Teniendo en cuenta la estructura de líneas de investigación integradas en el IISTA y con el objetivo de mejorar las sinergias entre ellas en el estudio de las cuestiones relevantes del Sistema Tierra, se ha establecido una estructuración en áreas de investigación, que se describe a continuación. Esta estructura organiza las actividades de investigación en torno a los anillos del Sistema Tierra e incluye un área transversal centrada en la modelización. Esta estructura contribuye a una mayor interacción entre los investigadores del IISTA distintas áreas.
Área 1: Atmósfera
Responsables del Área: Prof. Lucas Alados Arboledas, Profa. Gloria Titos. Líneas de Investigación:
- Seguimiento de intercambios de gases de efecto invernadero entre ecosistemas terrestres y la atmósfera (PAIDI RNM130)
- Aerosol, nubes y radiación atmosférica (PAIDI RNM119)
El aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero (GEIs) durante la época industrial, está provocando un cambio climático asociado a un calentamiento global. Como consecuencia, se ha constatado que las temperaturas anuales a escala global han aumentado 0.8ºC en los últimos 50 años y las proyecciones indican nuevas subidas entre 2 y 4.5ºC para finales de este siglo. En este contexto, además de la reducción de emisiones, es imprescindible la identificación y cuantificación de los sumideros de estos gases. Así, la caracterización del ciclo global del Carbono en los distintos ecosistemas terrestres y sus procesos determinantes se ha convertido, desde hace varias décadas, en un hito esencial para promover políticas de gestión del cambio climático.
El aerosol atmosférico se define como una suspensión de partículas sólidas y/o líquidas en la atmósfera, y tiene un importante impacto sobre el clima regional y global debido a sus efectos tanto directos como indirectos sobre la radiación. Las partículas de aerosol afectan directamente al balance de energía Atmósfera-Tierra dispersando radiación solar y absorbiendo radiación infrarroja solar y terrestre. Indirectamente también afectan al balance de energía Atmósfera-Tierra al modificar propiedades microfísicas de las nubes ya que juegan el papel de núcleos de condensación y núcleos glaciógenos.
Área 2: Biosfera
Responsables del Área: Prof. Julio Manuel Alcántara Gámez, Prof. Penélope Serrano Ortiz. Líneas de Investigación:
- Monitoreo, gestión de información y simulación de procesos ecológicos en montañas mediterráneas (PAIDI RNM220)
- Evaluación y Restauración de Socio-Ecosistemas (PAIDI RNM360)
- Fenología Vegetal y Aerobiología (PAIDI RNM130)
- Ecología, Evolución y Conservación de la Vegetación Mediterránea (PAIDI RNM354)
Los ambientes de montaña tienen un gran interés como laboratorios para el estudio del cambio global. La concentración de gradientes altitudinales en un espacio reducido hace que las montañas sean lugares con una alta diversidad biológica y de usos del suelo. Este grupo centra sus esfuerzos en diseñar mecanismos para monitorear el impacto del cambio global en estos ecosistemas tan singulares. Entre estos mecanismos destacan los dispositivos sensoriales inalámbricos que permiten la captura de información de manera autónoma. La información recopilada es utilizada para generar modelos espacialmente explícitos que describen la estructura y funcionamiento de estos ecosistemas. Así mismo se elaboran herramientas digitales para transformar la información generada en conocimiento útil para el proceso de toma de decisiones. Las herramientas procedentes de la ecoinformática son fundamentales en todo este proceso.
La generación de conocimiento relacionado con la evaluación, gestión y restauración de ecosistemas agrícolas y forestales que permitan su sostenibilidad ambiental, social y económica, y apoyado en el uso de las nuevas tecnologías de adquisición y procesado de la información, así como la transferencia de resultados que permitan procesos de innovación en el sector forestal, agronómico y medioambiental.
El comportamiento fenológico y aerobiológico de plantas con interés agrícola, forestal o en salud ambiental. Cuenta con bases de datos que ofrecen un conocimiento sobre el comportamiento y respuesta fenológica bajo diferentes condiciones meteorológicas, con especial interés en el estudio del contenido de granos de polen y esporas de hongos en el aire, así como en modelos de previsión en la formación de fruto, con especial interés en plantas tanto con interés agrícola como forestal. En el ámbito Mediterráneo, muy amenazado por el Cambio Climático, las bases de datos históricas permiten conocer y predecir el comportamiento del medio vegetal ante diferentes escenarios durante las últimas décadas. Por otro lado, dentro de esta área se realizan estudios sobre el comportamiento fenológico de especies ornamentales, sobre Ecología Urbana, y el papel del diseño de espacios verdes en salud ambiental.
Los mecanismos ecológicos de coexistencia de especies leñosas en ecosistemas naturales mediterráneos. Para ello en el ámbito de esta área de combina información real sobre redes de interacciones planta-planta con modelos matemáticos de dinámica de vegetación, lo que permite valorar posibles efectos de procesos de cambio global sobre el mantenimiento de la diversidad vegetal de bosques mediterráneos. (3) Ecología Evolutiva y Genómica Funcional en plantas. Estudia tres aspectos. A) Significado adaptativo de la poliploidía en el complejo Brachypodium distachyon y su importancia en la evolución de rasgos funcionales de tolerancia a la sequía y a la competencia en una planta modelo para gramíneas y cereales. B) Ecogenómica del olivo y su funcionalidad en control de plagas. C) Genética de rasgos de interés ecológico y agronómico (sistema de apareamiento, contenido graso de las semillas y resistencia a herbicidas) en Sinapis alba.
Área 3: Interacción agua-tierra
Responsables del Área: Prof. María Cristina Aguilar Porro, Prof. Manuel Díez Minguito. Líneas de Investigación:
- Procesos hidrológicos y calidad de aguas en cuencas mediterráneas. Gestión integrada (PAIDI TEP248)
- Procesos y evolución de sistemas de plataforma continental y litorales (PAIDI TEP209)
- Gestión integral de Infraestructuras y recursos (PAIDI TEP209)
La intervención del hombre en el ciclo hidrológico mediante la modificación de los usos de suelo, prácticas agrícolas, construcción de embalses y, en definitiva, actividades de gestión del recurso hídrico, requiere disponer a menudo de técnicas y herramientas que faciliten la evaluación de estas actuaciones y el pronóstico de sus consecuencias a corto y largo plazo, de manera que se puedan realizar acciones para preservar, proteger y mejorar la calidad del medio ambiente. Por ello, el Grupo de Dinámica Fluvial e Hidrología apuesta por un punto de vista de gestión integral, en el que se enmarquen las distintas variables que afectan a cada uno de los procesos que tienen lugar en el sistema cuenca, a escala distribuida, al tiempo que analiza el comportamiento del agua y sustancias asociadas a pequeña escala.
La gestión de los recursos hídricos no es ajena a las zonas costeras. Los sistemas costeros son zonas complejas del Sistema Tierra donde se producen interacciones entre el mar, los ríos, la atmósfera y la biota. Los mares someros y los estuarios están considerados entre los entornos terrestres con mayores índices de productividad biológica. Las playas y marismas salobres desempeñan un papel crucial como defensas naturales contra inundaciones. Todos estos sistemas costeros son clave para preservar la riqueza medioambiental de nuestro planeta, pero son altamente vulnerables y muchos de ellos se encuentran en una situación próxima al colapso. La sociedad necesita un conocimiento científico-técnico multidisciplinar del medio y sus procesos con el fin de poner en marcha estrategias de gestión globales, integradas y coordinadas en estos espacios. Actualmente, el Grupo de Dinámica de Flujos Ambientales de la UGR desarrolla investigaciones relativas al estudio de procesos bio-morfo-hidrodinámicos en sistemas costeros, estuarinos y fluviales, con una fuerte vocación de transferencia de conocimiento a la sociedad en el contexto actual de cambio global.
La necesidad de incorporar el conocimiento más actual a la gestión incluye las interacciones entre el medio e infraestructuras y recursos, ya sean naturales o artificiales. Los recursos de suelo, agua y energía son finitos y deben gestionarse adecuadamente para evitar el colapso. La sociedad actual se está enfrentando y se enfrentará en las próximas décadas a la adaptación de las infraestructuras civiles y energéticas a los efectos del cambio climático, garantizando su adecuada fiabilidad, funcionalidad y operatividad. Estos principios son igualmente aplicables a las infraestructuras naturales actualmente amenazadas tanto por la acción del hombre como por la variabilidad climática. En el marco del Sistema Tierra y con el conocimiento preciso de los procesos implicados, el Grupo de Dinámica de Flujos Ambientales de la UGR investiga en la optimización dispositivos energéticos renovables de bajo impacto ambiental; en el desarrollo de herramientas de evaluación de tendencias climáticas y de gestión que consideren la variabilidad de los procesos naturales y su incertidumbre; y en la propuesta de soluciones de ingeniería innovadoras para áreas portuarias y otras infraestructuras marinas.
Área 4: Modelización del Sistema Tierra
Responsables del Área: Prof. María Jesús Esteban Parra, Prof. David Pozo Vázquez. Líneas de Investigación:
- Mecánica de fluidos (PAIDI TEP235)
- Modelización de la atmósfera y radiación solar (PAIDI TEP220)
- Modelización climática (PAIDI TEP119)
El modelo Weather and Research (WRF) resulta de gran utilidad en el estudio de en proyecciones de cambio climático a alta resolución espacial, con especial énfasis en los impactos del cambio climático en el ciclo hidrológico. En la actualidad, la investigación se centra en (1) el valor añadido del downscaling dinámico para las predicciones climáticas decenales, en particular, a través de la inicialización de las condiciones de humedad del suelo y el análisis de las interacciones atmósfera-tierra relevantes para las predicciones decenales, y (2) la realización de proyecciones climáticas de muy alta resolución utilizando el WRF como modelo de convección, permitiendo una mejor representación de los procesos a escala micro-sinóptica y con el objetivo de obtener mejores estimaciones de eventos extremos, en particular para la zona de Sierra Nevada, donde estas simulaciones pueden proporcionar información apreciable sobre algunos procesos a escala más fina. Otro nuevo tema de investigación alineado con estas simulaciones de muy alta resolución es (3) el uso de WRF-Chem para estudiar el impacto de la contaminación, incluyendo bioaerosoles como el polen.
Además, el modelo Weather and Research (WRF) es una poderosa herramienta en la evaluación de recursos energéticos renovables (recurso solar y eólico), analizando su complementariedad espacial y temporal. Con este tipo de herramientas se pueden desarrollar escenarios óptimos de penetración de energías renovables en sistema eléctricos, estudiando su relación con la demanda y los costes de integración en la red. Dentro de esta área de modelización se desarrollan metodologías para la predicción del recurso solar en escalas de horas a días, apoyadas en medidas instrumentales, imágenes de cámaras de nubes, imágenes de satélite y el modelo WRF.
El fenómeno de transferencia de masa que tiene lugar en muchos procesos tanto naturales como industriales depende en gran medida de la superficie de contacto que se genera entre dos fluidos inmiscibles. Por ejemplo, en separadores líquido-líquido o gas-líquido, la absorción de especies químicas viene determinada por la distribución de tamaños de gotas/burbujas en las que un fluido se dispersa en el seno de otro. En procesos de aireación como los que tienen lugar de forma natural durante la interacción de la atmósfera y los océanos, la absorción de dióxido de carbono, y otras muchas especies solubles en agua, depende de la cantidad de aire ingerida por la acción de las olas, y de la distribución de burbujas que resulta de la posterior rotura turbulenta de dicha masa de aire. Por ello, con el objeto de desarrollar modelos predictivos de estos procesos naturales e ingenieriles es fundamental conocer y describir el fenómeno de formación de gotas y burbujas en el seno de líquidos inmiscibles.