LifeWatch ERIC

Proyecto EnBic2Lab

Ref.: LIFEWATCH-2019-UMA-01

Gobierno de España
Uma
Mapa Andalucía

Ministerio de Ciencia e Innovación

Entidad cofinanciadora del proyecto

UMA

Entidades participantes

Proyecto andaluz

Ámbito de actuación

Espacios naturales

Espacios naturales

Se han seleccionado como observatorios de campo tres áreas naturales protegidas que muestran patrones climáticos mediterráneos distintivos en todo el sur de España. Estos son (de oeste (O) a este (E)): Parque Natural de los Alcornocales (provincia de Cádiz), Reserva Natural de la Sierra de las Nieves (Málaga) y Parque Natural de Cabo de Gata-Níjar (Almería).

Este proyecto tiene dos pilares principales: el estudio del ciclo del agua en estos tres espacios naturales, y el desarrollo de herramientas software para dar soporte al estudio de problemas medioambientales y de cambio climático.

Selección de zonas

Estas tres áreas andaluzas representan no sólo grandes valores ambientales, sino también regiones climáticas de transición, del O al E y de la región más húmeda (1500 mm, en el Parque Natural de los Alcornocales) a la casi más seca de España (200 mm, en el Parque Natural del Cabo de Gata y Níjar).

La selección de los sitios piloto se ha realizado utilizando diferentes criterios, priorizando la singularidad de la biodiversidad, pero también considerando la amplia variedad de características geológicas (formaciones rocosas distintivas) e hidrogeológicas existentes y tipos de acuíferos (formaciones geológicas altamente permeables a prácticamente impermeables).

Areniscas del Mioceno

Parque Natural de los Alcornocales

Rocas carbonatadas del Triásico + formaciones ultramáficas

Parque Natural de la Sierra de las Nieves

Vulcanosedimentario del Mioceno

Parque Natural de Cabo de Gata-Níjar

Formaciones rocosas y acuíferos

En este último sentido, en el Parque Natural de los Alcornocales se encuentran vastos afloramientos de formaciones areniscas del Mioceno, de permeabilidad y potencial acuífero variables. En la Reserva Natural de la Sierra de las Nieves conviven importantes tipos de acuíferos, como los formados por rocas carbonatadas del Triásico, pero también singulares formaciones geológicas ultramáficas con propiedades acuíferas poco estudiadas y de gran riqueza geopatrimonial y de biodiversidad. El yacimiento más oriental, el Parque Natural del Cabo de Gata y Níjar, comprende un complejo vulcanosedimentario del Mioceno, bien estudiado desde el punto de vista geológico y biológico, pero poco comprendido desde la perspectiva de las aguas subterráneas y acuíferos.

Propuesta científica

En el ámbito científico, se han analizado cinco áreas de interés: agua, aire, fauna, flora y suelo

Agua

Contribuir al conocimiento y gestión sostenible de los acuíferos andaluces a partir de información hidrológica e hidrogeológica, con el fin de conocer con precisión su comportamiento hídrico y los recursos hídricos disponibles, determinar la interacción entre las aguas superficiales y subterráneas con los ecosistemas dependientes y cuantificar todos los elementos que intervienen en su equilibrio, incluyendo las entradas y salidas subterráneas.

Aire

Establecer una red de vigilancia aerobiológica para detectar cambios en la fenología de floración de diferentes especies a través de la presencia de sus granos de polen en la atmósfera. Realizar estudios estadísticos sobre la relación entre las concentraciones de polen y los diferentes parámetros meteorológicos. Generar los datos necesarios para poner de manifiesto las tendencias seguidas a lo largo del tiempo por los diferentes taxones como consecuencia del calentamiento global, y su papel en el aumento de las alergias polínicas. Proporcionar un servicio de información susceptible de ser utilizado para la prevención de la polinosis.

Fauna

Proporcionar conjuntos de datos fiables y actualizados sobre el reciente aumento de la distribución de especies africanas que están llegando al sur de Europa debido a la oportunidad que brinda el cambio climático.

Flora

Seguimiento del hábitat (a nivel de especie y de comunidad vegetal) en ambientes frágiles adecuados como bosques de abetos endémicos, alta montaña, sustratos edafoxéricos, zonas áridas. Incluyendo rasgos funcionales de las plantas que permitan la evaluación cualitativa y cuantitativa de los servicios ecosistémicos.

Suelo

Determinar las propiedades indicadoras de la calidad del suelo y determinar los procesos de degradación/desertificación del suelo. Determinar los patrones de humedad del suelo bajo diferentes componentes de la superficie del suelo a lo largo de un gradiente pluviométrico mediterráneo. Crear una biblioteca de firmas espectrales y modelos mediante espectrorradiometría de campo en diferentes entornos y condiciones climáticas mediterráneas.

Propuesta tecnológica

Desde el punto de vista tecnológico, se han abordado no sólo el desarrollo software, sino que también se han abordado los problemas del equipamiento requerido para estos procesos de análisis de datos. En este contexto el proyecto ha permitido ampliar las capacidades del servicio de supercomputación de la Universidad de Málaga, además de ofrecer un entorno de desarrollo de soluciones basadas en tecnologías Big Data. De forma complementaria, se han desarrollado nuevos dispositivos IoT para dar soporte a la recogida de ciertos datos ambientales.

Para llevar a cabo proyectos interdisciplinares de esta magnitud es necesario almacenar y analizar grandes cantidades de datos con la ayuda de la supercomputación, tanto para el desarrollo de nuevas herramientas como para los cálculos que se deben realizar, generando modelos que permitan predecir en áreas específicas las consecuencias del cambio climático desde diferentes áreas, lo que podría ayudar a diseñar estrategias de resolución más efectivas.

Un papel importante en el proyecto, especialmente en las tareas de almacenamiento y análisis, lo jugará el Centro de Supercomputación y Bioinnovación (SCBIUMA), que es un centro de referencia en supercomputación con trece años de experiencia acumulada. El supercomputador Picasso es la infraestructura fundamental de la “Plataforma en Red Andaluza de Apoyo Tecnológico en Genómica, Proteómica y Bioinformática” (PAB). El SCBI también forma parte del mapa de las TIC ubicadas en Andalucía, denominado ICTS RES Picasso, siendo el único nodo andaluz de la Red Española de Supercomputación (RES).

Para sacar el máximo provecho de los datos e infraestructura obtenidos a lo largo del proyecto se han realizados nuevos avances en el procesamiento de la información:

Puesta en producción del sistema previamente desarrollado por la Universidad de Málaga (TITAN) para la gestión de workflows de análisis de datos.

Construcción de workflows de análisis de datos específicos para los problemas ambientales objeto de estudio del proyecto.

Desarrollo de más de 150 componentes software para todas las fases de la vida del dato: recogida del dato, almacenamiento eficiente de los datos, análisis estadístico, análisis usando técnicas de inteligencia artificial y visualización de resultados.

Desarrollo de un laboratorio de Big Data para permitir la construcción de nuevos workflows aprovechando los componentes software desarrollados para abordar nuevas problemáticas.

Caso de éxito

El grupo de investigación KHAOS de la Universidad de Málaga, que forma parte del Instituto de Tecnología e Ingeniería del Software “Jose María Troya Linero”, ha desarrollado una herramienta capaz de clasificar los tipos de bosques usando imágenes de satélite, en colaboración con El Centro Temático Europeo de la UMA (European Topic Centre, ETC-UMA) que trabaja para la Agencia Europea del Medio Ambiente (European Environment Agency, EEA).

Reto

En este trabajo nos planteamos el reto de desarrollar una metodología que facilite la clasificación de la cubierta terrestre en zonas extensas como la cuenca mediterránea, además de crear mapas de bosques a nivel de especies. En este contexto, nos encontramos con la necesidad de analizar gran cantidad de imágenes de satélite. La gran cantidad de datos de imágenes de satélite sin procesar va acompañada de grandes problemas que requieren del uso de soluciones basadas en el Big Data.

La cuenca mediterráneato

En nuestro caso, la cuenca mediterránea está cubierta por más de 450 mosaicos Sentinel-2 (satélite europeo) y alrededor de 1200 mosaicos ASTER (satélite de la NASA). Además, para poder clasificar los diferentes usos del suelo ha sido necesario analizar tres estaciones para tener en cuenta los cambios que se producen en los bosques a lo largo del año (fenómeno conocido como “fenología”) dependiendo del tipo de especies arbóreas.

Modelo de predicción con IA

Usando técnicas de Inteligencia Artificial se ha creado un modelo que en base a anotaciones de zonas de bosque para las que se conoce su tipología, se puede predecir el tipo de bosque en zonas para las que no se dispone de información. De esta forma, usando datos de un porcentaje pequeño del territorio total de la cuenca mediterránea se ha podido hacer la clasificación de los bosques de la cuenca completa (que incluye 19 países). De esta forma será posible disponer de mapas actualizados anualmente que nos permitan estudiar no sólo los efectos del cambio climático, sino también los efectos de la actividad humana sobre estos bosques, la efectividad de las políticas forestales o la capacidad de recuperación de éstos tras los incendios, lo que permitiría a las administraciones tomar decisiones basadas en los datos para la conservación y restauración de nuestros espacios naturales.