Physical and economic impacts due to sea level changes and wind-waves around the Balearic Islands

Abstract

[eng] This thesis investigates and quantifies the impacts caused by climate change in the coasts of Balearic Islands (western Mediterranean Sea) from both a physical and an economic perspective. Two physical mechanisms that generate coastal hazards are considered in this work: mean sea-level rise and wind-waves. Their impacts are assessed, separately and jointly, in three case studies that have been selected due to the amount of available observations of nearshore waves, shoreline position and topo-bathymetries; these are two urban beaches (located in Mallorca island) and one natural beach (in Menorca island). The relevance of sandy coasts in the Balearic Islands, and in general in the Mediterranean coastal communities, is evident in terms of coastal protection but also from an economic point of view since sun-and-beach tourism is the main economic activity of the region. The physical impacts on the beaches are investigated using numerical modelling to simulate the shoreline retreat, the beach erosion and the beach vulnerability resulting from projected mean sea-level rise and wind-wave changes up to 2100. The methodology and the assumptions vary depending on the hydro- and morphodynamical processes required to study the coastal impacts in each case. In addition, numerical simulations are validated against observations whenever possible, prior to the application of the modelling setup under projected future conditions. Our results for urban beaches, highly anthropised and backed by infrastructures such as promenades and buildings, indicate a permanent loss of approximately half of the present-day beach area; in addition, the beach is expected to be almost completed flooded under storm conditions. In other words, urban beaches are unable to respond to long-term changes in the oceanic forces. In the case of the natural beach, our results anticipate that the beach will retreat at the expense of the dune area located behind it. A noteworthy finding is the importance of simulating the beach morphological features when assissing beach impacts, which play a key role in the beach erosion rates. The economic impact on sun-and-beach tourism is measured by means of a choice experiment application. More precisely, the shoreline retreat projections obtained for the urban beach cases studies are used to estimate the welfare loss that tourists would experiment in a future scenario characterized by a reduction of the beach size, in addition to two other climate-induced environmental changes. Data on the socioeconomic and the travel profile of tourists as well as their preferences for different policies aimed at reducing climate-induced environmental changes, was collected through a survey conducted in the high season of 2016 at the airport of Palma (Mallorca). Overall, results show that sun-and-beach tourists have a positive willingness-to-pay to reduce climate change impacts. At the same time, the mixed logit specification accounting for preference heterogeneity allows to find that the welfare loss varies across tourists depending on their socioeconomic and travel characteristics.

[spa] Esta tesis investiga y cuantifica los impactos causados por el cambio climatico en ´ las costas de las Islas Baleares (Mediterraneo occidental) desde un punto de vista tanto ´ f´ısico como economico. Dos mecanismos f ´ ´ısicos, los cuales suponen una amenaza para las zonas costeras, son considerados en este trabajo: el aumento del nivel medio del mar y el oleaje. Sus impactos se evaluan, tanto de forma separada como conjuntamente, en ´ tres casos de estudio que han sido seleccionados debido a la disponibilidad de observaciones de oleaje costero, posicion de l ´ ´ınea de playa y topo-batimetr´ıas: dos playas urbanas (ubicadas en la isla de Mallorca) y una playa natural (en la isla de Menorca). La relevancia de las costas arenosas en las Islas Baleares, y en general en las comunidades costeras del Mediterraneo, es evidente en t ´ erminos de protecci ´ on costera, pero ´ tambien desde un punto de vista econ ´ omico ya que el turismo de sol y playa es la prin- ´ cipal actividad economica de la regi ´ on. ´ Los impactos f´ısicos en las playas se estudian mediante el uso de modelos numericos ´ con los que se simula el retroceso de la l´ınea de costa, la erosion y la vulnerabilidad de ´ las playas como resultado del esperado aumento del nivel medio del mar y los cambios en el oleaje hasta 2100. La metodolog´ıa y las premisas aplicadas var´ıan dependiendo de los procesos hidro- y morfodinamicos necesarios para estudiar los impactos ´ costeros en cada caso. Ademas, antes de ejecutar los modelos num ´ ericos bajo condi- ´ ciones oceanicas futuras, las simulaciones num ´ ericas son validadas con observaciones ´ en los casos en los que es posible. Nuestros resultados para las playas urbanas, las cuales presentan paseos mar´ıtimos y edificios tras ellas y por lo tanto, un alto nivel de antropizacion, indican una p ´ erdida permanente de la playa de aproximadamente la ´ mitad de su area actual. Adem ´ as, el ´ area de playa afectada por la inundaci ´ on aumenta ´ hasta su casi totalidad en condiciones de tormenta. En otras palabras, las playas urbanas son incapaces de responder a cambios de largo plazo en las fuerzas oceanicas. En el ´ caso de la playa natural, nuestros resultados anticipan un retroceso, pero no perdida, que conlleva la desaparicion del ´ area dunar localizada detr ´ as. Un resultado destacable es la ´ importancia de simular las caracter´ısticas morfologicas de la playa cuando se eval ´ uan ´ impactos costeros, las cuales desempenan un papel clave en las tasas de erosi ˜ on de la ´ playa. El impacto economico en el turismo de sol y playa se mide mediante un experimento ´ de eleccion. M ´ as concretamente, los resultados de retroceso de l ´ ´ınea de costa obtenidos en el estudio de las playas urbanas se utilizan para estimar la perdida de bienestar que ´ el turista experimentar´ıa por la reduccion del tama ´ no de playa, adem ˜ as de por otros dos ´ cambios ambientales provocados por el cambio climatico. El perfil socioecon ´ omico y ´ de viaje de los turistas, as´ı como sus preferencias hacia distintas pol´ıticas orientadas a reducir los impactos del cambio climatico, se obtuvieron mediante una encuesta real- ´ izada en la temporada alta de 2016 en el aeropuerto de Palma (isla de Mallorca). En general, los resultados muestran que los turistas de sol y playa tienen una disponibilidad a pagar positiva para reducir los impactos del cambio climatico. Al mismo tiempo, el ´ modelo logit mixto, que captura la heterogeneidad de preferencias entre los individuos, permite observar que la perdida de bienestar de los turistas var ´ ´ıa entre sus caracter´ısticas socioeconomicas y de viaje.

[cat] Aquesta tesi investiga i quantifica els impactes causats pel canvi climatic a les ` costes de Illes Balears (Mediterrania occidental) des d’un punt de vista tant f ` ´ısic com economic. Dos mecanismes f ` ´ısics, els quals suposen una amenac¸a per a les zones costaneres, son considerats en aquest treball: l’augment del nivell mitj ´ a del mar i ` l’onatge. Els seus impactes s’avaluen, tant de forma separada com conjuntament, en tres casos d’estudi que han estat seleccionats per la disponibilitat d’observacions d’onatge costaner, posicio de l ´ ´ınia de platja i topo-batimetries: dues platges urbanes (ubicades a l’illa de Mallorca) i una platja natural (a l’illa de Menorca). La rellevancia de les costes ` arenoses a les Illes Balears, i en general en les comunitats costaneres de la Mediterrania, ` es evident en termes de protecci ´ o costanera, per ´ o tamb ` e des d’un punt de vista econ ´ omic ` ja que el turisme de sol i platja es la principal activitat econ ´ omica de la regi ` o. ´ Els impactes f´ısics a les platges s’estudien mitjanc¸ant l’us de models num ´ erics amb ` els quals es simula el retroces de la l ´ ´ınia de costa, l’erosio i la vulnerabilitat de les ´ platges com a resultat de l’augment esperat del nivell mitja del mar i els canvis en ` l’onatge fins al 2100. La metodologia i les premisses aplicades varien depenent dels processos hidro- i morfodinamics necessaris per estudiar els impactes costaners en cada ` cas. A mes, abans d’executar els models num ´ erics sota condicions oce ` aniques futures, ` les simulacions numeriques s ` on validades amb observacions en els casos en qu ´ e` es´ possible. Els nostres resultats per a les platges urbanes, les quals presenten passeigs mar´ıtims i edificis darrere d’elles i per tant, un alt nivell d’antropitzacio, indiquen una ´ perdua permanent de la platja d’aproximadament la meitat de la seva ` area actual. A ` mes, l’ ´ area de platja afectada per la inundaci ` o augmenta fins gaireb ´ e la seva totalitat ´ en condicions de tempesta. En altres paraules, les platges urbanes son incapaces de ´ respondre a canvis de llarg termini en les forces oceaniques. En el cas de la platja ` natural, els nostres resultats anticipen un retroces, per ´ o no p ` erdua, que comporta la ` desaparicio de l’ ´ area dunar localitzada darrere. Un resultat destacable ` es la import ´ ancia `

de simular les caracter´ıstiques morfologiques de la platja, les quals tenen un paper clau ` en les taxes d’erosio de la platja. ´ L’impacte economic del turisme de sol i platja es mesura mitjanc¸ant una aplicaci ` o´ d’experiments d’eleccio. M ´ es concretament, els resultats del retroc ´ es de la l ´ ´ınia de costa obtinguts a l’estudi de les platges urbanes s’utilitzen per estimar la perdua de ` benestar que els turistes experimentarien en un escenari futur caracteritzat per una reduccio de la superf ´ ´ıcie de platja, a mes i dos altres canvis ambientals provocats pel canvi ´ climatic. El perfil socioecon ` omic i de viatge dels turistes, aix ` ´ı com les preferencies dels ` turistes per a diferents pol´ıtiques dirigides a reduir els impactes del canvi climatic, es ` van obtenir mitjanc¸ una enquesta realitzada ala temporada alta de 2016 a l’aeroport de Palma (Mallorca). En general, els resultats mostren que els turistes de sol i platja tenen una disposicio a pagar positiva per reduir els impactes del canvi clim ´ atic. Al mateix ` temps, el model logit mixt, que captura l’heterogene¨ıtat de preferencies entre els in- ` dividus, permet observar que la perdua de benestar dels turistes varia en funci ` o de les ´ seves caracter`ıstiques socioeconomiques i de viatge.