Diffusion, Quality, and Trajectory of Technological KnowledgeEmpirical Evidence from Patent Citations (Difusión, calidad y trayectoria del conocimiento tecnológico: evidencia empírica a partir de citas de patentes)

Abstract

El océano regula el clima de la Tierra absorbiendo y redistribuyendo dióxido de carbono (CO2) y calor atmosférico. Las emisiones antropogénicas han acelerado el calentamiento a largo plazo, dando lugar a temperaturas oceánicas récord. Superpuestas a estas tendencias, las olas de calor marinas (MHWs, por sus siglas en inglés) –períodos prolongados de temperaturas oceánicas excepcionalmente cálidas– están aumentando en magnitud y frecuencia, con profundas consecuencias para la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas marinos. Dado que existen incertidumbres clave en torno a su correcta caracterización y a sus diversos impactos ecológicos regionales, esta tesis doctoral profundiza en la comprensión de las MHWs y sus efectos sobre la dinámica del fitoplancton en las ecorregiones marinas españolas (SMEs, por sus siglas en inglés) y en el Océano Austral (SO, por sus siglas en inglés). La tesis presenta la primera caracterización completa de MHWs superficiales (SMHWs) y de fondo (BMHWs) en las SMEs, a partir de observaciones satelitales y datos de reanálisis oceánico de alta resolución. Tanto las SMHWs como las BMHWs han adquirido mayor intensidad, duración y extensión geográfica en los últimos años. Las ecorregiones mediterráneas han registrado los mayores incrementos en el número de días anuales con SMHWs y BMHWs, mientras que la intensificación más acusada de las BMHWs (+0,5 °C en la última década) se ha producido en las plataformas someras del golfo de Cádiz y las islas Canarias. La evaluación conjunta revela que el 69 % de las zonas costeras españolas (profundidad inferior a 400 m) ha permanecido altamente expuesto a la coocurrencia de SMHWs y BMHWs intensas durante el período 1993–2022. Asimismo, 26 años de observaciones satelitales de color del océano de muy alta resolución documentan cambios regionalmente diferenciados en la fenología del fitoplancton, con floraciones que inician y terminan antes y exhiben una producción acumulada estacional reducida. El Modelado Empírico Dinámico (EDM, por sus siglas en inglés), mediante el Mapeo Cruzado Convergente (CCM, por sus siglas en inglés) y su extensión geográfica (GCCM), identifica relaciones causales unidireccionales y no estacionarias donde las MHWs modulan la dinámica del fitoplancton a escalas temporales estacionales e interanuales, mientras que la intensidad del viento actúa sobre escalas más cortas, con una capacidad predictiva que se acentúa durante los años de mayor intensidad y extensión de los eventos extremos.

Asimismo, esta tesis ofrece la primera caracterización sistemática de las MHWs en el SO, incluyendo un marco metodológico adaptado a las regiones polares, a partir de observaciones satelitales y modelado numérico (1982–2021). Se han registrado incrementos decadales significativos en las propiedades de las MHWs, aunque con una marcada regionalidad: el sector Índico ha emergido como punto caliente de MHWs, el sector Atlántico ha exhibido las mayores magnitudes (anomalías locales de hasta 11 °C) y el sector Pacífico las duraciones más prolongadas (> 30 días). La superficie oceánica al sur de los 40°S que experimenta al menos una MHW anualmente se ha expandido un 20 % en los últimos años. Además, los análisis de balances de calor revelan que los flujos de calor aire-mar y la difusión vertical han dominado el inicio y la disipación de las MHWs, especialmente en las regiones polares y subantárticas meridionales, donde el retroceso sin precedentes del hielo marino ha desempeñado un papel clave. En estas regiones, la estratificación inducida por MHWs y los aportes de micronutrientes procedentes del deshielo marino han favorecido incrementos en la producción primaria neta (NPP, por sus siglas en inglés) de ~100 mg C m-2 day-1 respecto a los períodos sin MHWs. Si bien el CCM revela el papel central de las MHWs en la promoción de eventos de NPP elevada en las proximidades del borde estacional del hielo marino, la heterogeneidad zonal refleja las respuestas diferenciadas de los productores primarios a lo largo del vasto océano Austral.

En conjunto, la investigación aquí desarrollada resalta el incremento global de las MHWs conforme el océano se calienta, a la vez que evidencia la marcada especificidad regional de las respuestas fitoplanctónicas. Estos hallazgos sitúan a las MHWs, más allá de meras anomalías térmicas, como elementos estructurales del funcionamiento de los ecosistemas marinos bajo el cambio climático acelerado.

Innovation is conceptualized as a dynamic and cumulative process in which the recombination and diffusion of technological knowledge shape structural change and the evolution of productive systems, thereby conditioning the capacity of economies to address long-term challenges. However, the literature in the economics of innovation and knowledge has tended to examine the different dimensions of this process separately, which constrains an integrated understanding of the generation and use of technological knowledge. This thesis contributes to overcoming this limitation by providing empirical evidence on the determinants of the diffusion, quality, and trajectory of technological knowledge in sectors of social and environmental relevance. Although each of the studies comprising the empirical part of this thesis addresses specific dimensions of the innovation process, the thesis enables these mechanisms to be analyzed in a differentiated manner within a common conceptual framework. This approach is particularly relevant in contexts where the direction of technological change is linked to sustainability objectives, especially in the energy sector, where the diffusion of knowledge conditions the transition toward technologies with lower environmental impact. In turn, the analysis of the pharmaceutical sector allows for the identification of the role of international collaboration in contexts characterized by high technological complexity and a strong dependence on the scientific knowledge base. The theoretical framework is grounded in neo-Schumpeterian and evolutionary approaches, which place knowledge at the core of technological change and conceptualize innovation as a cumulative, directional, and path-dependent process. It also incorporates contributions from endogenous growth theory, which emphasizes knowledge generation and investment in R&D as internal drivers of innovation. In addition, this work integrates insights from the literature on knowledge spillovers, absorptive capacity, open innovation, and innovation systems, with the aim of analyzing the mechanisms that structure the diffusion, quality, and trajectory of technological knowledge. The empirical analysis is developed through three studies. The first examines the effect of prior knowledge—both internal and external, and of a technological and scientific nature—as well as collaboration between firms and universities on the diffusion of technological knowledge in the energy sector. The second analyzes the direction of knowledge spillovers and their relationship with path dependence, incorporating green absorptive capacity as a mechanism that modulates the diffusion and orientation of technological change. The third evaluates the effect of international collaboration and the structure of these networks on patent quality. The analysis is based on global data from PATSTAT, using patents as a proxy for innovative activity and patent citations to measure the knowledge base, diffusion, quality, and technological trajectory, through the application of econometric models. The results show that the diffusion of technological knowledge depends on the composition of the prior knowledge base, both technological and scientific, and exhibits differentiated patterns depending on the type of technology. Furthermore, diffusion displays path dependence, as spillovers tend to concentrate within the same technological domains, reinforcing the persistence of trajectories. Green absorptive capacity modulates these effects by reducing the influence of spillovers in the case of non-renewable technologies. Institutional collaboration does not exhibit a positive effect on diffusion, whereas international collaboration is associated with higher levels of technological knowledge quality when it includes participants from countries with high technological capabilities. These results provide relevant implications for the design of innovation policies and for firm-level strategies. In particular, the evidence indicates that the intensity of innovative activity alone does not guarantee the reorientation of technological change, which justifies the design of policies aimed at influencing the direction of knowledge flows. Moreover, it underscores the importance of strengthening absorptive capacities and promoting collaboration structures that integrate complementary capabilities, especially in international contexts, in order to foster the generation and diffusion of higher-impact technologies.