Monitoreo operacional de las anomalías de humedad de suelo para Chile continental

Muñoz Neira, Rocío Scarlett

Zambrano Bigiarini, Mauricio

Marinao Rivas, Rodrigo (Profesor Co-Guía)

Español

2025

xi, 92 hojas: imágenes a color, gráficos

Ingeniería civil

Ingeniero civil

La creciente importancia de la humedad del suelo, especialmente en las capas superficial (SSM; 0-10 cm) y de raíces (RZSM; 0-100 cm), radica en su influencia directa sobre la vegetación, los procesos hidrológicos y la ocurrencia de fenómenos climáticos extremos como sequias prolongadas y eventos intensos de precipitación. En Chile, país caracterizado por un marcado gradiente climático latitudinal, resulta especialmente relevante evaluar y monitorear continuamente estas condiciones. Considerando esta necesidad, el presente trabajo tiene como objetivo general el desarrollo de una plataforma web operativa para el monitoreo en tiempo casi real de la humedad de suelo y sus anomalías en Chile continental. Los productos grillados de humedad de suelo a utilizar en la plataforma web fueron seleccionados en base a la disponibilidad histórica de datos, la cobertura espaciotemporal de los mismos, y la frecuencia de actualización en los servidores de origen. De esta forma, se seleccionaron cuatro productos grillados operacionales que entregan datos volumétricos de humedad del suelo tanto para la zona superficial (0-10 cm) como para distintas profundidades de la zona de raíces (0-100 cm): ERA5 (0,25°, horario, 6 días de latencia), ERA5-Land (0,1°, horario, 6 días de latencia), GLDAS-Noah (0,25°, tri-horario, 4 meses de latencia) y SMAP-L4 (9 km, tri-horario, 2,5 dias de latencia). Además, se implementó el cálculo de dos índices estandarizados de humedad de suelo: i) Standardized Soil Moisture Index (SSMI, indice parametrico basado en la distribución gamma), y ii) Empirical Standardized Soil Moisture Index (ESSMI, índice no paramétrico calculado mediante "Kernel density estimation"). Ambos índices se calcularon con frecuencia diaria y escalas temporales de 1, 3, 6, 12 y 24 meses de agregación temporal. En primer lugar, se implementó un sistema automatizado de descarga de datos volumétricos de humedad del suelo, el cual consulta en los servidores externos correspondientes a cada uno de los productos seleccionados el último dato disponible, para luego proceder a la descarga, pre-procesamiento y almacenamiento en un servidor interno del Observatorio de Recursos Hídricos del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles (https://kutama.ufro.cl). Posteriormente, los valores volumétricos de humedad de suelo y las anomalías diarias calculadas para distintas escalas temporales fueron visualizadas mediante una plataforma web, la cual fue desarrollada en el ambiente estadístico R utilizando el paquete Shiny. Los resultados obtenidos para los valores medios anuales de humedad de suelo para el periodo 2015-2023 reflejan claramente el gradiente climático latitudinal chileno, con valores más altos hacia el sur (0,30-0,75 m3/m3) y menores hacia el norte (0,00-0,20 m3/m3). Por otra parte, se observaron diferencias importantes entre los productos evaluados, siendo ERA5 y ERA5-Land los que reportaron consistentemente mayores valores volumétricos de humedad del suelo en comparación con GLDAS-Noah y SMAPL4. Finalmente, la utilidad de los datos proporcionados por la plataforma web desarrollada se evaluó utilizando dos casos de estudio, el primero relacionado a un evento de precipitación intenso y el otro a un evento prolongado de sequía. El evento intenso de precipitación, ocurrido en la Cuenca del Rio Claro en la región del Maule en agosto de 2023, registro una precipitación acumulada de 791,35 [mm] en 5 días, evidenciando un incremento importante en la humedad del suelo durante el evento, especialmente en la zona de radicular. Este aumento de humedad del suelo precedió al aumento de caudal en el punto de salida de la cuenca por varias horas. Por otro lado, los dos índices de anomalía de humedad de suelo (SSMI y ESSMI), calculados para la Cuenca del Rio Petorca en Longotoma, lograron capturar adecuadamente la persistencia de las anomalías negativas que caracterizaron un evento de sequía prolongada que inicio en 2010 y finalizo en 2023. En base a los resultados obtenidos, los valores volumétricos de humedad de suelo son recomendados para monitoreo de eventos de rápida respuesta entre precipitación-humedad-caudal, como eventos de precipitación intensa. En sequias se recomienda utilizar los índices estandarizados SSMI y ESSMI a escala de 3, 6 y 12 meses para analizar la evolución de la sequía a través del suelo. Finalmente, los valores de humedad y los índices estandarizados diarios para escalas de 1, 3, 6, 12 y 24 meses están disponibles en la plataforma web Pulliko (https://hzambran.shinyapps.io/Pulliko/), actualizada automáticamente cada día. Esta plataforma web constituye una herramienta innovadora para el monitoreo operacional y continuo de la humedad del suelo y sus anomalías, y será un apoyo clave para investigadores, publico general y actores del ámbito hídrico, agrícola y ambiental.

Humedad del suelo

Monitoreo en tiempo casi real

Anomalías de humedad

Sequías y eventos de precipitación intensa

Chile continental — gradiente climático latitudinal

Productos grillados de humedad de suelo

Índices estandarizados de humedad de suelo

Plataforma web Pulliko

Observatorio de Recursos Hídricos (Universidad de La Frontera)

Paquete R Shiny

Monitoreo hidrológico

Gradiente climático latitudinal

Eventos hidrometeorológicos extremos

Relación precipitación–humedad–caudal

Evento de precipitación intensa

Cuenca del Río Claro (Región del Maule, Chile)

Cuenca del Río Petorca (Región de Valparaíso, Chile)

Evento de sequía prolongada

Gestión de recursos hídricos

Planificación agrícola y ambiental

Universidad de La Frontera, Temuco, Chile

Universidad de La Frontera, Dirección de Bibliotecas y Recursos de Información

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https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Tesis

María Elena Arriagada Melo