JOAQUÍN BOSQUE SENDRA Departamento de Geografía

LA CIENCIA DE LA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y EL ESTUDIO DEL CAMBIO GLOBAL
JOAQUÍN BOSQUE SENDRA
Departamento de Geografía, Universidad de Alcalá
Madrid, España
INTRODUCCIÓN
El objetivo de este texto es presentar las posibilidades, y algunas de las deficiencias, que las
tecnologías de la información geográfica pueden tener para el estudio de un problema
fundamental de la actualidad: el Cambio global. Posibilidades que se incrementarán
notablemente si se desarrollan las nuevas iniciativas que se han planteado para el
fortalecimiento de dos nuevas disciplinas científicas, o quizá mejor dicho, de dos nuevos
enfoques para la utilización y desarrollo de las tecnologías de la información geográfica: La
Ciencia de la información geográfica (CIG) y la Ciencia social espacialmente integrada (CSEI).
Por ello en el primer apartado de este texto se plantea un resumen rápido del concepto de
cambio global y de los desarrollos que se están produciendo para su análisis.
En el siguiente apartado, el 3, se detallan algunas de las implicaciones territoriales, geográficas,
que el estudio del cambio global implica.
El cuarto apartado analiza los conceptos de Ciencia de la información geográfica y de Ciencia
social espacialmente integrada como planteamientos recientes que, quizá, puedan contribuir al
avance en el entendimiento del cambio global. Finalmente, en el último apartado el texto
subraya algunas de las posibilidades que estas nuevas disciplinas puedan aportar al estudio del
Cambio global.
EL CAMBIO GLOBAL Y SU ESTUDIO EN LA ACTUALIDAD
En las últimas décadas se ha empezado a plantear la idea de que se está produciendo una
modificación sustancial del modo de funcionamiento del planeta, que estaríamos implicados en
un proceso de Cambio global (Boada y Sauri, 2002).
Esta idea parte del supuesto, de que la Tierra es un sistema (un conjunto de elementos
interconectados: océanos, atmósfera, superficie de los continentes, biosfera, etc), en el que la
vida (vegetación, fauna, humanidad) es un elemento clave del sistema Tierra e incide
fuertemente en su control y en su evolución.
Recientemente se han observado cambios importantes en diversos aspectos del sistema Tierra,
cambios de gran importancia que se pueden denominar “Cambio global”. Es decir, que son
generales y modifican de manera sustancial el funcionamiento del sistema. Las actividades del
hombre juegan un papel cada vez más importante en la modificación del funcionamiento del
sistema Tierra. Producen múltiples efectos, que interactúan de forma compleja con otros hechos,
y que pueden conducir a superar umbrales y producir cambios bruscos del estado de
funcionamiento del sistema Tierra.
En relación a todo esto se ha ido organizando una comunidad de estudiosos que tratan sobre el
sistema Tierra y el cambio global que se está produciendo en él. La base es el ICSU: Consejo
internacional de la Ciencia, Federación de Uniones de científicos. En su seno se han planteado
una serie de programas internacionales de investigación: IGBP (International Geosphera
Biosphera Program), IDHP (International Human Dimensions Program), etc.
Se originaría con ello una nueva disciplina científica, muy fundamentada, muy basada, en las
Ciencias experimentales.
Cuatro grandes programas de investigación: IGBP, IHDP, Diversitas, Clima global forman
básicamente los estudios sobre estas cuestiones.
El International Human Dimensions Program (IHDP) pretende responder a preguntas como las
siguientes: ¿En qué medida las acciones humanas contribuyen al cambio global? ¿De qué forma
el cambio global afecta a la población y a su modo de vida? ¿Qué acciones se pueden tomar
para mitigar estas acciones del hombre?
El programa DIVERSITAS intenta promover la Ciencia de la biodiversidad integrando
disciplinas biológicas, ecológicas y sociales y entender las razones de la pérdida de
biodiversidad y estudiar los procedimientos para una conservación y uso sostenible de ella.
El World Clima Research Program (WCRP: http://www.wmo.ch/web/wcrp/wcrp-home.html),
su finalidad es comprender el sistema climático y los procesos para predecir el clima y la
influencia humana sobre él. Determinando para ello los valores de la variabilidad climática
natural, con la idea de la predicción de las variaciones climáticas regionales y de los cambios en
la frecuencia y severidad de fenómenos extremos. Este programa colabora con el IPCC
(http://www.ipcc.ch/), el Panel intergubernamental para el Cambio climático, que, como es
conocido, es impulsado por la Organización Meteorológica Mundial (OMM) y el Programa de
las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) desde 1988.
Finalmente, el IGBP, International Geosphera Biosphera Program, que se centra en el estudio de
las interacciones entre los sistemas biológicos y la estructura geológica y geomorfológica de la
Tierra. Este programa ha desarrollado o aún tiene en marcha, un amplio número de proyectos
específicos, algunos de ellos en colaboración con alguno de los otros tres programas globales.
En concreto podemos mencionar los siguientes proyectos específicos:
IGAC: - International Global Atmospheric Chemistry. Dedicado al estudio de los
mecanismos que regulan la composición química de la atmósfera y del papel que juegan
los mecanismos biológicos en la generación de los gases atmosféricos.
GCTE - Global Change and Terrestrial Ecosystems. Estudia de que manera el cambio
global afecta a los ecosistemas terrestres y la realimentación desde ellos hasta el sistema
climático global.
GLOBEC - Global Ocean Ecosystem Dynamics. Analiza la forma en que el cambio global
afecta a los ecosistemas marinos y la respuesta de ellos hacia el sistema climático global
JGOFS - Joint Global Ocean Flux Study. Muy relacionado con el anterior trata de explicar
el modo en que los procesos biológicos marinos responden y afectan al cambio climático
LOICZ - Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone, estudia la manera en que los
cambios en el uso del suelo, el nivel del mar y el clima alteran las zonas costeras y las
consecuencias globales de esa alteración.
BAHC - Biospheric Aspects of the Hydrological Cycle, analiza las interacciones de la
ocupación del suelo con los procesos físicos de la hidrosfera.
Otro de los temas importantes es el del cambio de uso y del cambio de la ocupación del suelo,
estudiado también por diversos proyectos (LUCC, Land Use and Cover Change y GLP, Global
Land Project -el principal objetivo de este proyecto es el estudio de la interacción del uso del
suelo y de los sistemas ecológicos de la Tierra-), en este caso se realiza con el patrocinio de
Internacional Social Science Council (ISSC) y del Internacional Human Dimensions
Programme on Global Environment Change (IHDP) ya que es una cuestión que combina
aspectos sociales y económicos con hechos naturales. (Gutman y otros, 2004; Boada y Saurí,
2002, pp. 73-95). LUCC/GLP está auspiciado, simultáneamente, por el programa IGBP y por el
IHDP, precisamente debido a la necesidad de tener en cuenta, en la comprensión de los cambios
en las ocupaciones del suelo, aspectos físicos, muchos de ellos estudiados por el programa
IGBP, además de cuestiones sociales y económicas, que son estudiadas, al menos en parte, por
el programa IHDP. Esta circunstancia es una buena muestra de la complejidad que contiene el
tema de la dinámica de los usos/ocupaciones del suelo, donde es imprescindible la
consideración de variables biofísicas y socio-económicas (Bosque Sendra, 2005b).
En resumen, se podría concluir que los principales resultados de esta nueva disciplina, o de este
nuevo enfoque de muchas ciencias experimentales, es la evidencia de un cambio global muy
importante. Cambios en los elementos básicos de la dinámica interna del sistema Tierra. Un
indicador muy visible de todo ello sería el incremento de la concentración de CO2 en la
atmósfera (Hardy, 2004).
EL ASPECTO TERRITORIAL DEL CAMBIO GLOBAL
Una cuestión muy relevante para los usuarios de las tecnologías de la información geográfica
son las implicaciones territoriales de estos estudios sobre el cambio global. Tenemos que pensar
que estos análisis requieren elaboraciones teóricas, muchas de ellas trayendo ideas y conceptos
desarrollados en otras disciplinas (Química, Biología, Geología, etc.) y que se deben aplicar a
un nuevo campo, el de la totalidad del sistema Tierra. Esto sería el primer componente para el
desarrollo de este nuevo enfoque, pero, para que esas teorías, esos conceptos, se puedan
comprobar y validar, se necesitan datos globales que demuestran la utilidad de estas teorías.
Resulta que, como veremos a continuación, muchos de esos datos son de carácter territorial.
Para ello vamos a enumerar y comentar los datos geográficos necesarios en algunos de estos
proyectos específicos que ya están en marcha.
Podemos clasificar los datos necesarios en estos programas en varios grupos:

Datos en 4D, es decir datos en los que es necesario manejar y considerar cuatro tipos de
coordenadas de posición: tres espaciales (longitud, latitud y altitud) y una cuarta, el
tiempo.
Por ejemplo: el proyecto IGAC: - International Global Atmospheric Chemistry y el GCTE Global Change and Terrestrial Ecosystems necesitan información sobre los hechos atmosféricos
y meteorológicos (modelos climáticos) que funcionan en 3D/4D dimensiones geométricas.
Algunos de ellos se pueden obtener de Sensores remotos. De manera relativamente similar el
mencionado proyecto GCTE emplea datos sobre la composición de los océanos, nuevamente se
necesita este número de dimensiones geométricas. Lo mismo ocurre en el programa JGOFS Joint Global Ocean Flux Study.

Datos en 3D. En los qué las tres dimensiones geométricas, de posición espacial siguen
siendo importantes, pero la componente temporal ya no es demasiado relevante. Todos
los programas y proyectos en los que la composición del interior de la Tierra es de interés
necesitan este tipo de datos.

Datos 2D. Ahora se trata de describir la posición espacial de un dato sin que sea de
relevancia la altitud de esa característica. Aquí se incluyen los programas GCTE - Global
Change and Terrestrial Ecosystems (datos 2D de los ecosistemas, por otra parte muy
difíciles de obtener), LOICZ - Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone (necesita
simultáneamente datos 2D de las ocupaciones del suelo en la zona terrestre con los de
más dimensiones geométricas del océano) y BAHC - Biospheric Aspects of the
Hydrological Cycle (nuevamente se produce una complicada interacción de datos 2D de
la vegetación y ocupación del suelo con hechos más complejos y difíciles de representar
de la atmósfera). Finalmente, los proyectos LUCC/GLP utilizan de manera intensiva
datos de este carácter.
Junto a los datos mencionados este amplio programa de estudios sobre el cambio global necesita
también de técnicas analíticas para describir, explicar las causas y predecir. Todas estas técnicas
deberían considerar los aspectos territoriales y geográficos, con sus particulares requerimientos.
Del mismo modo, se necesitaría disponer de procedimientos de modelado adaptados a estos
datos complejos y en los que la dimensión territorial es muy significativa. Una revisión amplia
de los modelos globales desarrollados hasta el momento, de sus ventajas y de sus todavía graves
deficiencias, en Bosque Sendra (2009).
Una pregunta inmediata que se puede formular es si las actuales tecnologías de la información
geográfica (en particular los Sistemas de información geográfica) se encuentran capacitados
para responder a estas necesidades. Y la respuesta es que no lo están. Precisamente por esta
respuesta es por lo que se han planteando un conjunto de nuevas ideas y propuestas a las que
nos vamos a referir a continuación.
LA CIENCIA DE LA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y LA CIENCIA SOCIAL ESPACIALMENTE
INTEGRADA
Desde hace ya casi dos décadas diversos geógrafos (Goodchild, 1992 y 1997; Wright, Goodchild,
y Proctor, 1997) han planteado el interés y la necesidad del desarrollo de una nueva disciplina
científica, la denominada Ciencia de la información geográfica (CIG). Una nueva disciplina que
fundamente y facilite el uso adecuado y correcto de las diferentes tecnologías de la información
geográfica ahora disponibles: entre ellas el GPS (Núñez, Valbuena y Velasco, 1992), la
Teledetección (Chuvieco, 2002), los Sistemas de información geográfica (Bosque Sendra, 1997),
principalmente.
La utilización de estas tecnologías es cierto que facilitan el estudio y resolución de numerosos
problemas y cuestiones territoriales, pero, por otro lado, cada vez son más visibles las
insuficiencias y dificultades de la aplicación de estos instrumentos en el estudio de diversos
problemas, y, muy en particular, de los relacionados con el análisis del Cambio global que aquí nos
interesa.
La CIG se puede definir como: “Un cuerpo de conocimiento que pretende el estudio, la
investigación y el desarrollo de los conceptos teóricos, los algoritmos matemáticos, los programas
informáticos, los instrumentos físicos, las bases de datos, las nuevas formas de uso y la búsqueda de
nuevos temas de estudio en relación a las tecnologías que permitan el uso eficiente de la
información geográfica”. (Bosque Sendra, 2005a)
Ejemplos concretos de cada una de estas cuestiones, en relación a los temas del cambio global,
podrían ser las siguientes:
-
Conceptos teóricos: Determinación de la utilidad y la dificultad de la
representación digital del espacio geográfico terrestre en forma de "globos” o
mediante otra forma de representación general.
- Algoritmos matemáticos: Posibilidades de la computación en paralelo para
resolver extensos y complicados modelos de simulación territorial de carácter
global y, por ello, muy difíciles de calcular en tiempos razonables (Healey y otros,
1998).
- Programas informáticos: Que resulten más intuitivos y fáciles de utilizar por
usuarios inexpertos y que sean interoperables entre los diferentes proveedores del
mercado y con los que se representen y se manejen, de manera asequible, los
hechos globales..
- Dispositivos físicos: Estudio de las posibilidades que ofrecen las técnicas de
realidad virtual y la realidad aumentada para el manejo más fácil e intuitivo de los
programas SIG.
- Bases de datos: Más completas, interoperables y que permitan análisis y
tratamientos a distintas escalas espaciales (global, regional, local) resolviendo las
cuestiones de la generalización cartográfica de manera sencilla y “automática”.
- Nuevas formas de uso: Mejora en el empleo de representaciones globales
(“globos”) de los fenómenos territoriales que permitan comprender las relaciones
entre diversos tipos de hechos.
- Nuevos temas donde aplicar las tecnologías geográficas: Precisamente el Cambio
global es un nuevo tema en donde la aplicación de las tecnologías de la
información geográfica, renovadas a partir de los desarrollos originados en la
CIG, podría ser una importante aportación a su mejor conocimiento
.
Actualmente la CIG está impulsada por un consorcio de universidades en Estados Unidos (UCGIS,
2004, 2002 y 1996) que organiza numerosas actividades sobre el tema.
¿Cuáles son los problemas que la CIG estudia y que pueden suponer una ayuda para el análisis
del cambio global?
I. Diseño de nuevos y mejores modelos de datos para la representación digital de la
Información geográfica
Como serían los modelos de datos que: a) tengan en cuenta las tres dimensiones geométricas
de la realidad: la longitud y la anchura (que ya están incluidas en los SIG actuales) y la altura,
muy mal representada en los sistemas actuales. Qué, como ya sea indicado, son esenciales
para el estudio de diversas cuestiones globales. b) - Incluyan la dimensión temporal de la
realidad geográfica y la dinámica espacio-temporal de los hechos geográficos (Langram,
1992; Peuquet, 2002). Algo esencial para un estudio de un fenómeno dinámico y cambiante en
el tiempo como es el cambio global y que se ha observado imprescindible para algunos
conjuntos de datos de los mencionados anteriormente. c) Que permitan considerar a la vez las
propias características de los datos y las incertidumbres y los errores que los afectan
(Hearnshaw y Unwin, 1994, p. 141-149), no se debe menospreciar la importancia y el tamaño
de los errores en los datos globales, tan numerosos y difíciles de obtener, disponer de medios
para considerar estas incertidumbres es esencial para un correcto análisis de estos temas. d)
Nuevos modelos de datos que faciliten los cambios de escala para la representación, análisis y
captura de los datos. Consiguiendo que los datos geográficos puedan ser usados sin problemas
a diversos niveles de la escala espacial, manteniendo la coherencia y la validez de la
información representada (Weibel y Dutton, 1999; Muller, Legrange y Weibel, 1995). Algo
importante en un proceso global como el que se debe considerar en nuestro problema, donde
los procesos causales actúan, casi con total seguridad, a varios niveles de detalle.
En resumen, es necesaria una profundización en lo que se ha venido denominando la ontología
de los hechos geográficos (Mark, 2003), que establece una teoría formalizada de los hechos
geográficos relevantes del mundo real, las relaciones que tienen entre si y los procesos que los
modifican. Existen numerosos desarrollos en este sentido: por ejemplo, Duckham, Goodchild
y Workboys (2003).
II. Desarrollo de mejores métodos de análisis de la Información geográfica que se incluyan en
las tecnologías geográficas.
- Nuevos procedimientos de análisis espacial para la exploración de los diversos componentes
de los datos geográficos: el espacial, el temático, el temporal. Explorando cada uno por
separado y en interacción con los restantes, y con los diversos niveles de escala de
observación: global, regional, local (Anselin, 1999; Anselin, Syabri y Kho, 2004).
- Planteamientos técnicos que faciliten la confirmación rigurosa de las hipótesis, teorías y
modelos elaborados dentro de los SIG (Fabbri y Chung, 1996). Teniendo en cuenta para ello
las propiedades específicas de los datos geográficos: autocorrelación espacial, falta de
independencia estadística de las observaciones espaciales, variables con distribuciones de
frecuencia no gaussianas, etc.: (Fischer, Scholten y Unwin, 1996, parte 3), Goodchild y
Haining (2004).
Se puede pensar que la principal aportación que se puede esperar del desarrollo de la CIG,
y que, en parte, puede ayudar al avance del estudio del Cambio global, es facilitar el uso
más fácil, más potente y más correcto del amplio número de nuevas tecnologías de la
información geográfica ya existentes y de las otras que están surgiendo en los últimos años.
Por otra parte, esta nueva disciplina sirve para mostrar la importancia del territorio, del
espacio geográfico, en el entendimiento de muchos problemas sociales o ambientales, y en
particular de la comprensión avanzada del Cambio global, y de la necesidad de disponer de
métodos de análisis que tengan en cuenta este componente en el estudio de estos
fenómenos.
Una segunda iniciativa de interés para nuestra cuestión es el desarrollo de la denominada
“Ciencia social espacialmente integrada” (CSISS, 2004). La idea fundamental de este
enfoque es la insistencia en el papel central que el espacio geográfico, el territorio, ocupa
en numerosas ciencias sociales. Lo que parece importante de considerar en nuestro caso es
que el Cambio global no es solo un proceso natural y físico, sino que, por el contrario, es
un efecto de las actividades humanas y que su entendimiento exige tener en cuenta muchas
cuestiones sociales y económicas y que, en ese planteamiento, el territorio juega un papel
central.
Otra cuestión relevante para el estudio del Cambio global es que si, por un lado, la
pretensión principal de la Ciencia (y muy en particular de las Ciencias experimentales) es
descubrir grandes principios generales y abstractos, por otra parte, la aplicación de esos
principios generales para adoptar políticas concretas necesita, de una concreción y
aplicación a lugares concretos, para lo que es esencial la consideración de las variaciones
espaciales de los fenómenos y de los citados principios generales. Por lo tanto, el territorio,
y sus concretas y específicas variaciones, se convierte en un elemento crucial para la
formulación, por ejemplo, de políticas y acciones de Ordenación territorial, basadas en el
conocimiento de algunos principios generales más o menos ya bien conocidos en diversas
Ciencias sociales y, para el problema del Cambio global, en las Ciencias experimentales.
Por todo ello, el crecimiento y desarrollo de este tipo de enfoque debería resultar una
aportación significativa a la descripción, comprensión, explicación, y simulación de los
fenómenos del Cambio global.
LAS POSIBLES APORTACIONES DE LA CIG Y DE LA CSEI AL ESTUDIO DEL CAMBIO GLOBAL
En resumen, qué aportaciones pueden realizar estas dos nuevas disciplinas al estudio del
Cambio global.
A)
B)
C)
En primer lugar, un nuevo planteamiento conceptual de cómo estudiar este complicado
tema. Planteamiento en el que, por un lado, se insista más y mejor en la importancia de
los problemas sociales y económicas en el origen y en la evolución del Cambio global.
Por otra parte, en la importancia del contexto territorial en el que se producen los
procesos determinantes de esta dinámica.
En segundo lugar, en el desarrollo de nuevas metodologías de análisis y descripción de
los hechos del Cambio global, metodologías que permitan considerar la incidencia precisa
del territorio, del espacio geográfico, en estos procesos.
En tercer lugar, la creación de nuevos y más potentes modelos de datos para representar
digitalmente los tipos de hechos geográficos necesarios para la descripción y
entendimiento de este proceso global y su integración con las nuevas técnicas antes
señaladas.
En estas líneas de desarrollo se pueden indicar ya algunos avances de interés, todavía limitados.
Por ejemplo, para el estudio de los procesos de cambio de la ocupación del suelo ya existen
numerosos modelos explicativos, predictivos y de simulación. En (Briassoulis, 2000) se revisan
muchos de estos modelos con bastante detalle, diferenciando hasta cinco grandes enfoques
empleados en su desarrollo: Modelos estadísticos y econométricos (Regresión lineal, EMPIRIC,
etc.); Modelos de interacción espacial (Gravitatorios, potencial, etc.); Modelos de optimización
(incluyendo aquí las técnicas de evaluación multicriterio y multiobjetivo); Modelos integrados
(Lowry, basados en la contabilidad input-output, etc.) y, finalmente, otros enfoques de
modelado (aquí se sitúan los planteamientos más centrados en el uso de los SIG, por ejemplo el
uso de Cadenas de Markov v la superposición de mapas temáticos para describir, analizar y
predecir la evolución de las ocupaciones del suelo).
Los modelos basados en “autómatas celulares” (Aguilera y otros, 2010) y en multi-agentes
serían otra reciente aportación a esta línea de desarrollo de modelos sobre la evolución de las
ocupaciones del suelo y estarían adquiriendo una importancia muy significativa en la actualidad
(Benenson y Torrens, 2004).
Una aportación de gran interés sería la de Alcamo, Leemans y Kreileman (1998) y IMAGE
(2004), con el desarrollo de un complejo modelo donde se incluye, junto a otros varios
componentes (un modelo del sistema económico-industrial, un modelo de la conexión
atmósfera-océanos, etc.), la dinámica de las ocupaciones del suelo y su impacto en el cambio
climático en el siglo XXI, a través de las emisiones de CO2 derivadas de las modificaciones en
la ocupación y los usos del suelo.
En conclusión, la Geografía, las tecnologías de la información geográfica, pueden aportar
avances e ideas de interés para el estudio del Cambio global, pero sin una actualización
importante de sus enfoques, como la que se puede originar con el desarrollo de la Ciencia de la
información geográfica y de la Ciencia social espacialmente integrada, estas posibilidades se
verán muy limitadas. Existe por ello un amplio nuevo campo de trabajo para todos los
interesados en estas tecnologías.
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