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El objetivo general de la presente tesis doctoral es desarrollar una metodología

eficaz para estimar y localizar la biomasa residual forestal de los bosques de Pinus sylvestris, P. halepensis, P. nigra y P. pinaster de la provincia de Teruel mediante ajustes de regresión entre los valores obtenidos a partir de trabajo de campo e información forestal preexistente, por una parte, y los registros de las imágenes de satélite y de información auxiliar de carácter topográfico y forestal, por otra. Este procedimiento

permitirá inventariar los montes respecto de una variable hasta ahora no utilizada: los residuos energéticamente aprovechables que se obtendrían de la realización de los tratamientos selvícolas adecuados y de futuras explotaciones madereras en los pinares turolenses.

Se pretende, por tanto, desarrollar un modelo sencillo y aplicable a escala provincial y regional que proporcione una cartografía fiable y actualizable sobre los recursos de biomasa residual forestal existentes, eliminando de esta manera una de las principales barreras en la utilización energética de este recurso: su conocimiento preciso

en cantidad y localización. A su vez, con el empleo de una metodología sencilla se

pretende que el método desarrollado pueda ser adoptado por las distintas Administraciones como herramienta útil, tanto para la gestión forestal como para la planificación del territorio, ya que la planificación energética tiene una alta incidencia en la

ordenación territorial, circunstancia ésta que alcanza su máximo exponente cuando se trata de energías renovables, dada la estrecha relación que existe entre éstas y el territorio.

Este objetivo general se fundamenta en la hipótesis de que es posible estimar de

forma precisa la biomasa residual forestal mediante el uso de imágenes de teledetección y de trabajo de campo. Esta hipótesis descansa en el hecho de que la estimación de

variables forestales continuas, en general, y de biomasa, en particular, constituye una de las líneas de trabajo más prolíficas y fructíferas de la teledetección. Aunque la biomasa

no puede ser medida directamente mediante imágenes de satélite, la información de reflectividad proporcionada por éstas sí puede ser relacionada con la biomasa estimada a partir de trabajo de campo (Dong et al., 2003; Muukkonen y Heiskanen, 2005). Este

mismo principio se puede aplicar a la biomasa residual forestal, ya que no deja de ser una fracción de la total considerada en muchos de los trabajos de estimación abortados en el ámbito de la teledetección. Además, a priori, esta fracción de la biomasa total - compuesta por follaje, ramaje y raberón- será más fácilmente relacionable con imágenes ópticas de satélite, ya que éstas registran fundamentalmente la parte superior del dosel vegetal. En cuanto a la utilización de imágenes radar, esta fracción de biomasa se presta a su estudio mediante imágenes de satélite de banda C, dado que hojas y ramas son los principales mecanismos retrodispersores en esta longitud de onda.

Subsidiario de aquel objetivo general, implícito en él, subyace el interés por

conseguir una metodología adaptada y operativa en medios mediterráneos. El repaso a la

literatura científica referente a la estimación de parámetros forestales continuos y de biomasa (véase apartado 1.3) muestra cómo la mayoría de experiencias se han llevado a cabo en bosques de ambientes boreales (p.e. Fazakas et al., 1999; Kurvonen et al., 1999; Mäkelä y Pekkarinen, 2001; Reese et al., 2002; Kurvonen et al., 2002; Muukkonen y Heiskanen, 2005; Rauste, 2005). Los bosques de estos ambientes están caracterizados por ser monoespecíficos, presentar una alta densidad y homogeneidad y por estar situados sobre topografías poco complejas, generalmente sobre llanuras o suaves relieves alomados. En estos ambientes, diferentes técnicas se han mostrado como óptimas en relación a los objetivos expresados. En cambio, un menor número de trabajos

Capitulo 1: Antecedentes, objetivos, metodología y área de estudio

se ha orientado a la estimación de estas mismas variables en medios más complejos como los tropicales y mediterráneos.

Centrándonos en los medios mediterráneos, las investigaciones desarrolladas han mostrado cómo las características de estos bosques -pluriespecíficos, de alta heterogeneidad espacial y escasa densidad forestal, localizados en zonas de topografía compleja, generalmente en áreas de montaña con acusadas pendientes- dificultan en gran manera la generación de modelos robustos que permitan estimar los parámetros forestales (p.e. Salvador y Pons, 1998a,b; Shoshany, 2000; Mallinis et al., 2004; Vázquez de la Cueva, 2005; Maselli y Chiesi, 2006). En este contexto, el presente trabajo de investigación trata de implementar una serie de técnicas y métodos en el tratamiento de las variables que eviten algunas de las fuentes de error detectadas en esos trabajos como responsables del escaso poder funcional de los modelos desarrollados hasta ahora, sin olvidar que el resultado final debe ser una metodología aplicable a escala provincial o regional, sencilla y asumible por parte de los agentes de planificación forestal y ordenación del territorio.

Desde el punto de vista temático, del objeto de estudio, cabe destacar la escasez de trabajos previos orientados a la estimación de la fracción de biomasa del árbol que en

esta tesis se define como biomasa residual forestal. Así, sólo se han encontrado algunos ejemplos de utilización de imágenes radar como los trabajos de Beaudoin et al. (1994) y Austin et al. (2003), que analizan las relaciones de los coeficientes de retrodispersión de las bandas P y L, respectivamente, con los diferentes componentes del árbol; existiendo también ejemplos de utilización de imágenes LIDAR (p.e., Popescu, 2007) y de combinación de datos radar y ópticos, como el trabajo de Moghaddam et al. (2002), en el que se estima la biomasa del follaje en un bosque de coníferas. En cambio, no se ha encontrado investigación alguna relativa a la estimación de nuestra variable-objetivo mediante el uso exclusivo de imágenes ópticas. Por todo ello, resulta de gran interés - casi necesario- indagar las posibilidades de estimación de biomasa residual forestal mediante el uso de este último tipo de imágenes, no sólo por el interés que tiene el conocimiento de la distribución espacial de esta variable desde el punto de vista energético, sino también desde el punto de vista metodológico, dada la escasez de experiencias previas en medios mediterráneos.

En cuanto al aspecto técnico-metodológico, el análisis estadístico de regresión,

multiespectral de satélite y las variables auxiliares topográficas y forestales, responde en su elección, por un lado, a la pretensión de desarrollar un modelo sencillo y fácilmente asumible por las Administraciones responsables de la gestión y la planificación territorial y, por otro, a que ha sido ampliamente utilizado en los trabajos que tienen por objeto la estimación de parámetros forestales continuos mediante teledetección (p.e. Roy y Ravan, 1996; Salvador y Pons, 1998a,b; Steininger, 2000; Foody et al., 2003; Mallinis et al., 2004; Lu, 2005; Lu et al., 2005). El método k-NN, que tan buenos resultados genera en medios boreales, es descartado en este trabajo debido a que no se ajusta a las condiciones de heterogeneidad y fragmentación de los bosques mediterráneos, características éstas que hacen que no se cumpla una de las premisas básicas para aplicarlo, la de uniformidad en el área incluida en la imagen de satélite (Mallinis et al., 2004).

Para lograr el objetivo general planteado y desarrollar una metodología eficaz para

estimar y localizar la biomasa residual forestal de los bosques de Pinus sylvestris, P. halepensis, P. nigra y P. pinaster de la provincia de Teruel mediante ajustes de regresión entre los valores obtenidos a partir de trabajo de campo e información forestal preexistente, por una parte, y los registros de las imágenes de satélite y de información auxiliar de carácter topográfico y forestal, por otra, es necesaria la consecución de una

serie de objetivos parciales-operativos:

I. Conocimiento de la cantidad de biomasa residual forestal presente en

determinados puntos en los bosques de pináceas de la provincia de Teruel.

Objetivo que refiere a la variable dependiente del modelo a desarrollar. Para ello, resulta imprescindible el trabajo de campo, con objeto de desarrollar ecuaciones alométricas específicas para cada especie de pino presente en el territorio, debiendo ser estas ecuaciones aplicables a las tablas de inventario existentes.

II. Obtención de variables radiométricas derivadas de imágenes de satélite que

sean útiles para ser relacionadas con la información de biomasa residual forestal y que permitan el establecimiento de un modelo operativo sencillo y fácilmente actualizable a escala provincial o regional. Este segundo objetivo

parcial refiere a la necesidad de seleccionar las imágenes adecuadas para desarrollar el modelo planteado en las condiciones expresadas. Imágenes que deben ser objeto de una serie de pretratamientos y tratamientos para poder

Capitulo 1: Antecedentes, objetivos, metodología y área de estudio

ser utilizadas en el modelo. Se trata de conocer la dimensión espectral de la información sobre el área de estudio.

III. Obtención de variables auxiliares -topográficas y forestales- susceptibles de

ser utilizadas en el modelo de estimación. Al igual que el objetivo anterior, éste

refiere a la preparación de una serie de variables útiles para ajustar el modelo de estimación de la biomasa residual forestal. En este caso, se trata de modelar la información topográfica de la zona de estudio (elevaciones, pendientes, etc.) y la de carácter forestal (nivel de madurez…), ya que estas variables presentan una dimensión informacional independiente de la espectral y, posiblemente, correlacionada con la biomasa, que puede matizar y mejorar el modelo de regresión.

IV. Determinación de un método idóneo para relacionar la información de biomasa

residual con la espectral y de las variables auxiliares. Como se ha señalado, la

heterogeneidad espacial de los bosques mediterráneos es, a priori, una de las principales barreras que impiden el establecimiento de modelos estimativos de variables forestales mediante teledetección. Por ello, se pretende ensayar distintos procedimientos de extracción de la información radiométrica -que será relacionada con la de biomasa- identificando cuál de ellos logra reducir en mayor medida la heterogeneidad de la muestra y, por tanto, sirve para establecer ajustes más sólidos y robustos, tanto desde el punto de vista biofísico como estadístico.

V. Formulación del mejor modelo de regresión entre información de biomasa

residual forestal e información espectral y auxiliar. Núcleo central de la

presente tesis doctoral, este objetivo parcial implica el estudio de la correlaciones de las variables de los objetivos I, II y III, considerando los distintos métodos de relación-extracción del objetivo IV, así como el cálculo de distintos tipos de modelos de regresión en función de esas relaciones (logística, lineal, curvilineal, etc.), considerando siempre las premisas que dirigen este trabajo.

VI. Verificación de la consistencia temporal de la metodología y de las relaciones

biofísicas entre la biomasa residual forestal y las variables espectrales más útiles para su estimación. Se trata, en definitiva, de replicar la metodología

características análogas. Este objetivo parcial permitirá concluir si la metodología empleada y las relaciones biofísicas existentes entre variables radiométricas y la cantidad de biomasa residual son independientes de la fecha de la imagen utilizada y si, por tanto, las estimaciones de biomasa son fácilmente actualizables.

VII. Estimación de la biomasa residual forestal de la provincia de Teruel en la

actualidad. Mediante este último objetivo parcial se pretende ofrecer un

inventario de este recurso energético utilizando para ello una imagen de satélite reciente; este inventario se realiza a tres escalas: provincial, comarcal y municipal. Asimismo, mediante análisis SIG, se pretende determinar qué zonas resultan más adecuadas para la extracción de biomasa residual forestal en función de la cantidad existente y de otros factores de índole espacial que condicionan o impiden su explotación desde el punto de vista técnico y económico.

La escala de trabajo elegida es 1:50.000, ya que es la adecuada para el análisis con las imágenes de satélite que se van a emplear (Landsat y Envisat-ASAR) y a la cual viene referida la información forestal que se utiliza en esta investigación para delimitar la superficie forestal de la provincia de Teruel y para obtener las variables forestales auxiliares que se van a utilizar.

1.3. La estimación de biomasa en el contexto de las