Analysis of Atmosphere-Plant-Soil Interactions

Revelo Aristizábal, Mauricio Felipe

Publicación:
Analysis of Atmosphere-Plant-Soil Interactions

dc.contributor.advisor	Ruiz Restrepo, Daniel Felipe
dc.contributor.author	Revelo Aristizábal, Mauricio Felipe
dc.coverage.spatial	Medellín de: Lat: 06 15 00 N degrees minutes Lat: 6.2500 decimal degrees Long: 075 36 00 W degrees minutes Long: -75.6000 decimal degrees
dc.creator.degree	Magíster en Ciencias de la Tierra	spa
dc.creator.email	mfreveloa@eafit.edu.co
dc.creator.grantor	Universidad EAFIT, Innovación
dc.date.accessioned	2025-08-06T16:44:40Z
dc.date.available	2025-08-06T16:44:40Z
dc.date.issued	2025
dc.description	Comprender las interacciones entre la atmósfera, la vegetación y el suelo es fundamental para abordar problemáticas relacionadas con la estabilidad del terreno, la transferencia de agua y la variabilidad térmica en medios geológicos, especialmente en el contexto de las condiciones climáticas cambiantes. Estas interacciones controlan procesos acoplados en los suelos y rocas, y tienen implicaciones en la ingeniería geotécnica, la gestión del territorio y la sostenibilidad ambiental. La vegetación desempeña un papel central en la regulación del balance hídrico y mecánico del suelo al favorecer la infiltración, reducir la escorrentía y proporcionar refuerzo mediante los sistemas radiculares. Esta tesis investiga el continuo Suelo–Atmósfera, con especial énfasis en el papel de la vegetación. El documento se estructura en tres capítulos y tres apéndices, cada uno de los cuales contribuye a un análisis detallado del tema. El Capítulo 1 aborda el sistema Suelo–Atmósfera desde una perspectiva termo-hidro-mecánica y desarrolla dos enfoques complementarios. El primero examina el papel de la vegetación, con énfasis en la geometría radicular y una revisión de las formulaciones actuales reportadas en la literatura. Asimismo, se discute la relevancia del monitoreo geotécnico in situ para el estudio de la interfaz Atmósfera–Planta–Suelo mediante casos de estudio. El Capítulo 2 presenta una metodología basada en el procesamiento digital de imágenes para visualizar y cuantificar la arquitectura de sistemas radiculares. Este método proporciona parámetros geométricos que apoyan la interpretación en aplicaciones Planta–Suelo y la evaluación de soluciones basadas en la naturaleza. El capítulo resalta el papel del análisis visual como vínculo entre conceptos teóricos y datos observacionales. El Capítulo 3 analiza series temporales obtenidas a partir de redes multisensor en aplicaciones Suelo–Atmósfera en tres puntos de monitoreo con condiciones climáticas y geotécnicas distintas. En los casos de estudio no se incluyen variables de vegetación. Aquí se aplicaron técnicas espectrales como la transformada wavelet y la transformada de Hilbert–Huang para identificar periodicidades dominantes y evaluar relaciones potenciales entre variables como la precipitación, la humedad del suelo, la temperatura y el desplazamiento. El análisis incluye la estimación de coherencia y la correlación de Spearman entre funciones modales intrínsecas (IMFs) para examinar el acoplamiento temporal entre variables ambientales a múltiples escalas. El Apéndice 1 presenta los fundamentos teóricos de los procesos termo-hidro-mecánicos en medios porosos. El Apéndice 2 contiene datos de caracterización del suelo de un sitio monitoreado donde se cultivó vegetación en condiciones naturales. El Apéndice 3 incluye visualizaciones complementarias del análisis de series temporales, con las descomposiciones espectrales completas.
dc.description.abstract	Understanding the interactions between the atmosphere, vegetation, and soil is essential for addressing issues related to slope stability, water transfer, and thermal variability in geological media, particularly under changing climatic conditions. These interactions govern coupled processes in soils and rocks and have implications for geotechnical engineering, land management, and environmental sustainability. Vegetation plays a central role in regulating the soil's hydromechanical balance by promoting infiltration, reducing runoff, and providing reinforcement through root systems. This thesis investigates the Soil–Atmosphere continuum, with a specific focus on the role of vegetation. The document is structured into three chapters and three appendices, each contributing to a detailed analysis of the topic. Chapter 1 addresses the Soil–Atmosphere system from a thermo-hydro-mechanical perspective and develops two complementary approaches. The first examines the role of vegetation, emphasizing root geometry and reviewing current formulations reported in the literature. In addition, the importance of in situ geotechnical monitoring for studying the Atmosphere–Plant–Soil interface is discussed through case studies. Chapter 2 presents a methodology based on digital image processing to visualize and quantify root system architecture. This method yields geometric parameters that support interpretation in Plant–Soil applications and the evaluation of nature-based solutions. The chapter highlights the role of visual analysis as a bridge between theoretical concepts and observational data. Chapter 3 analyzes time series obtained from multisensor networks applied to Soil–Atmosphere interactions at three monitoring points with distinct climatic and geotechnical conditions. Vegetation variables are not included in these case studies. Spectral techniques such as the Wavelet transform and the Hilbert–Huang transform were applied to identify dominant periodicities and evaluate potential relationships among variables such as precipitation, soil moisture, temperature, and displacement. The analysis includes coherence estimation and Spearman correlation between intrinsic mode functions (IMFs) to examine temporal coupling among environmental variables at multiple scales. Appendix 1 presents the theoretical foundations of thermo-hydro-mechanical processes in porous media. Appendix 2 contains soil characterization data from a monitored site where vegetation was grown under natural conditions. Appendix 3 includes complementary visualizations of the time-series analysis, featuring the complete spectral decompositions.
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10784/36259
dc.language.iso	spa	spa
dc.publisher	Universidad EAFIT	spa
dc.publisher.department	Escuela de Ciencias Aplicadas e Ingeniería. Departamento de Ciencias de la Tierra	spa
dc.publisher.place	Medellín
dc.publisher.program	Maestría en Ciencias de la Tierra	spa
dc.rights	Todos los derechos reservados	spa
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess	eng
dc.rights.local	Acceso abierto	spa
dc.subject	Interacción atmósfera-planta-suelo
dc.subject	Transformada de Wavelet
dc.subject	Transformada de Hilbert-Huang
dc.subject	Análisis de imágenes
dc.subject.keyword	Atmosphere-Plant-Soil Interaction
dc.subject.keyword	Wavelet Transform
dc.subject.keyword	Hilbert-Huang Transform
dc.subject.keyword	Image Processing
dc.subject.lemb	CIENCIAS DE LA TIERRA - INVESTIGACIONES
dc.subject.lemb	VIGILANCIA AMBIENTAL - APARATOS E INSTRUMENTOS
dc.subject.lemb	ANALISIS ESPECTRAL - APARATOS E INSTRUMENTOS
dc.subject.lemb	RAÍCES (BOTÁNICA)
dc.subject.lemb	RELACIÓN PLANTA-SUELO
dc.title	Analysis of Atmosphere-Plant-Soil Interactions
dc.type	masterThesis	eng
dc.type	info:eu-repo/semantics/masterThesis	eng
dc.type.hasVersion	acceptedVersion	eng
dc.type.local	Tesis de Maestría	spa
dc.type.spa	Otro
dspace.entity.type	Publication