Presentado por: Yina Paola Nocua Ruge

Curso: Teledetección con ArcGis

Introducción

Colombia es una de las regiones más biodiversas del planeta que se encuentra junto con el resto del mundo afrontando una crisis climática donde las variaciones de temperatura y precipitación que se presentan a partir de la edad preindustrial de los años 1850 y 1900, han tenido una tendencia al aumento; estas variaciones han generado diversos cambios en los ecosistemas de alta montaña, los cuales no sólo afectan a las coberturas vegetales, animales y a los glaciares, sino que también a las comunidades que de cierto modo dependen de ellos. De acuerdo con el Informe de la OMM sobre el estado del clima en Latinoamérica y el Caribe 2021, “los últimos 7 años, de 2015 a 2021, fueron los siete años, más cálidos de los que se tiene constancia. El año 2016, continúa siendo el año más cálido registrado dada la fuerte influencia del fenómeno “El niño””.

Entender las consecuencias del calentamiento global sobre los ecosistemas de alta montaña sigue siendo un desafío, ya que los cambios son notables después de largas temporadas de tiempo, en el caso de Colombia por ser un país ubicado geográficamente en la zona ecuatorial cuenta con condiciones locales que pueden afectar aún más los bosques alto andinos, los páramos y los glaciares.

Dada la necesidad del ser humano a la búsqueda de respuestas acerca del comportamiento de los sistemas que componen el planeta Tierra, se empieza a hacer uso de la tecnología que permite obtener datos de diferentes regiones sin la necesidad de tener contacto físico con las áreas de estudio. Es aquí donde se empieza a hacer uso de la teledetección, en el ámbito de las ciencias de la Tierra, la teledetección es entendida como una técnica que tiene por objeto la captura, tratamiento y análisis de imágenes digitales tomadas desde satélites artificiales. (Gutiérrez et Muñoz, 2006). Desde el punto de vista práctico, la teledetección tiene por objeto el reconocimiento de las características de la superficie terrestre y de los fenómenos que en ella tienen lugar a partir de los datos registrados por el sensor. (Sobrino, J.A, 2000).

Antecedentes

CARRASQUEL PUYAL, Mme Inés (2019), “Evaluación del proceso de colonización vegetal tras el retroceso glaciar acelerado del glaciar Conejeras, en los Andes tropicales de Colombia”, elaborado como trabajo de investigación para la pasantía de maestría en Gestión de la biodiversidad, Universidad de Toulouse III, Francia.

El presente antecedente describe como problema, la comprensión de las consecuencias del reciente calentamiento global sobre el futuro de la biodiversidad y el funcionamiento de los ecosistemas. El objetivo principal es la confirmación y la regionalización de los resultados obtenidos en un estudio llevado a cabo en Bolivia y Perú, donde se demuestra que las plantas están restringidas en su migración altitudinal por al menos dos parámetros: el déficit de interacciones positivas entre plantas y la ausencia de especies distintas a las dispersas por el viento.

Este trabajo se relaciona con el proyecto en curso, ya que el enfoque utilizado para lograr los objetivos es la crono-secuencia pos-glacial, seguido de una “sustitución de espacio por tiempo” en el glaciar Santa Isabel.

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales-Ideam (2021), “Informe del estado de los glaciares colombianos 2020. Bogotá D.C.54p”. Informes que se realizan anualmente desde el año 2018 en el marco de su misión institucional de realizar el estudio y seguimiento a los ecosistemas de la nación.

Este informe presenta el estado de los glaciares de Colombia para el año 2020, los cuales por su sensibilidad muestran las consecuencias de la evolución del cambio climático en los ecosistemas de la alta montaña.

El informe es de gran importancia para el presente proyecto, ya que presenta los resultados obtenidos después de analizar un sistema completo de monitoreo en alta montaña en el país, el cual consta de estaciones hidrometeorológicas instaladas desde la superficie del glaciar hasta el bosque altoandino registrando los cambios constantes en temperatura, precipitación, humedad relativa y nivel de agua en la cuenca alta del río Claro en el Parque Nacional Natural Los Nevados y en la cuenca alta del río Cardenillo en el Parque Nacional Natural El Cocuy, además de mostrar con  resultados obtenidos mediante la red de balizas o estacas instaladas sobre la superficie de los dos glaciares de estudio por el método directo, la dinámica de las masas glaciares en Colombia a través del tiempo. 

Descripción del área de estudio

El área de estudio, es la cuenca alta del río Claro ubicada en el municipio de Villamaría, departamento de Caldas, Colombia. Los principales afluentes de la cuenca son las quebradas Sietecuerales, Santa Bárbara, Juntas, Pantanos y El Bosque, y hace parte del Parque Nacional Natural Los Nevados y su zona de amortiguación (IDEAM,2008), (Imagen 1). Ha sido bastante influenciado por los procesos glaciológicos y volcánicos y las variaciones climáticas actuales. 

La dinámica glaciar del volcán nevado Santa Isabel el cual hace parte de la cuenca es monitoreada desde el año 2006 y ha sido foco de observación por parte de los investigadores del IDEAM debido a su acelerado proceso de derretimiento. Los glaciares en Colombia pertenecen a los glaciares tropicales más específicamente a los Ecuatoriales, motivo por el cual son sensibles a las dinámicas atmosféricas globales y locales.

Por otra parte, los ecosistemas, y características geomorfológicas de la cuenca varían de acuerdo a las condiciones orográficas. En la parte más alta, situada en la vertiente occidental del Volcán Nevado Santa Isabel, se encuentra el piso glaciar o nival que se caracteriza por la presencia de una masa de hielo que ha modelado la alta montaña y se considera un importante aportante de agua dulce durante las temporadas secas. La desglaciación atribuida principalmente al cambio climático, ha generado la fracturación de las rocas por la presión del hielo que se forma en las grietas, formación de coladas de barro por la fusión de nieve ocasional, formación de cubetas (zonas cóncavas) por movimiento rotacional del hielo, acumulación de detritos rocosos producidos por el movimiento de la masa de hielo hacia abajo y un mayor aporte de agua, así como un rápido arrastre de sedimentos hacia los pisos inferiores (Flórez, 1989).

Objetivo general

• Realizar un mapa de cambio de cobertura para el periodo de tiempo 2014 y 2021 en la cuenca alta del río Claro, municipio de Villamaría, departamento de Caldas, Colombia, por medio del uso de imágenes de satélite Landsat 8.

Objetivos específicos

• Recopilar imágenes de satélite Landsat 8 que tengan las mejores características para realizar el análisis.
• Procesar las imágenes seleccionadas para generar la clasificación de coberturas del área de estudio.
• Generar un time-lapse donde se visualice el cambio de cobertura en cuenca alta del río Claro en el municipio de Villamaría Caldas, Colombia, durante el periodo 2014 al 2021.

Metodología:

Procedimiento

1. Adquisición de las imágenes de satélite Landsat 8 para los años 2014 y 2022.

Para la adquisición de las imágenes de satélite Landsat8 para el periodo de estudio se realiza la búsqueda y la descarga en la plataforma Earth Explorer de la siguiente manera:

1.1 Registro en la plataforma.

1.2 Búsqueda del área de estudio por medio de la opción “Path” and “Row”, para este caso, “Path”: 9, “Row”:57

1.3 En las opciones de búsqueda de la plataforma Earth Explorer, editar los resultados anteriores.

1. 4 Filtrar las fechas de acuerdo al periodo que se quiere analizar.

1.5 Seleccionar el rango de cobertura de nubes, para este caso se selecciona un rango del 25%.

1.6 En la opción “Data Sets” de la plataforma seleccionar las opciones, “Landsat” / “Landsat Collection 1” / “Landsat Collection 1 Level 1” / “Landsat 8 OLI/TIRS C1 Level 1” finalmente, la opción “Results”.

1.7 Selección de las imágenes óptimas para el estudio a realizar.

2. Preprocesamiento

2.1 Calibración de las imágenes Landsat 8.

2.1.1 Añadir las bandas de la imagen Landsat 8 en el software ArcGIS junto a el shapefile del área a trabajar.

2.2 Conversión de valores digitales a valores de radiancia.

2.2.1 Seleccionar la opción “Pan sharpened”, en el arctoolbox con la herramienta para el procesamiento de imágenes landsat 8 e ingresar los parámetros de la imagen solicitados.

2.2.2 Seleccionar la opción “Radiance with atmospheric correction” en la herramienta para el procesamiento de imágenes landsat 8 para convertir los valores digitales a valores de radiancia, completar los espacios correspondientes.

2.2.3 Seleccionar la opción “Reflectance with atmospheric correction” para convertir a valores de reflectancia en la herramienta para el procesamiento de imágenes landsat 8.

2.2.4 Cargar en el ArcMap las bandas con valores de reflectancia anteriormente obtenidas. 

3. Clasificación supervisada

3.1 Para realizar la clasificación supervisada se debe seleccionar las categorías o áreas de entrenamiento visualmente en la imagen, como se muestra a continuación:

3.2 Se procede a identificar las diferentes coberturas con la opción de polígono.

3.3 Seleccionar los polígonos realizados, en lo posible tomar entre 20 y 30 puntos de entrenamiento, y darle la opción “Merge traning samples” para crear cada categoría.

3.4 Una segunda opción utilizada para la definición de las áreas de entrenamiento fue la siguiente:

• Crear un nuevo shapefile en la carpeta de trabajo “training”.
• Crear el “Pan-Sharpening raster Dataset” en las opciones del Arctoolbox, Data Managment tolos para usarlo como base para cualquier verificación, ya que tiene resolución de 15 metros.

• Iniciar la selección de los trainings para cada categoría.

• Una vez clasificado convertir el ráster a vector por medio de las herramientas del Arctoolbox.

Resultados

Los resultados del procesamiento de las imágenes seleccionadas para generar la clasificación de coberturas del área de estudio fueron los siguientes:

1. Cambio de cobertura para el año 2014.

2. Cambio de cobertura para el año 2021.

De acuerdo con los resultados obtenidos, se puede ver un aumento significativo de la cobertura vegetal (46%) y de la misma manera una disminución de la cobertura de suelo sin vegetación (85%), además se demuestra el acelerado proceso de derretimiento glaciar como consecuencia del aumento de la temperatura generando ambientes apropiados para nuevas especies, dando paso a nuevos ecosistemas en la alta montaña.  

A continuación, se muestra el mapa con el resultado del cambio de cobertura para el periodo de tiempo 2014 y 2021 en la cuenca alta del río Claro, municipio de Villamaría, departamento de Caldas, Colombia.

El time-lapse se generó para el periodo de tiempo del año 2014 al 2021, teniendo en cuenta imágenes de satélite Landsat 8 de los años 2014, 2017, 2019, 2020 y 2021.

Conclusiones: 

• Se logró obtener imágenes de satélite Landsat 8 con buenas características técnicas para realizar el análisis de cambio de cobertura en la zona de estudio.
• Se elaboró el mapa con el resultado del cambio de cobertura para el periodo de tiempo 2014 y 2021 en la cuenca alta del río Claro, municipio de Villamaría, departamento de Caldas, Colombia con éxito.
• Se determinó que una de las consecuencia del cambio climático en la alta montaña es la generación de nuevos ecosistemas en altitudes superiores a los 4.000 m s.n.m , suelos que durante la pequeña edad de hielo se encontraban bajó cobertura del glaciar y que debido al acelerado proceso de derretimiento fueron retrocediendo dejando a su paso formaciones geomorfológicas que hoy en día están siendo colonizadas por nuevas especies, y que en un futuro se estima esas áreas lleguen a convertirse en un ecosistema de páramo.
• Se generó un time-lapse donde se visualiza el cambio de cobertura en cuenca alta del río Claro en el municipio de Villamaría Caldas, Colombia, durante el periodo 2014 al 2021 por medio del uso de imágenes de satélite Landsat 8.

Referencias bibliográficas

• Carrasquel P., Mme Inés (2019), Evaluación del proceso de colonización vegetal tras el retroceso glaciar acelerado del glaciar Conejeras, en los Andes tropicales de Colombia. Universidad de Toulouse III, Francia.
• F. 1989. The recent glaciation of the Colombian Andes. Zbl Geol Paläont. TeilI (5/6):1113–1117.
• Gutiérrez et Muñoz, (2006), Teledetección: Nociones y Aplicaciones. Universidad de Salamanca.
• Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales-Ideam (2021), Informe del estado de los glaciares colombianos 2020. Bogotá D.C.54p”.
• Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales-Ideam (2022), Glaciares en Colombia. http://www.ideam.gov.co/web/ecosistemas/glaciares-colombia .
• Organización Meteorológica Mundial, (2022). Estado del clima en América Latina y el Caribe 2021. Suiza.
• Sobrino, J.A, (2000). Teledetección. Valencia (España).