Servicio de Gestión Inteligente de Viñedos Mediante Modelos Mesoescalares de Alta Resolución
Introducción
Nombre del proyecto: VidDATA – Servicio de Gestión Inteligente de Viñedos Mediante Modelos Mesoescalares de Alta Resolución.
Financiación del proyecto: Programa Retos Colaboración 2019. Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.
Periodo de ejecución: desde el 01/11/2020 hasta 30/06/2024.
En las últimas décadas, estudiar el impacto del cambio climático en las producciones agrícolas es un tema de investigación relevante, debido a que las proyecciones actuales indican que el número de eventos climáticos extremos son cada vez más frecuentes e intensos. Asimismo, el proyecto Europeo PESETA III, predice que las producciones agrícolas en el sur de Europa sufrirán una reducción del 20% a finales del siglo XXI debido a que los cultivos se verán afectadas por el aumento de las temperaturas y la disponibilidad de agua que varía regionalmente.
A pesar de haber numerosos equipos de investigación y expertos de diferentes organismos, universidades e instituciones españolas que se encargan de evaluar la variabilidad y la influencia del cambio climático en las producciones agrícolas, y existir un Plan Nacional de Adaptación al Cambio Climático, son escasos los estudios de impactos que tienen en cuenta a las Islas Canarias. Esto se debe a que la resolución de los modelos climáticos globales es insuficiente para poder llevar a cabo estudios en superficies reducidas. Por lo que, actualmente no se dispone de una estimación de sus efectos sobre la agricultura en el archipiélago.
Los viñedos, al igual que el resto de producciones agrícolas, se ven afectados por los efectos del cambio climático. Por tanto, la calidad de la producción vinícola se puede ver amenazada tanto en calidad como en cantidad de uva, provocando cambios en la producción del alcohol y en las concentraciones de ácido y azúcar. En Canarias, esto supone un problema de gran interés, ya que a pesar de las pequeñas dimensiones de las islas y su compleja orografía, cuenta con once Denominaciones de Origen Protegidas (DO). De igual modo, podemos destacar que los viñedos más altos de Europa se encuentran en las islas, a 1.750 metros de altura aproximadamente en Tenerife. Todo ello, conlleva a la necesidad de proteger los viñedos en Canarias.
Como respuesta a esta problemática se presenta vidDATA, un servicio agroclimático y de apoyo que integra información climática de alta resolución, así como estimación de costes, mediante el uso de nuevas tecnologías como Big Data y Machine Learning, con el fin de ayudar, tanto a las aseguradoras agrarias como al sector vitivinícola de Canarias, a la toma de decisiones y desarrollo de estrategias de adaptación frente al cambio climático.
Con ello vidDATA, introduce dos innovaciones para el sector vitivinícola de Canarias: mejorar la información climática a través de técnicas de regionalización, aplicando el modelo mesoescalar Weather Research and Forescasting (WRF4 ) y la creación de un sistema de gestión de información climática y vitivinícola (Plataforma Digital), entregado como SERVICIO AGROCLIMÁTICO al cliente final.
Para llevar a cabo estas innovaciones es necesario salvar una serie de desafíos, de los cuales existen evidencias científicas. Por un lado, mejorar la información climática a través de técnicas de regionalización aplicando WRF y por otro, identificar aquellas variables e índices de extremos climáticos que directa o indirectamente se encuentran asociadas a las variaciones de producción de viñedos.
Objetivo general
Desarrollar una plataforma inteligente de ayuda a la gestión de viñedos y ofrecer información climática de alta resolución adecuada al sector vitivinícola. Asimismo, esta información será utilizada para la obtención de modelos agroclimáticos y de aquellos índices de extremos climáticos y agroclimáticos, que directa o indirectamente se encuentran asociadas a las variaciones de productividad de la vid. Toda la información climática, así como la asistencia inteligente para la planificación de los trabajos a realizar en los viñedos, será comercializada como un servicio agroclimático que ayudará al cliente a la toma de decisiones sobre la gestión de la siembra, la cosecha, el manejo de agua, el tipo de uva y otros insumos. De igual modo, se evaluará la replicabilidad de vidDATA a otros cultivos de interés de las islas, como la posibilidad de extrapolarlo a otros lugares con la misma complejidad orográfica que Canarias.
La consecución de este proyecto supone dotar al sector vitivinícola, por un lado, de un servicio agroclimático, y por otro lado, de un sistema de apoyo para la toma de decisiones, y así evitar la amenaza que supone el cambio climático al sector, minimizando los costos y riesgos a través de mejorar la gestión de producción, calidad y cantidad del producto final.
Objetivos específicos
El proyecto VidDATA plantea seis objetivos específicos.
1. Generación de un repositorio de datos observacionales
Crear un repositorio que contenga, por un lado, datos observados de las variables climáticas claves que afectan al ciclo vegetativo de la vid, que son la precipitación, temperatura media, máxima y mínima, entre otras. Y por otro lado, datos del cultivo, en el que se incluye producción, superficie y rendimiento.
Por lo que, este repositorio incluirá datos climáticos y agrícolas, los cuales estarán a disposición de todos los miembros del equipo de investigación, ya que serán necesarios para la evaluación las salidas del modelo el modelo mesoescalar Weather Research and Forescasting (WRF) y los índices de extremos climáticos obtenidos y agroclimáticos, así como para la obtención de los modelos agroclimáticos y el análisis inteligentes de datos.
2. Optimización de la configuración WRF para la correcta proyección de variables climáticas
Evaluar la capacidad del modelo WRF para simular adecuadamente las variables climáticas que influyen en la variabilidad de la vid. Para ello, se llevará a cabo un número considerable de simulaciones, probando diferentes configuraciones de las distintas parametrizaciones de procesos físicos incluidas en el WRF.
Una vez analizadas las diferentes configuraciones, se escogerán aquellas parametrizaciones que proporcionen los resultados más óptimos. Incluso, se podrá realizar otras simulaciones utilizando alguna configuración diferente a las incluidas en el modelo WRF, con el fin de suplir alguna carencia que se detecte durante el análisis de los resultados.
3. Obtención de índices de extremos climáticos y agroclimáticos, así como de modelos agroclimáticos
Obtener, por un lado, los índices de extremos climáticos que afecten directa o indirectamente a la largo de las etapas de desarrollo de la vid y, aquellos índices agroclimáticos que pueden ayudar a la toma de las decisiones al sector vitivinícola. Y por otro lado, los modelos agroclimáticos que expliquen la variabilidad del rendimiento de vid. De modo que, estos modelos tratan de representar los efectos del clima en las producciones agrícolas.
Tanto los índices como los modelos agroclimáticos, se obtendrán a partir de las simulaciones climáticas realizadas en el objetivo anterior. No obstante, para la obtención de los modelos también se necesitarán datos históricos de productividad de la vid y datos climáticos observados, debido a que los modelos agroclimáticos se obtienen a partir de las relaciones entre ambas bases de datos.
4. Análisis inteligente de datos
A medida en que se recopilan datos de distintas fuentes, y a pesar de que todos ellos son relevantes, también sucede que la interpretación de los mismos, y por tanto los criterios a aplicar se vuelven más complejos de deducir. Es por ello, que es necesario utilizar técnicas de inteligencia artificial y análisis inteligente de datos, para construir herramientas que faciliten la toma de decisiones. Por lo que, se plantean como sub-objetivos:
Validar la relevancia de las distintas variables climáticas, meteorológicas y de tareas de cultivo como predictores de indicadores de productividad de la vid. Selección de componentes principales o variables y patrones que explican en mayor medida el comportamiento de dicha productividad.
Construcción de modelos de predicción temprana de productividad en series temporales que traten de anticipar el resultado de la cosecha.
Construcción de sistemas recomendadores sobre las acciones de cultivo preferibles para la optimización de la productividad en la propia cosecha y sobre variedades y ubicaciones óptimas según las variables climáticas previstas en el medio plazo.
5. Estimación de costes de cultivo de viñedo y simulación de efectos potenciales del cambio en parámetros climáticos
Evaluar la estructura de los costes asociados al cultivo y los efectos que el cambio climático traerá consigo para la realización de las tareas en la vid, así como simular el impacto en los costes unitarios.
Por lo que, habrá que examinar las actividades implicadas en el cultivo del viñedo y evaluar las horas de trabajo que requieren, para luego añadir los costes de materias primas o inversiones en maquinaria e instalaciones. Y para simular el impacto en los costes unitarios, será necesario tener en cuenta los efectos sobre los insumos y rendimientos, para poder así simular el impacto en los parámetros determinantes del coste, lo que será de ayuda para el diseño de políticas públicas de ayuda a las producciones agrarias.
6. Diseño y desarrollo de una plataforma digital de gestión y monitorización
Ofrecer un servicio de gestión global remoto para que el cliente pueda disponer en todo momento de la información oportuna, de una forma sencilla y clara de interpretar. Esta plataforma se visualizará a través de cualquier dispositivo con conexión a internet.
Para cumplir este objetivo, se llevarán a cabo los estudios y análisis necesarios para el diseño y desarrollo de la plataforma digital, así como la selección de un proveedor de sistema “clouding” y “hosting”. Para posteriormente, diseñar la propia plataforma, habiendo previamente definido y diseñado la algoritmia de automatización, la base de datos y las diferentes interfaces y opciones de visualización a incluir.
Conclusiones
El proyecto VidDATA se distingue por su enfoque innovador y por integrar tecnologías avanzadas en el sector vitivinícola de Canarias. VidDATA es una herramienta que facilitará a los viticultores la adaptación a las condiciones cambiantes del clima, garantizando la sostenibilidad y la calidad de la producción vinícola en Canarias. Las principales innovaciones y productos obtenidos en el proyecto se resaltan a continuación.
VidDATA introdujo varias innovaciones entre las que podemos destacar:
Información climática de alta resolución: VidDATA recopila datos meteorológicos y climáticos de diferentes fuentes constituyendo una BD con más de 3400 millones de datos. Con dicha información, se generaron aquellos índices de extremos climáticos y agroclimáticos que afectan a lo largo del ciclo vegetativo de la vid. Todos los índices se obtuvieron para un periodo histórico (1980-2022), y, además se proyectaron para un futuro cercano (2030-2059) utilizando el modelo WRF.
Plataforma digital: Se desarrolló bajo un consorcio que permite la puesta en marcha de plataformas de este tipo altas prestaciones y alta demanda que requieren de grandes infraestructuras técnicas y capacidad de cómputo. Contiene grandes volúmenes de datos climáticos orientado al sector vitivinícola que permite realizar análisis directos de los datos a través de los múltiples cuadros de mando diseñados específicamente en función de cada perfil de usuario. La plataforma permite analizar los efectos del cambio climático en la vid en Canarias. pone una mejora considerable de cara a futuros análisis e investigaciones, así como una herramienta de alto valor para la toma de decisiones políticas relacionadas con el Cambio Climático y sus efectos de cara a una optimización en su mitigación.
Machine Learning: Los modelos pueden ser útiles para hacer proyecciones sobre las condiciones futuras del cultivo, aunque enfrenta desafíos debido a la falta de una base de datos amplia y precisa sobre producción vitivinícola. No obstante, una vez se amplíe y mejore la calidad de los datos, estos modelos podrán realizar proyecciones más precisas sobre las condiciones futuras del cultivo.
Costos de Producción: La estructura de costos del cultivo de la vid proporciona información para proyectar las condiciones futuras en las que se desarrollará la actividad vitivinícola. Aunque hay diversidad en las condiciones de cultivo en Canarias, el simulador permite a los expertos personalizar escenarios para cada región específica.
Mejora en la toma de decisiones: La aplicación ofrece información esencial que permite a los productores tomar decisiones sobre el manejo del viñedo, mejorando así los rendimientos y la calidad de las uvas.
Fomento de la innovación: VidDATA impulsa la innovación en el sector vitivinícola al integrar tecnología con datos climáticos, ayudando a los viticultores a ser más resilientes y competitivos.
Los resultados de VidDATA dieron como resultado una plataforma digital en la nube accesible desde cualquier lugar a través de Internet. La plataforma, aparte de incluir toda la información climática necesaria para la gestión de viñedos, es una plataforma versátil para múltiples estudios relacionados con el cambio climático en Canarias, incluyendo otros campos de conocimiento, abarcando nuevos retos, así como, nuevas regiones de características similares a las Islas.
En resumen, el proyecto VidDATA introduce importantes innovaciones en la gestión de viñedos en Canarias, destacando el volumen de información climática recopilada y una plataforma digital intuitiva que permite analizar la información climática a través de cuadros de mando diseñados para distintos perfiles de usuario, permitiendo evaluar los efectos del cambio climático en la vid en Canarias.