Un mapa global de alta resolución de propiedades hidráulicas del suelo producido por una parametrización jerárquica de un modelo de retención de agua basado en la física

Resumen La correcta cuantificación de los procesos de intercambio de masa y energía entre la superficie terrestre de la Tierra, las aguas subterráneas y la atmósfera requiere una parametrización precisa de las propiedades hidráulicas del suelo. Las funciones de pedotransferencia (PTFs) son útiles en este sentido porque estiman estas características difíciles de obtener utilizando texturas y otros datos del suelo. La mayoría de las PTFs estiman parámetros de funciones hidráulicas empíricas con una precisión modesta. En una búsqueda continua por mejorar las estimaciones de las PTFs a escala global, evaluamos si se pueden obtener mejoras al estimar parámetros de funciones hidráulicas que hacen suposiciones basadas en la física. Para este fin, desarrollamos una PTF que estima los parámetros de las funciones de retención y conductividad hidráulica de Kosugi (Kosugi, 1994, https://doi.org/10.1029/93WR02931, 1996, https://doi.org/10.1029/96WR01776), que asumen explícitamente una distribución del tamaño de poro log-normal y aplican la ecuación de Young-Laplace para derivar una correspondiente distribución de presión. Utilizando una combinación previamente desarrollada de aprendizaje automático y bootstrapping, las cinco PTFs jerárquicas desarrolladas permiten estimaciones en condiciones prácticas que van de pobres a ricas en datos. Usando un conjunto de datos global independiente que contiene casi 50,000 muestras (118,000 puntos de retención), demostramos que las nuevas PTFs basadas en Kosugi superaron a dos PTFs basadas en van Genuchten calibradas con los mismos datos. Las nuevas PTFs se aplicaron a un mapa global de textura y densidad aparente de 1 × 1 km², produciendo así mapas de los parámetros, capacidad de campo, punto de marchitez, agua disponible para las plantas y las incertidumbres asociadas. Los parámetros hidráulicos del suelo muestran una variabilidad mucho mayor en el hemisferio norte que en el hemisferio sur, lo que probablemente se deba a la distribución geográfica de las zonas climáticas que afectan los procesos de meteorización y sedimentación.