Observatorio de I+D+i UPM

El uso de modelos físico-matemáticos de los glaciares nos permite conocer características dinámicas y térmicas de los mismos en zonas no accesibles a la observación directa, así como predecir su comportamiento futuro. A través de medidas realizadas desde la superficie de un glaciar o desde satélite, podemos determinar características geométricas, dinámicas o térmicas de la superficie del glaciar tales como la velocidad, deformación, o temperatura. Sin embargo, para conocer estas propiedades en el interior de la masa del glaciar, sin necesidad de realizar perforaciones o sondeos, o bien para ser capaces de predecir su comportamiento futuro, debemos recurrir al empleo de modelos físico-matemáticos. Basándonos en hipótesis físicas, establecemos las leyes que gobiernan el régimen dinámico y término de los glaciares y sus interacciones con el medio circundante (atmósfera, océano, suelo). La solución de estas ecuaciones nos proporciona los valores de velocidades y temperaturas en el interior del glaciar. Si éstas varían con el tiempo, el modelo nos permite efectuar predicciones del comportamiento futuro del glaciar (si avanzará o retrocederá, si ganará o perderá masa como consecuencia de la disminución o aumento de la fusión del hielo, etc.). Sin embargo, la dificultad de las ecuaciones y la complejidad de la geometría de muchos glaciares hacen que las ecuaciones dinámico-térmicas no puedan resolverse de forma exacta, por lo que es necesario hacer uso de métodos numéricos, que proporcionan una solución aproximada del problema

El empleo de la radioecosonda o georradar desde la superficie de un glaciar o a cierta altura sobre él (desde helicóptero o avión) nos permite determinar características geométricas o estructurales del mismo. Por ejemplo, el espesor de hielo, su estratificación interna y la posible presencia de canales endoglaciares o grietas sepultadas por la nieve. El método se basa en las técnicas radar: midiendo el tiempo transcurrido entre la emisión de una onda electromagnética (e-m) y la recepción del eco de la misma, y suponiendo conocida la velocidad de propagación de las ondas e-m en el hielo, podemos estimar la distancia a la que se encuentra el cuerpo o estructura (estrato, grieta, lecho del glaciar) que generó la reflexión de la onda emitida. Puesto que la velocidad de propagación de las ondas e-m depende de características físicas del hielo tales como su permitividad dieléctrica o su contenido en agua (agua líquida contenida en los poros o microcanales entre los cristales de hielo), el análisis de los registros de georradar nos permite también estudiar este tipo de propiedades. La intensidad de la reflexión en el lecho del glaciar depende de la cantidad de agua presente en la interfaz entre el glaciar y su lecho, y también de la rugosidad del lecho rocoso, por lo que el georradar constituye también una herramienta idónea para conocer la estructura y propiedades de una zona del glaciar que es inaccesible para la observación directa.

El término Geomática hace referencia al conjunto de tecnologías que tratan de la adquisición, almacenaje, organización, gestión y explotación de la información espacial georreferenciada, cuyo corazón son los Sistemas de Información Geográfica (SIG). En este contexto, el objetivo fundamental de esta línea de investigación es la aplicación de nuevas tecnologías de la información geográfica, como los sistemas de información geográfica (SIG), las infraestructuras de datos espaciales (IDE), la teledetección, el láser escáner (Lidar), la fotogrametría, etc., al planteamiento, desarrollo y solución de problemas de ordenación del territorio, arquitectónicos y del patrimonio. En los últimos años la investigación se ha centrado en tres áreas: 1) el uso de los SIG, junto con herramientas y técnicas basadas en la teoría de la decisión, para encontrar localizaciones óptimas de equipamientos y actividades humanas en el territorio; 2) el desarrollo CAD/CAE de soluciones arquitectónicas por ordenador y 3) la implementación y desarrollo de Modelos urbanos 3D. En esta ultima área se están utilizando e implementando los estándares más novedosos de las IDE, como el CityGML, para desarrollar el Modelo urbano 3D de la ciudad de Alicante.

Nuestras líneas de investigación se centran en los métodos de elementos finitos/descomposición de dominio, las técnicas de barrido rápido en frecuencia, los modelos de orden reducido y sus aplicaciones al diseño de antenas y circuitos pasivos de microondas. La mayoría de la tecnología actual no se puede concebir sin un manejo adecuado de los fenómenos electromagnéticos. El rápido desarrollo de los recursos de computación que ha tenido lugar a lo largo del siglo pasado ha hecho posible simular de forma precisa los fenómenos electromagnéticos mediante rigurosos métodos numéricos de onda completa. En consecuencia, el electromagnetismo computacional ha surgido como una nueva área de investigación para el análisis, diseño y aplicación adecuados de métodos numéricos para obtener simulaciones electromagnéticas rigurosas. Esto reduce la necesidad de las costosas etapas de prototipado y permite comparar distintas alternativas para el diseño y la optimización sin necesidad de construir los dispositivos. El electromagnetismo computacional se encuentra en constante movimiento ya que todavía existe una gran cantidad de retos, tales como mejorar la capacidad actual para analizar cualquier comportamiento electromagnético, elegir de forma correcta las discretizaciones espaciales (diferencias finitas, elementos finitos, volúmenes finitos, elementos de frontera), y solvers rápidos para las ecuaciones discretizadas (técnicas multinivel, métodos de descomposición de dominio, multipolos, clustering y modelos de orden reducido). Los intereses actuales de la industria están presionando para que el diseño tradicional se convierta en técnicas de optimización de onda-completa, requiriendo diseño asistido por ordenador, donde son necesarias evaluaciones muy rápidas en el espacio paramétrico. Como resultado, los métodos numéricos han de ser robustos y fiables, puesto que, de no serlo, uno no confiaría en estas técnicas para el diseño automatizado y esto las relegaría para uso académico meramente, pero nunca para ser empleadas por la industria.

Se denomina balance de masas de un glaciar al resultado neto del balance entre la masa ganada por acumulación de nieve y la pérdida de masa por fusión de la nieve o hielo y desprendimiento de icebergs. Desde el año 2000, nuestro grupo se encarga del mantenimiento de una red de estacas de medida de balance de masas y velocidad del hielo desplegada en los glaciares Johnsons y Hurd, en las proximidades de la Base Antártica Española Juan Carlos I (Isla Livingston, en el archipiélago de las Shetland del Sur). El objetivo de las medidas de balance de masas y de velocidad del hielo es el de suministrar datos de entrada a los estudios que relacionan la dinámica glacial con la climatología, y a las simulaciones numéricas de la respuesta de los glaciares a las variaciones en los parámetros climáticos. El interés de este tipo de medidas y simulaciones de ordenador es especialmente importante en el caso de los glaciares de las Shetland del Sur, ya que éstos son particularmente sensibles a los cambios climáticos, por tratarse de glaciares templados (es decir, están a temperaturas próximas al punto de fusión, característica excepcional en los glaciares antárticos) y, en consecuencia, cualquier incremento de la temperatura se traduce en un aumento de la fusión de la masa de hielo y en una aceleración de su movimiento debido a la lubricación ejercida por el agua de fusión que se infiltra hasta el lecho del glaciar. De hecho, el estudio del casquete glacial de Isla Livingston durante el último decenio, realizado por nuestro grupo de investigación y el grupo de glaciología del Departament de Geodinàmica i Geofísica de la Universitat de Barcelona, ha permitido constatar que este conjunto de datos forma un todo coherente y muestra una clara dependencia del calentamiento climático registrado, con medidas meteorológicas, en las Shetland del Sur y en el conjunto de la Península Antártica, lo que pone de manifiesto el interés de los trabajos realizados hasta la actualidad y el mantenimiento futuro de este tipo de medidas. Algunas muestras de la recesión glacial reciente observada en Isla Livingston son las imágenes que se muestran de retroceso de la mayor parte de sus frentes glaciares durante el periodo 1956-1999 (Calvet et al., 1999) y de cambios del volumen de hielo en Península Hurd durante ese periodo (Molina et al., 2007), que han supuesto una reducción del volumen de hielo en un 10%. Referencias: Calvet, J., García Sellés, D. y Corbera, J. (1999). Fluctuaciones de la extensión del casquete glacial de la isla Livingston (Shetland del Sur) desde 1956 hasta 1996. Acta Geológica Hispánica, 34, 365-374. Molina, C., Navarro, F.J., Calvet, J., García-Sellés, D. y Lapazaran, J.J. (2007). Hurd Peninsula glaciers, Livingston Island, Antarctica, as indicators of regional warming: ice volume changes during the period 1956-2000. Annals of Glaciology, 46, 43-49.