Secándose en un instante: lo que los datos satelitales pueden decirnos sobre los riesgos de sequía repentina y las regiones que deberíamos estar atentos

Steve Levay | 10 de julio de 2023

Autores: Stephen Levay y Megan Zaroda

Conjuntos de datos generados y analizados por Arjan Geers

Visualizaciones de Max Borrmann

Un agradecimiento especial a Richard De Jeu, Maarten Lambrechts, Ryder Kimball y Yoann Malbeteau.

A nivel mundial, la sequía es posiblemente el mayor antagonista al que se enfrentan los agricultores. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, el impacto de la sequía es especialmente doloroso para la agricultura en los países de bajos ingresos y menos desarrollados, donde más del 34% de todas las pérdidas agrícolas se deben a la sequía. La amenaza de la sequía también es cada vez más difícil de predecir. Un estudio reciente demostró que las sequías que se forman en apenas unas semanas (llamadas sequías repentinas) están aumentando en frecuencia y velocidad. La proporción entre sequías de desarrollo rápido y lento aumentó más del 74% en las últimas décadas.

Lo que distingue a estas sequías repentinas, exacerbadas por el cambio climático, es que, junto con períodos prolongados de escasez de precipitaciones, las olas de calor intensas provocan una evaporación extrema. Imagine una atmósfera insaciablemente sedienta que se vuelve tan caliente y seca que literalmente chupa el agua de los cultivos y del suelo.

Si bien los sistemas de seguimiento actuales, incluidos los datos satelitales, no pueden predecir dónde y cuándo puede aparecer la próxima sequía repentina, podemos utilizar la ciencia forense planetaria como herramienta ilustrativa para medir el riesgo de sequía e identificar regiones que son particularmente propensas a la sequía. Según un modelo realizado por Planet de febrero a mayo de 2023, nuestros datos de contenido de agua del suelo (SWC) revelaron condiciones de sequía repentina en:

Profundizaremos más en la dinámica específica de esas regiones como parte de una serie de varias partes que explorará formas de utilizar la cobertura global de este conjunto de datos para revelar los riesgos de sequía en toda la superficie de la Tierra. Pero por ahora, veamos la forma en que podemos aprovechar los datos del contenido de agua del suelo para analizar cambios rápidos en la humedad global del suelo.

Cómo los datos satelitales pueden revelar el riesgo de sequía

La sequía es un fenómeno dinámico, y el contenido de agua del suelo del planeta, uno de nuestros conjuntos de datos de variables planetarias, captura una instantánea de las condiciones que indican sequía mediante mediciones granulares en tiempo real. El contenido de agua del suelo utiliza datos recopilados por satélites lanzados y mantenidos por la NASA, ESA y JAXA que emplean datos pasivos de microondas para calcular el porcentaje de agua presente en la capa superior del suelo con una resolución mejorada.

Para profundizar en dónde se producen las sequías repentinas, hemos visualizado mediciones globales de datos de SWC durante todo un año, de agosto de 2021 a julio de 2022. El mapa presenta las regiones más secas en amarillo, mientras que las áreas más húmedas se representan en verde. Al apilar docenas de mapas a lo largo del año se produce una versión animada y, en ese movimiento, emergen patrones y tendencias regionales claros.

Figura 2: La acumulación de mapas del contenido de agua del suelo produce una animación que puede revelar las condiciones cambiantes de la sequía a lo largo del tiempo.*

Algunos patrones estacionales básicos son claros: el deshielo anual de primavera en todo el Ártico, por ejemplo, o el monzón de verano en la India. Durante todo el año también se pueden ver regiones constantemente secas como el Sahara y los desiertos de Arabia. Pero es notable y preocupante cuando algunas regiones experimentan períodos de sequía más prolongados o más intensos, como lo que muestra la animación en el oeste de EE. UU. o China central. Los datos de Variables Planetarias se remontan a hasta dos décadas, por lo que podemos comparar patrones regionales con el contexto histórico, como lo hicimos en una publicación reciente de un blog sobre la sequía en el Cuerno de África.

Centrándose en el riesgo de sequía

Incluso sin utilizar datos de archivo, nuestro equipo sentía curiosidad por utilizar una técnica para observar cambios rápidos en el contenido de agua del suelo (SWC). Un equipo dirigido por el Dr. Eswar Rajasekaran utilizó datos similares para demostrar que los cambios en la humedad del suelo en intervalos específicos están estrechamente relacionados con los índices de seguimiento de la sequía. A partir de este trabajo, nuestro equipo creó un conjunto de datos que indicaba el cambio en SWC durante un período de 28 días, que podemos usar para construir un mapa como el que se muestra a continuación.

En el mapa de arriba, la dinámica del secado regional se vuelve mucho más visible. En lugar de simplemente mostrar el nivel de contenido de agua del suelo, podemos identificar cambios críticos en regiones, como el noreste de Australia, que se están volviendo significativamente más secas. Allí, el suelo se volvió mucho más seco en comparación con apenas 28 días antes. Esto puede indicar una falta de precipitaciones, lo que puede ejercer presión sobre los recursos hídricos y generar estrés para los cultivos o el ganado. Otras áreas muestran pocos cambios durante el mismo período, lo que sugiere que la falta de un secado rápido indica condiciones relativamente estables. A más largo plazo, el secado del suelo, junto con el aumento de la evapotranspiración (impulsada por la temperatura y la humedad del aire), pueden provocar sequías graves. Dado que la velocidad del cambio puede correlacionarse con la intensidad de la sequía, las mediciones que pueden resaltar dónde se están produciendo los cambios pueden proporcionar un indicador de alerta temprana sobre el inicio de la sequía.

Podemos llevar este enfoque aún más lejos. De la misma manera que apilamos varios mapas de mediciones del contenido de agua del suelo, podemos observar los cambios a lo largo del tiempo para identificar áreas donde se ha producido un secado rápido junto con condiciones que ya son especialmente secas. El resultado es una animación como la siguiente.

Figura 4: Esta animación muestra áreas que experimentaron rápidos descensos y también fueron especialmente secas (como la Península Ibérica y Angola) durante el período anterior de 28 días, desde el 1 de febrero de 2023 hasta el 12 de mayo de 2023.*

Establecimos umbrales específicos para la sequedad y los cambios en la humedad del suelo; para esta animación, aislamos áreas donde el contenido de agua del suelo fue inferior a 0,15 m3/m3 y la disminución promedio en SWC fue superior a 0,12 durante los 28 días anteriores. Al visualizar las áreas que cumplen con esos criterios a lo largo del tiempo, se muestran en rojo estas regiones que se secan rápidamente y, a medida que las condiciones continúan cambiando, se desvanecen. Estas áreas de cambios rápidos también pueden considerarse como “puntos críticos” (indicadores de advertencia de posibles sequías repentinas) que se destacan mucho más claramente que una simple medición. La Península Ibérica es un ejemplo de ello, y recibirá la designación de hotspot en abril de 2023. Del mismo modo, gran parte del sur de África, incluidas partes de Angola, Zimbabwe, Zambia, Botswana y Sudáfrica, entran y salen de la condición de hotspot desde marzo hasta Puede.

Todo ese cambio todavía es difícil de concretar en una comprensión clara de las regiones en riesgo de sequía. Sin embargo, al contar el número de días que un lugar determinado experimentó condiciones de cambio rápido, podemos agregar el efecto para identificar aquellas regiones que experimentaron las condiciones más intensas.

El mapa de arriba (Figura 5) toma el mismo período de tiempo cubierto por la animación en la Figura 4 y lo condensa en un solo cuadro, contando la cantidad de días en los que una región determinada mostró un estado de punto de acceso. Cuantos más días hay en seco y la sequedad aumenta rápidamente, más rojo oscuro se vuelven. Áreas como la Península Ibérica aparecen de color naranja oscuro, habiendo disminuido rápidamente los valores del contenido de agua del suelo. Otras regiones, como China, por ejemplo, no pasaron ningún tiempo con las condiciones de los puntos críticos. Del mismo modo, el desierto del Sahara, aunque muy seco, estuvo seco constantemente, por lo que no se considera que haya pasado ningún tiempo en estado de punto crítico.

Cómo actuar sobre los datos de riesgo de sequía

Creemos que rastrear cambios rápidos en la sequía como este puede facilitar mecanismos que capaciten a los científicos y formuladores de políticas con advertencias tempranas, permitiendo medidas proactivas para mitigar el impacto ambiental y económico de las sequías, como la conservación o restricción del agua. Dar una ventaja a los responsables de la formulación de políticas también puede ayudar a anticipar y mitigar las pérdidas financieras o desarrollar programas de asistencia para las comunidades afectadas. Aprovechar esta medición puede ayudar a asignar recursos donde serán más efectivos en caso de sequía.

Los administradores del agua, por ejemplo, pueden realizar asignaciones para satisfacer de manera más eficiente la demanda de agua agrícola o brindar orientación sobre la cantidad de agua disponible para los agricultores que necesitan regar sus campos. Observar las sequías que cambian rápidamente también funciona muy bien para la modelización de seguros contra sequías. Por ejemplo, si hay una sequía prolongada, los agricultores saben que es probable que la cosecha tenga un rendimiento bajo de todos modos; de todos modos, ninguna compañía de seguros lo aseguraría; mientras que diferenciar los efectos tempranos y rápidos muestra diferentes dinámicas en juego.

Los datos y modelos de riesgo de sequía también son una herramienta importante para quienes se ocupan del manejo de incendios forestales. Normalmente, quienes evalúan el riesgo de incendios forestales están más interesados ​​en las capas superiores del suelo, ya que es donde se produce el mayor riesgo. Si el SWC cae por debajo de ciertos umbrales, entonces el riesgo de incendios forestales aumenta exponencialmente. Este tipo de datos SWC puede cuantificar el riesgo y ayudar a los tomadores de decisiones a gestionar el riesgo, ya que puede ver tanto los datos históricos como su propio umbral y los cambios dinámicos. Por ejemplo, si las condiciones son realmente secas y ves un pronóstico del tiempo abrasador, puedes ver qué medidas se deben tomar, como no permitir que los campistas entren al bosque, promulgar prohibiciones de quema, etc. Los guardias colocan una bandera en la playa para advertirle sobre las corrientes de resaca; los indicadores de riesgo de sequía pueden ser una señal de riesgo de incendios forestales.

Estén atentos a publicaciones futuras, donde profundizaremos en el análisis de algunas de las regiones que experimentaron los efectos de cambio más rápidos y las analizaremos utilizando datos históricos.

*Las mediciones a 1 km por píxel se han reducido para poder representar la imagen en todo el mundo. Las regiones con vegetación significativa, así como condiciones heladas o nevadas, no se miden de manera efectiva con los datos del contenido de agua del suelo y, por lo tanto, no muestran datos.