Marine macrophyte monitoring: enabling scalability through remote sensing data and cloud computing
- Autores: Mar Roca Mora
- Directores de la Tesis: Gabriel Navarro Almendros (dir. tes.), Isabel Caballero de Frutos (codir. tes.), Jesús Gómez Enri (tut. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cádiz ( España ) en 2026
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Ruiz Verdú (presid.), Carmen Barrena de los Santos (secret.), Amália Maria Sacilotto Detoni (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias y Tecnologías Marinas por la Universidad de Cádiz
- Materias:
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- Resumen
La introducción de especies exóticas invasoras, el cambio climático, las modificaciones de hábitats marinos y la tendencia hacia la eutrofización costera, ya han afectado a la distribución y salud de las especies de macrófitos marinos, causando importantes pérdidas de biodiversidad en todo el mundo. Muchos estudios científicos han monitorizado los patrones espacio-temporales de estos ecosistemas marinos utilizando únicamente mediciones de campo, limitando la escala de dichos estudios. Sin embargo, en la última década, la disponibilidad de nuevos sensores basados en teledetección y el desarrollo de plataformas de computación en la nube han permitido explorar nuevas formas de monitorizar estos ecosistemas a gran escala.
Esta tesis doctoral presenta tres enfoques de procesamiento de imágenes de satélite aplicados al estudio de cinco especies diferentes de macrófitos marinos y entornos costeros, desde arribazones hasta macrófitos sumergidos, entre las que se incluyen: Rugulopteryx okamurae, Zostera noltii, Posidonia oceanica, Ruppia maritima y Halodule wrightii. El presente trabajo utilizó radiometría hiperespectral de campo y cinco sensores multiespectrales diferentes, integrando los flujos de trabajo en una plataforma de computación en la nube para permitir una mayor escalabilidad. Compuesto por cinco estudios como primera autora y organizados en tres capítulos, los objetivos principales exploran: i) la viabilidad de la teledetección multi-sensor para monitorizar arribazones de macrófitos marinos, biomasa intermareal y flotante; ii) el potencial de la computación masiva en la nube de imágenes de Sentinel-2 para monitorizar praderas densas de fanerógamas marinas en aguas claras y el papel de la batimetría; y, por último, iii) el desarrollo de nuevas herramientas para monitorizar la calidad del agua y pequeñas praderas de fanerógamas marinas subacuáticas en aguas eutróficas mediante la combinación de imágenes de satélites comerciales de alta resolución espacial y Sentinel-2.
Los resultados de esta tesis aportan información sobre los enfoques metodológicos en teledetección para el seguimiento de macrófitos marinos, teniendo en cuenta diferentes entornos costeros, características biológicas y dimensiones espacio-temporales. El conjunto de estudios demuestra el gran potencial de la teledetección como herramienta fundamental para el seguimiento continuo y escalable de estos ecosistemas costeros, gracias a los entornos de computación en la nube y los flujos de trabajo de aprendizaje automático. En primer lugar, el Capítulo I, centrado en la Bahía de Cádiz, muestra un seguimiento eficaz mediante imágenes Sentinel-2 de la macroalga parda invasora R. okamurae, cercana a la costa, caracterizando hiperespectralmente las etapas de degradación de R. okamurae y Z. noltii varadas en la playa, en relación con la biomasa, el contenido de agua y la fotoxidación de los pigmentos. Esta primera aproximación disponible en la literatura sobre arribazones de R. okamurae en las playas establece la base para el desarrollo de una plataforma de seguimiento regional de la especie, gracias al uso de datos de teledetección, computación en la nube y muestros de campo. En segundo lugar, el Capítulo II, ubicado en las Islas Baleares, demuestra cómo la computación masiva en la nube de imágenes de Sentinel-2 permite una cartografía robusta de P. oceanica a escala regional, cuantificando las tasas anuales asociadas de secuestro y fijación de carbono azul, y enfatizando la importancia de la batimetría de alta resolución y las composiciones de imágenes multitemporales para una evaluación precisa de las praderas marinas hasta 30 metros de profundidad. Por último, el Capítulo III, desarrollado en Brasil, muestra cómo la integración de modelos dinámicos bayesianos con productos de calidad del agua derivados de imágenes de Sentinel-2 captura respuestas no lineales del ecosistema a eventos de contaminación severa, revelando alteraciones persistentes en la dinámica de la clorofila-a, la disponibilidad de luz en el fondo y la capacidad de recuperación en estas lagunas costeras eutrofizadas. Estos resultados arrojan luz sobre los potenciales impactos en el hábitat bentónico especies colonizadoras de fanerógamas marinas en la laguna ya eutrofizada. Para evaluar estos impactos, la segunda parte del capítulo III demuestra cómo la combinación multi-sensor de imágenes de alta resolución y de Sentinel-2 mejoran la detección de praderas marinas dispersas y fragmentadas (R. maritima y H. wrightii) en aguas costeras ópticamente complejas, revelando pérdidas graves tras eventos de vertido de aguas residuales y patrones de resistencia específicos de cada especie.
En resumen, estos estudios destacan el papel de la teledetección y la computación en la nube como herramientas clave para la monitorización continua y escalable de las especies de macrófitos marinos, proporcionando información útil para evaluar los impactos ecológicos, cuantificar los servicios ecosistémicos y apoyar la gestión adaptativa y su conservación de acuerdo al marco legislativo actual. El desarrollo ulterior de estas técnicas proporcionará una cobertura a gran escala de la monitorización de macrófitos marinos, entrenada y validada con adquisiciones sistemáticas de datos in situ. Estos resultados apoyan el desarrollo de técnicas avanzadas basadas en teledetección para el reporte de variables esenciales del océano y la biodiversidad, los flujos de carbono, los planes de restauración y los objetivos climáticos.
