Sistema integrado de monitoreo, caracterización y pronóstico de la dinámica de la vegetación a partir de información satelital y climática

Abstract

El paquete de software desarrollado constituye un sistema integrado para el monitoreo, análisis y pronóstico de la dinámica de la vegetación a partir de información satelital y climática. Su objetivo es transformar grandes volúmenes de datos ambientales en información útil para caracterizar el estado de la vegetación, comprender su relación con las condiciones ambientales y anticipar su evolución. El sistema puede aplicarse inicialmente al campo del CONICET como área piloto, pero fue diseñado para trabajar a diferentes escalas espaciales, desde establecimientos individuales hasta regiones, provincias o el territorio nacional. El sistema automatiza la descarga, actualización y organización de imágenes MODIS, utilizadas para construir series temporales de índices de vegetación como NDVI y EVI. Estas observaciones se integran con información climática proveniente de ERA5 y ERA5-Land, incluyendo temperatura, precipitaciones, humedad, evapotranspiración y radiación. De esta manera se genera una base histórica común que describe simultáneamente la evolución de la vegetación y las principales variables ambientales capaces de afectarla. Las series temporales son procesadas mediante diferentes herramientas de análisis. El análisis de Fourier permite identificar la estructura periódica de la vegetación, su estacionalidad y variaciones que ocurren en diferentes escalas temporales. Complementariamente, el análisis de arquetipos permite reconocer y clasificar patrones espaciales y temporales característicos sin necesidad de establecer previamente categorías de vegetación. Esto permite detectar dentro del campo sectores que presentan diferentes dinámicas, estacionalidades o respuestas frente a las condiciones ambientales. El componente central del sistema es el ajuste de modelos de sistemas lineales invariantes en el tiempo (LTI). Para cada píxel se analiza la respuesta histórica de la vegetación frente a diferentes variables climáticas, se seleccionan las entradas que aportan capacidad predictiva y se estima un modelo específico para ese lugar. El sistema calcula además indicadores de calidad del ajuste, errores de predicción, residuales, importancia de los distintos forzantes y relaciones espaciales con los píxeles vecinos. El procesamiento se encuentra paralelizado, permitiendo distribuir grandes cantidades de píxeles entre los núcleos disponibles del equipo de cálculo. Una vez realizada esta calibración histórica, los modelos obtenidos pueden almacenarse y reutilizarse. Por lo tanto, no es necesario repetir el procedimiento completo cada vez que aparece una nueva imagen satelital. La operación rutinaria consiste en incorporar las nuevas observaciones MODIS y climáticas, actualizar el estado de la vegetación y utilizar los modelos previamente calibrados para generar nuevos pronósticos. Esto reduce considerablemente el tiempo necesario para cada actualización. Los resultados pueden representarse mediante mapas del estado de la vegetación, anomalías, tendencias, patrones funcionales, calidad de los modelos y pronósticos de evolución. El sistema permitirá disponer de una caracterización ambiental histórica y de un seguimiento periódico de la vegetación.