El ‘termómetro’ para las heladas tardías en hayedo

La floración de las plantas y el brote temprano de las hojas en los bosques es uno de los efectos del cambio climático y del aumento de las temperaturas. Esto que, a priori, no tiene que ser algo malo, porque beneficia al crecimiento de las plantas, puede generar algunos riesgos porque el aumento de la temperatura viene acompañado de variaciones extremas y de episodios de heladas tardías que sí pueden ser un riesgo para la vegetación que ha brotado tempranamente y que están expuestas a un mayor riesgo de sufrir daños en las hojas.

Las evidencias demuestran que las heladas tardías suceden con frecuencia en primaveras cálidas, en la que después de temperaturas altas hay bajadas bruscas.

Un grupo de investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Industria Forestal Agronómica y de la Bioenergía (EiFAB), del campus de la Uva de Soria, ha desarrollado una herramienta, basada en inteligencia artificial, que permite detectar las heladas tardías y diferenciarlas de otros fenómenos ambientales que afectan a bosques de hayedos y a su vez determinar la superficie que se hiela cada año.

El responsable del grupo, José Miguel Olano, explica que todas las especies de árboles son vulnerables a estas heladas. Para realizar la investigación se ha elegido el haya porque es una especie que tiene un margen de seguridad estrecho, es decir, el periodo en el que brotan las hojas oscila entre 10 y 15 días que son los que son más sensibles al frío y si están expuestos a una helada se quemarán sus hojas. Además cuenta con un importante valor de conservación y es un árbol longevo, en el que se puede observar su evolución en varios años.

El estudio de este grupo de investigadores, compuesto por biólogos, ingenieros forestales e ingenieros informáticos, ha tenido en cuenta toda la extensión de hayedos de España, cerca de 400.000 hectáreas.

Olano subraya que existe un compromiso social para preservar la biodiversidad forestal y dentro de la misma se encuentra el hayedo. En España están localizados en enclaves de importante altitud. Gracias a la herramienta de inteligencia artificial que ha diseñado el equipo, combinada con una metodología de estudio de los anillos de las hayas y otras características, como la densidad de la madera, el tamaño de los usos o los isótopos de carbono se puede analizar en tiempo real lo que ocurre en los bosques de hayedo, «no vamos a poder cambiar el clima, pero sí vamos a saber qué efectos puede tener sobre los bosques», indica Olano.

Aunque el trabajo no ha concluido, este grupo de investigadores, que pertenece al Instituto Universitario de Gestión Forestal Sostenible (iuFor), dependiente de la Uva y del INIA, ya han establecido algunas conclusiones que resultan interesantes. En 2017 se heló una quinta parte de la superficie de hayas del país, en Castilla y León se helaron casi todos, e incluso los investigadores han visto que ha sido un fenómeno que ha ocurrido otros años, como en 2003, 2010 y 2018 .

Además se ha comprobado que es un fenómeno concentrado en masas de elevada altitud, como en el Moncayo soriano, «pero nos han sorprendido las grandes extensiones dañadas en Palencia, León y el sur de Asturias”, aclara Olano.

La aplicación tecnológica que rastrea todo el hayedo español y que está en funcionamiento en el Campus Universitario de la Uva en Soria emplea las imágenes de satélite , que captan el índice de vegetación normalizado que muestra el estado de la vegetación y la evolución de las copas. La teledetección permite ver si ha habido una anomalía en este ciclo y dónde y cuándo se ha producido la helada, según explica Ángel García Pedrero, técnico que desarrolla esta herramienta.

Para captar las imágenes a través de los satélites se necesita la luz solar, por tanto los días nubosos apenas se podrán tomar datos y en las zonas de altitud donde se encuentran los hayedos es un fenómeno muy habitual. Este problema se salva con la toma de datos en áreas de mejor visibilidad en el mismo periodo de tiempo «porque creemos que ha ocurrido lo mismo», explica Ángel García, ingeniero informático que trabaja en el proyecto. Es la primera vez que este técnico desarrolla una herramienta tecnológica de inteligencia artificial para el sector forestal. Ha trabajado para otras aplicaciones como la medicina. El experto detalla alguna de las singularidades que tiene que tener en cuenta para esta herramienta concreta porque el periodo de tiempo en el que se tienen que tomar los datos es reducido, «dado que las heladas tardías se producen en un momento puntual». Por ese motivo es muy importante la observación de las imágenes a través del satélite en las que se aprecia el brote de las hojas en las copas de los árboles. Si se produce una helada se ve como decae y posteriormente hay una recuperación, «en definitiva establecemos patrones que nos van a ayudar a diferenciar cuándo se trata de una helada o es otra causa».

Para configurar esta herramienta se han reunido las imágenes de los bosques de hayedos de toda España con diferentes resoluciones espaciales, temporales, radiométricas y también en diferentes bandas.

El equipo ha comenzado a validar estos datos, en un proceso de inteligencia artificial, de tal manera que una vez que esté calibrada la herramienta será más exacta y «al final podremos hacer una predicción exacta de las heladas tardías cada año», señala Olano.

Los miembros del equipo también han elaborado un estudio de los anillos de los árboles que se cotejan con el índice de vegetación normalizado, que se ve a través del satélite. «Si vemos un índice anómalo y un crecimiento reducido de los anillos sabemos que se trata de una helada y no de una sequía», apunta Olano, quien explica que «disponemos de distintas fuentes de información independientes para saber que en un determinado año ha habido problemas».

La investigación, denominada ‘Señales’ y financiada por la Junta de Castilla y León, va a tomar y validar los datos de la masa de los hayedos españoles entre los años 2003 y 2018 para configurar la herramienta de inteligencia artificial.

Los expertos han completado los años 2017 y parte del 2018, en los que se registraron heladas el 29 de abril y el 15 de mayo, respectivamente. Olano subraya que «la helada del año pasado fue apenas imperceptible y pensábamos que no se iba a registrar, pero sí la hemos visto». El equipo establecerá conclusiones más cerradas cuando evalúe los datos de los hayedos tomados en la serie histórica. Con el conocimiento de los primeros años se han establecido varias tesis. José Miguel Olano asegura que «vamos a ver con frecuencia estos episodios de heladas tardías en hayedos que están expuestos a la altitud y al clima continental».

Uno de los objetivos de este trabajo es aclarar dónde y cuándo se producen estas heladas tardías y qué efectos van a tener sobre los bosques caducifolios, indica Gabriel Sangüesa, miembro del equipo, que sostiene que se trata de un fenómeno global y «la teledetección nos va a ayudar a conocer el impacto en los bosques y a partir de ahí podremos interpretar lo que va a pasar en el futuro».

Este grupo de investigadores ha elegido profundizar en las heladas primaverales y su relación con el cambio climático porque es un área más desconocida, dado que la comunidad científica está más volcada en los problemas de la sequía. Olano determina que «queremos saber si lo que estamos viendo y lo que ocurre en los árboles es algo habitual y si es recurrente o se trata de situaciones puntuales», así como si se trata de eventos relacionados con los cambios de temperatura. En este sentido puntualiza que en casos de fenómenos recurrentes se podría determinar que estas heladas tardías podrían reducir la dominancia de los hayedos y dar paso a bosques mixtos, con la presencia de otras especies.

«La inteligencia artificial nos va a cambiar el modelo de investigar en el sector forestal»

La tecnología basada en inteligencia artificial abre una multitud de posibilidades al sector forestal. «No nos podíamos ni imaginar las cosas que podemos hacer», explica José Miguel Olano, director de la Escuela de Ingeniería de la Industria Forestal Agronómica y de la Bioenergía (EiFAB) de la Uva en Soria y responsable la investigación ‘Señales’.

Para este doctor en Biología, la inteligencia artificial «nos va a cambiar el modelo de investigar en el sector forestal». Añade que «procesos en los que antes empleábamos mucho tiempo personal y muchas horas en el laboratorio ahora se hacen en menos tiempo, de forma eficiente y con costes reducidos», aclara.

El trabajo de observación que habitualmente emplean los investigadores del monte se realiza con el análisis de los anillos de los árboles y ahora es probable que se vaya a sustituir con técnicas de inteligencia artificial.

En la actualidad esta herramienta está infra desarrollada en el campo forestal en comparación con otros sectores como es la medicina, donde ya le han encontrado varias aplicaciones.

Una vez que el grupo de investigación de la Uva de Soria termine de validar todos los datos, la herramienta estará disponible on-line de manera gratuita para que pueda ser consultada por todas las personas que quieran conocer los daños en los bosques a causa de las heladas tardías.

Los satisfactorios avances de la investigación con esta nueva tecnología ha animado al grupo de Olano a poder desarrollar herramientas similares que puedan medir otros fenómenos en los bosques y que están relacionados con las modificaciones del clima. «Los fenómenos extremos se producen cada vez con mayor frecuencia y es necesario saber si producen en todas las partes», concluye.