Seguimiento de las tendencias a largo plazo de la calidad de las aguas continentales a partir del análisis de datos de teledetección: un caso de estudio en la Península Ibérica
Authors:   , Echavarría Caballero Lady Carolina 
Published: September 2024

Inland water bodies perform indispensable functions in ecosystems and human well-being. Monitoring these water bodies is crucial for protecting and managing these ecosystems, as long-term monitoring provides essential data for taking early action against contamination, habitat degradation, and other stressors like climate change. It also helps evaluate the effectiveness of management strategies aimed at preserving water quality and ecosystem integrity. The use of remote sensors has become an increasingly effective tool for obtaining essential information for monitoring the quality of continental water bodies. Remote sensing offers large-scale coverage and high spatial and temporal resolution, making it ideal for such studies. This thesis aims to study the water quality of continental water bodies in the Iberian Peninsula using remote sensing data, considering their size and seasonal variability. To achieve this objective, the Landsat TM5 surface reflectance product, atmospherically corrected with the Landsat Ecosystem Disturbance Adaptive Processing System (LEDAPS), was initially evaluated and used. This product facilitated the inventory and study of the evolution of water quality in the gravel pit ponds within the Parque Regional del Sureste (PRSE) in Madrid from 1984 to 2011, based on the transparency parameter measured using the Secchi disk. The study observed a seasonal behavior in water quality, with higher transparency values in autumn and winter (June-February) and lower values in summer (July-August). This pattern can be explained by the relationship between Secchi disk values and temperature and solar radiation. The administrative declaration of the regional park in 1994 positively impacted water quality. The trophic state of the studied water bodies has slowly improved, although they have not yet reached the oligotrophic state. Using the Landsat 5 surface temperature product, the study also determined whether there were warming trends in the lakes and reservoirs of peninsular Spain between 1994 and 2011 and if these trends varied depending on the season or geographic location. This analysis revealed that 87% of water bodies exhibited a warming trend, with an average increase in water surface temperature of +0.037 C per year. The Ebro and Guadalquivir depressions showed the most significant temperature increases. However, temperature changes varied across the peninsula, generally associated with surface air temperature and influenced by altitude in mountainous areas and Atlantic winds in the western depressions. The trends indicated a seasonal pattern: in summer, the number of water bodies with high temperatures increased, while in autumn, more lakes and reservoirs exhibited intermediate temperatures. In winter and spring, the number of water bodies with low temperatures decreased and they were located further north.

RESUMEN

Los cuerpos de agua continentales superficiales desempeñan funciones indispensables en el funcionamiento de los ecosistemas y el bienestar humano. Por lo tanto, los esfuerzos encaminados al monitoreo de estas masas de agua son esenciales para proteger y gestionar estos ecosistemas, dado que el seguimiento a largo plazo no solamente proporciona datos esenciales para llevar acciones tempranas en respuesta a la contaminación, la degradación del hábitat u otros factores estresantes como el cambio climático, sino también evaluar la efectividad de las estrategias de gestión destinadas a preservar la calidad del agua y la integridad de los ecosistemas. El uso de sensores remotos representa una herramienta eficaz y cada vez más utilizada para obtener esta información esencial para llevar a cabo dicho monitoreo de la calidad de las masas de agua continentales, dado que proporcionan una cobertura a gran escala, alta resolución espacial y muestreo temporal frecuente. En consecuencia, esta tesis tiene como objetivo estudiar la calidad de agua en masas de agua continentales a partir de datos de teledetección en la península Ibérica teniendo en cuenta su tamaño y su variabilidad estacional y a largo plazo. Para cumplir con el objetivo, inicialmente se ha evaluado y utilizado el producto de reflectancia superficial de Landsat TM5 corregido atmosféricamente con el Sistema de procesamiento adaptativo de perturbaciones del ecosistema Landsat (LEDAPS por sus siglas en inglés), para llevar a cabo el inventario y estudio de la evolución de la calidad del agua en las lagunas de gravera dentro del Parque Regional del Sureste (PRSE) en Madrid, desde 1984 hasta 2011 a partir del parámetro de transparencia medida a través del disco de Secchi. Se obtiene que existe un comportamiento estacional en la calidad del agua, con valores más altos de transparencia en otoño e invierno (diciembre-febrero) y valores más bajos en verano (julio-agosto), lo que puede explicarse por la relación entre los valores del disco de Secchi y la temperatura y la radiación solar. Encontramos que la declaración administrativa del parque regional de 1994 ha tenido un impacto positivo en la calidad del agua. El estado trófico de las masas de agua estudiadas ha mejorado lentamente, aunque estas no han alcanzado el estado oligotrófico. A partir del producto de temperatura superficial de Landsat 5 se determinó si existen tendencias de calentamiento en los lagos y embalses de la España peninsular entre 1994 y 2011 y si estas tendencias varían según la estación o la ubicación geográfica mediante el procesamiento de datos de series. Este análisis reveló que el 87% de las masas de agua exhiben una tendencia al calentamiento, con un aumento promedio en la temperatura de la superficie del agua de +0,037 C por año. Las depresiones del Ebro y Guadalquivir presentaron los mayores incrementos de temperatura. Sin embargo, los cambios de temperatura varían a lo largo de la península, generalmente asociados con la temperatura de la superficie del aire, y están influenciados por la altitud en las zonas montañosas y los vientos atlánticos en las depresiones del oeste. Las tendencias indican un patrón estacional: en verano aumenta el número de masas de agua con temperaturas altas, mientras que en otoño hay más lagos y embalses con temperaturas intermedias. En invierno y primavera el número de masas de agua con bajas temperaturas disminuye y se sitúan más al norte.