Evaluación de la humedad de suelo estimada mediante productos grillados en la zona centro-sur de Chile

Abstract

La humedad del suelo (HS) es fundamental en la interacción entre la atmósfera y la superficie terrestre, y aunque las mediciones in situ en Chile son limitadas, la percepción remota y la modelación ambiental han avanzado en la estimación de esta variable. Este estudio tiene como objetivo evaluar el desempeño de productos grillados de HS y su relación con condiciones edafotopoclimáticas y de cobertura vegetal contrastantes. Se consideraron los productos SPL4SMAU, SPL3SMP_E, SPL2SMAP_S, ERA5 y ERA5-Land, para contrastarlos con mediciones in situ de HS en catorce sitios ubicados en la zona centro-sur de Chile. Se aplicaron cuatro métricas de desempeño para evaluar la HS superficial (SSM) y en la zona de las raíces (RZSM). Para esta última variable se analizó las firmas de humedad de suelo, tiempo de ascenso (TA), amplitud (A), función de densidad de probabilidad (FDP), punto de marchitez permanente estimado (PMPe), capacidad de campo estimado (CCe), fecha de transición (FT) y el tiempo de transición (TT). Los resultados muestran que el ubRMSE promedio de la SSM (RZSM) para los productos horarios oscila entre 0.049 (0.028) a 0.52 (0.034) m³/m³, con tendencia a la subestimación (PBIAS > 25.39 (46.22) %) y fuertes correlaciones (r > 0.72 (0.79)). ERA5 presenta el mejor desempeño (promedio) en el KGE para SSM (0.21) y RZSM (0.39), seguido de ERA5-Land (0.01 y 0.19) y SPL4SMAU (0.13 y 0.16). El rendimiento de estos productos es mejor durante la primavera y disminuye en otoño. El análisis de eventos de precipitación específicos revela que ERA5 y ERA5-Land reproducen de manera efectiva el TA y la A en los eventos más intensos del año, por sobre el primer evento del año. Los productos grillados ERA5 y ERA5-Land muestran potencialidades en la estimación exacta de las propiedades de retención de agua en la RZSM, ofreciendo una representación más precisa del PMPe por sobre la CCe. En cuanto a la transición estacional, los productos generalmente retratan de forma precisa la FT de PMPe a CCe, destacando su capacidad para capturar fechas claves en la dinámica temporal anual, pero tienden a sobreestimar el TT de este periodo, resaltando una brecha en la comprensión total de la variabilidad estacional de la humedad del suelo.

Soil moisture (SM) is fundamental in the interaction between the atmosphere and the Earth's surface, and although in situ measurements in Chile are limited, remote sensing and environmental modeling have advanced in estimating this variable. This study aims to evaluate the performance of gridded SM products and their relationship with contrasting edaphotopoclimatic and vegetation cover conditions. The products considered were SPL4SMAU, SPL3SMP_E, SPL2SMAP_S, ERA5, and ERA5-Land, contrasting them with in situ SM measurements at fourteen sites located in the central-southern zone of Chile. Four performance metrics were applied to evaluate surface SM (SSM) and root zone SM (RZSM). For this latter variable, soil moisture signatures, rise time (TA), amplitude (A), probability density function (FDP), estimated permanent wilting point (PMPe), estimated field capacity (CCe), transition date (FT), and transition time (TT) were analyzed. The results show that the average ubRMSE of SSM (RZSM) for hourly products ranges from 0.049 (0.028) to 0.52 (0.034) m³/m³, with a tendency to underestimate (PBIAS > 25.39 (46.22) %) and strong correlations (r > 0.72 (0.79)). ERA5 exhibits the best performance (average) in KGE for SSM (0.21) and RZSM (0.39), followed by ERA5-Land (0.01 and 0.19) and SPL4SMAU (0.13 and 0.16). The performance of these products is better during spring and decreases in autumn. Specific precipitation event analysis reveals that ERA5 and ERA5-Land effectively reproduce TA and A in the most intense events of the year, over the first event of the year. Gridded products ERA5 and ERA5-Land show potential in accurately estimating water retention properties in RZSM, offering a more precise representation of PMPe over CCe. Regarding seasonal transition, products generally accurately depict the FT from PMPe to CCe, highlighting their ability to capture key dates in the annual temporal dynamics, but tend to overestimate the TT of this period, emphasizing a gap in the total understanding of seasonal variability in soil moisture.