicians, researchers and forecasters, among others. For this, the quality control methodology developed for the International Soil Moisture Network (ISMN) was applied, adjusted to the equatorial conditions of Colombia. With the soil moisture measurements considered good, the spatio-temporal analysis of the variable was carried out to determine what is the relationship between the soil moisture, with the atmospheric variables, physical, topographic and plant cover characteristics. To evaluate the surface moisture estimates, a bibliographic review of remote estimation sources by microwaves and / or surface models, their characteristics, advantages and disadvantages, validation methodologies, that could be applied effectively for the particular conditions of the Colombian territory. Based on the review of estimation sources, the selection of humidity estimation sources was made, concentrating on the recovery bands that had the greatest potential (L and C), also adding estimation products in the X band, radar combination products active-passive radar and products of a reanalysis to carry out a review as complete as possible of the diversity of sources of estimation. Subsequently, the validation of eight (8) estimation sources was carried out (5 from single mission satellites, 1 from a combination of active-passive radar satellite missions and 2 reanalysis sources) broken down into 23 surface moisture estimation products. Among the main results, it was found that the estimates of combinations of band diversity, orbital passages and missions present the best performance, regions with conditions of low vegetation cover, gentle slopes and warm climatic classifications present the best validation metrics. However, for regions with mountainous topography, dense vegetation and cold climates, surface models are a promising source of estimation, which with the appropriate parameterization can significantly improve the estimates of surface moisture. (Texto tomado de la fuente)