Sequía en México: distribución espacial, Intensidad y  frecuencia

 

 

Rebeca Granados Ramírez.

Departamento de Geografía Física

Instituto de Geografía. UNAM.

 

Gabriel Díaz Padilla

Campo Experimental Cotaxtla

Centro de Investigación Regional Golfo Centro

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias

 

 

Resumen

El atraso, adelanto de la temporada de lluvia y reducción de la precipitación en la época de verano; da lugar a impactos negativos en la economía de México. Debido a la persistencia del fenómeno, el tema  ha retomado un nuevo auge; nuevamente se evalúa su intensidad y frecuencia e igualmente se analiza su distribución espacial.  Se analiza la frecuencia de la Sequia Intraestival y el Índice de Severidad de Sequia para México (SPI) en diferentes periodos.

 

Summary

The delay, advancement of the rainy season and reduced precipitation in the summer, have had negative consequences on the socio economic life of Mexico. Due to the persistence of the phenomenon, the issue has taken up a new boom, assessing the intensity and frequency and their spatial distribution is analyzed.  We calcúlate the frequency of-season drought and severity index on Mexico (SPI) in different periods.

Introducción

 

La sequía, es un fenómeno temporal, a diferencia de la aridez que se restringe a las regiones con escasa precipitación y constituye una característica permanente del clima, como es el caso de las regiones desérticas; posee diversas definiciones y en todas ellas se menciona una deficiencia de la precipitación sobre un periodo de tiempo. En toda la existencia de la humanidad ha sido una de las grandes preocupaciones por los impactos principalmente a los cultivos, actualmente con los diversos adelantos de las ciencias,  diversos especialistas ahondan en el conocimiento  de las causas que determinan su naturaleza, con la finalidad de poder predecir su periodicidad.

 

Entre otras definiciones de sequía las dos principales  versan entorno a lo conceptual y operacional. Como definición conceptual, se tiene que es un período prolongado de precipitación deficiente, ocasionando daño extenso a las cosechas, lo cual se traduce en una pérdida económica. En tanto, que como definición de sequía operacional: son todas aquellos métodos que identifican el principio, el final y el grado de severidad de la misma (Contreras, 2005:119).

 

Las causas que originan las variaciones climáticas,  la periodicidad de la sequía y  otros fenómenos climáticos; son diversos, donde es pertinente incluir el balance de energía, cuyos cambios tienen su origen en factores externos y factores internos; los primeros se asocian a causa externas al sistema climático y los segundos a casusas internas como incremento en gases en la atmósfera, deforestación, volcanismo, los cuales dan lugar cambios complejos en la circulación general de la atmósfera (Contreras, 2005:119; Sánchez, et al., 2010:16).

 

La sequía en México ha sido abordada por diversos especialistas, destacando los trabajos realizados por  ingenieros, geofísicos, geógrafos, historiadores y biólogos (Hernández et al., 2007; Rivera et al., 2007Contreras, 2005; Escalante et al., 2005).

 

Fuentes de información climática

 

En México existen diversas instituciones que realizan observaciones climáticas: Comisión Federal de Electricidad (EFE); Servicio a la Navegación Aérea en Espacio Aéreo Mexicano (SENEAM); Secretaría de Marina (SEMAR); Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agropecuarias y Pecuarias (INIFAP), Comisión Nacional de Agua (CONAGUA); Servicio Meteorológico Nacional (SMN), Subdirección General Técnica de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) y otras.  Igualmente se cuenta con fuentes bibliográficas, bases de datos climáticas y cartográficas relativas a esta temática. Estas bases y productos se derivan de las fuentes meteorológicas originales que proporciona el Servicio Meteorológico Nacional (SMN), organismo que  tiene como objetivo básico el de concentrar la información de diversos parámetros de la atmósfera para identificar fenómenos meteorológicos que puedan perjudicar las actividades económicas y sobre todo para evitar pérdidas humanas. El SMN tiene también la función de coleccionar, comprobar, correlacionar y clasificar la información climática generando un banco de datos a nivel nacional, así como suministrar la información a dependencias académicas y de investigación.

 

Cabe hacer mención que México es miembro de la Organización Meteorológica Mundial y como tal se sujeta a las prácticas y procedimientos normalizados en el manual del Sistema Mundial de Telecomunicaciones (SMT) forma una red integrada por Centros Meteorológicos Nacionales. Hasta el momento reporta un total de 5 270 estaciones climatológicas de las cuales operan 3 355. CLICOM (Clima Computarizado) es la base de datos obtenido de las observaciones meteorológicas se digitalizan en las Gerencias Regionales del Servicio Meteorológico Nacional en el software de Climatología Computarizada CLICOM  3.0, el cual es un sistema de cómputo  para la automatización del manejo de las bases de datos climatológicos.

 

Evaluación de la sequía

 

Las variables que comúnmente están involucradas en los métodos de estimación van desde precipitación, temperatura, evaporación, evapotranspiración, humedad del suelo, capacidad de almacenamiento del suelo, niveles de agua almacenada, entre otros. Se han desarrollado métodos simplificados que emplean una sola variable hasta aquellos que emplean diversos parámetros. Diversos índices y criterios se han empleado para evaluar la sequía, en diferentes lugares y tiempos: coeficiente pluviométrico, índice de Visotskii, índice de Martone, Salianinov, relaciones de Thornthwaite, índice de Emberger, Ivanov, Popov, Lang, Budyko, Sly, Subrahmanyam, HIMAT, índice de suministro de agua superficial, índice estandarizado de precipitación e índice de severidad de sequía de Palmer.

 

A continuación se hace una descripción de los métodos: Sequía intraestival e Índice Estandarizado de Precipitación (SPI)  motivo de la presente investigación.

 

Materiales y métodos

La cantidad suficiente de información es un factor determinante para el análisis de datos ya que entre mayor cantidad de información, mayor certidumbre se tendrá sobre el comportamiento del clima. Por otro lado, existen factores ajenos y no controlables en el registro de la información por ende se tiene que contar con procesos estadísticos que permitan detectar eficientemente la información que se encuentre fuera de rango o bien fuera de los comportamientos “normales” de una serie de datos pertenecientes a una estación meteorológica.

Para la selección de bases de datos se consideraron las estaciones activas, que tuvieran al menos 20 años de información y al menos 75% de esta se encontrara entre los años 1961 y 2003. Una vez seleccionadas las bases de datos se realizó la validación de los registros diarios de precipitación.

Validación de información climática y generación de información faltante

Existe una serie de herramientas y plataformas libres, que al mismo tiempo de ser robusta poseen flexibilidad de programación. R-ClimDex ha sido ampliamente empleado para la validación de información climática diaria. Los datos faltantes fueron estimados mediante el programa ClimGen. El cual para estimar datos de precipitación realiza el cálculo de parámetros en base a la información existente, posteriormente realiza el cálculo de probabilidades condicionales mediante cadenas de Markov para determinar día sin lluvia o día con lluvia, en caso de ser este último, realiza una estimación de la precipitación que pudo haber ocurrido. Es importante señalar que ClimGen cuenta con la ventaja de conservar la información existente de una serie y completar solo la faltante, además de contar con una rutina que aproxima los datos generados a lo que realmente sucede (Díaz y Sánchez 2007).

Sequía intraestival

A partir del banco de estaciones climáticas validadas y depuradas por el INIFAP(SICLIMA-INIFAP) con base en los archivos fuente, del Servicio Meteorológico Nacional (SMN), se generaron rutinas de programación para el cálculo de Sequía Intraestival o Relativa : La información de precipitación (mayo-octubre) fue analizada  para cada año se detectaron aquellos meses que presentaron disminución de precipitación en la época veraniega o caliente del año, se calculó la sequía relativa mediante  las fórmulas propuestas por Mosiño y García (1966)

 

según las fórmulas

SEQUÍA  RELATIVA  =   ÁREA DEL POLÍGONO FUNICULAR AÑO POR AÑO         

                                        Σ PRECIPITACIÓN TOTAL MENSUAL MAYO-OCTUBRE

 

A_1,2,3 = (1/2)Y₁ -Y ₂  + (1/2) Y ₃ 

A _1,2,3,4 = Y ₁  - Y ₂  - Y ₃  + Y ₄  

A _1,2,3,4,5 = (3/2) Y ₁ -Y ₂ -Y ₃ -Y ₄ +(3/2) Y ₅  

 A _1,2,3,4,5,6  = 2Y ₁  - Y ₂  -Y ₃  - Y ₄  – Y ₅  + 2Y ₆    

Donde:

 A = área del polígono funicular

Y= precipitación total mensual

Finalmente se calculó el promedio de la sequía relativa para cada localidad expresada en %.

PROM.  SEQUÍA  RELATIVA =   Σ SEQUÍA RELATIVA  DE CADA AÑO     %

                                                         No. DE AÑOS

Fue cuantificada el área del polígono funicular año con año (disminución de precipitación de uno hasta cuatro meses figura 1) y precipitación total mensual; información necesaria para el cálculo de la sequia relativa;  los resultados fueron integrados a un sistema de información geográfica (SIG) y mediante técnicas de análisis espacial y de interpolación, se generaron mapas sequía intraestival, con el método de inverso de la distancia (IDW).

 

   

 

 

Figura 1. Modalidades de Sequía Inraestival

 

Índice Estandarizado de Precipitación (SPI)

 

Igualmente con el banco de estaciones climáticas validadas y depuradas por el INIFAP(SICLIMA-INIFAP) se procedió a los siguientes cálculos: prueba de bondad de ajuste a la distribución Gamma y cálculo de los parámetros alfa y beta. La función probabilística de densidad (fpd) de muchas variables atmosféricas son claramente asimétricas y sesgadas a la derecha, tal es el caso para la precipitación pluvial. El tratar de ajusta esta variable a distribuciones como por ejemplo la Gaussiana, podría llevar a resultados incorrectos al modelar o cuantificar cierta probabilidad de ocurrencia. Una distribución continua que ajusta bien a datos de la precipitación pluvial es la distribución Gamma, la cual se verificó mediante una prueba de bondad de ajuste una vez que se contó con la información completa y validada de dicha variable.

 

La distribución Gamma se define por la fpd:

1)

Donde  es un valor de precipitación observada y los valores de  y  son los parámetros de forma y escala de la distribución. La función  está definida por la integral:

2)

Esta debe ser evaluada numéricamente o aproximada utilizando valores tabulares Sánchez et al. (2008).

 

Una de las dificultades de la distribución Gamma es el cálculo de sus parámetros y para ello varios autores proponen diferentes formas para estimarlos, uno de los mejores es el Método de Máxima Verosimilitud (MLE, por sus siglas en inglés), el cual requiere un proceso iterativo que solamente es práctico mediante el uso de computadoras.

El Índice Estandarizado de Precipitación, (SPI por sus siglas en inglés) desarrollado por Mckee et al, (1993), citado en Díaz et al., (prensa) para determinar si en una región y en un periodo determinado hay déficit o exceso de precipitación respecto a las condiciones normales de ocurrencia. Se destaca el SPI por su rapidez de cálculo, simplicidad y requerimiento mínimo de datos lo convierten en un método ideal para utilizarlo. Fue diseñado para ser un indicador que reconoce la importancia de la escala del tiempo en el análisis de la disponibilidad y uso del agua, y puede ser fácilmente interpretado como un proceso simple de medias móviles.

 

El cálculo del SPI, se basa en el ajuste de la serie histórica de precipitación a la distribución gamma. Para lo cual se estiman los parámetros  y  de la distribución, para cada escala de tiempo de interés. Estos parámetros se utilizan para encontrar las probabilidades acumuladas de un evento de precipitación en un período determinado, de acuerdo a los datos disponibles de cada estación. Dichas probabilidades acumuladas se transforman a una variable estándar con media igual a cero y varianza igual a 1, lo cual es el valor del índice SPI, donde tiene la ventaja de ser calculado para distintos períodos de tiempo, por ejemplo 1, 3, 6, 12 ó 72 meses.

 

Los valores de SPI representan el número de desviaciones estándar que una cierta observación, de periodo variable, se aleja de su promedio histórico, mismo que en la escala vertical se representa por el cero; los valores negativos representan el déficit de la precipitación respecto al promedio histórico y los positivos el excedente. Este índice permite analizar diversas escalas de tiempo, es decir los ajustes y transformaciones se pueden hacer con registros de precipitación acumulada en uno o en N meses, permitiendo identificar la frecuencia, intensidad y duración de la sequía a corto mediano y largo plazo.

Se realizó el cálculo del Índice Estandarizado de Precipitación (SPI) en periodos de 1, 3, 6, 9, 12 y 24 meses con el fin de observar el comportamiento de este indicador a través de los años y cuantificar el riesgo climático por medio de la caracterización de la precipitación en el país. El detalle del algoritmo para la obtención del SPI se describe a continuación (Sánchez et al., 2008).

 

Transformar los datos de precipitación del periodo elegido a su forma logarítmica mediante la siguiente fórmula:

Obtener la constante de U para obtener, posteriormente, el parámetro de forma y escala:

Obtener el parámetro de forma de la función probabilística Gamma (fpd):

Obtener el parámetro de escala de la misma fpd:

A continuación, se presenta una tabla de categorización de los valores de SPI de acuerdo a los valores obtenidos después del proceso, dicha clasificación es la que utiliza el  National Drought Monitoring Center, y algunas otras instituciones del mundo.

 

Clasificación de los valores del SPI de acuerdo al National Drought Monitoring Center

 

El SPI, actualmente es utilizado por algunas instituciones internacionales y nacionales para monitorear la sequía o los excesos de humedad. Tal es el caso del National Drought Monitoring Center de la Universidad de Nebraska y Colorado Climate Center de la Universidad de Colorado, quienes lo utilizan  para determinar la severidad de sequías en los Estados Unidos de América.

 

Resultados

 

Sequia intraestival

La Intensidad de la Sequía Intraestival o Sequía Relativa a nivel nacional fue analizada para el periodo 1940-1980 (Reyna et al., 1989) y con 20 años mas de información se cuantificó la   intensidad para el periodo 1980-2000 (Reyna et al., 2007).

 

En el  período 1940-80 un total de 54% del país fue afectado por este fenómeno.  La intensidad se distribuyó de  0.1 hasta más de 60%.Los valores extremos de 40 a más de 60%, ocuparon una extensión de 141 331 Km2  correspondiente al 7% del territorio nacional; cubrieron un área entre la porción NE de Coahuila, NW de Nuevo León y Tamaulipas.

 

Intensidad de sequía de 40 a 30 % igualmente ocupó aproximadamente 7% del territorio, ocupó una superficie bordeando a la anterior; otra pequeña porción abarcó parte norte y noreste de la Península de Yucatán y la Isla de Cozumel, así como una pequeñísima porción del Istmo de Tehuantepec. Algunas áreas del norte, parte del Altiplano mexicano, sureste y resto de Yucatán.

 

 La más extensa superficie 495 245 Km2 (25 %) cubrió  el norte, gran parte del Altiplano, centro occidente de Chihuahua, sur de Tamaulipas, la vertiente del Golfo de México, incluyendo Veracruz, Tabasco, Península de Yucatán y porción sur del Pacífico en la que se registró la  intensidad de 30  a  20% (Figura 2).

 

 

 

Figura 2. Frecuencia de sequía Intraestival 1940-1980

En el periodo 1980  a 2000 la intensidad del fenómeno presentó variaciones. El fenómeno se presentó en 57% del país (aumento de 3 % con respecto al período 1940-1980). Los valores mayores a 40%, ocuparon una extensión de 102 256  Km2  correspondiente al 5% del territorio nacional, cubrió exclusivamente el NE de Coahuila y Tamaulipas y una pequeña porción del NW de Nuevo León. (Disminución del área afectada en 2%, con respecto a 1940-1980).

 

La Intensidad de sequía de 40 a 30% disminuyó, pasó del 7 a 5% del territorio. En una superficie de 377 146 Km2 (19 %) se registró la “canícula”, ocupando gran parte del Altiplano, centro occidente de Chihuahua, sur de Tamaulipas, la vertiente del Golfo de México, incluyendo Veracruz, Tabasco, Península de Yucatán y un área pequeña en el Istmo de Tehuantepec, con  intensidad de 30  a  20%, la zona disminuyó 6%, ya que anteriormente ocupó mayor extensión con estos valores.

 

La más extensa superficie  537 795 Km2, correspondiente al 28% del país,  presentó  intensidades de 20 a 0.1% ocupando la parte central de Chihuahua, extendiéndose hacia Durango y noroeste de Zacatecas, noroeste de Aguascalientes, norte de Guanajuato, centro-sur de México (sur de Puebla y norte de Oaxaca), así como centro norte de Chiapas.  Notable fue la presencia de sequía en la vertiente del Pacifico desde el sur de Sonora hasta los límites con Guatemala (Figura 3).

 

La ausencia del fenómeno cubrió  casi las mismas regiones que en el periodo anterior, a excepción de una gran  ramificación originada en el norte, que se extiende hasta los límites con Guatemala, pasando por el centro-norte de Oaxaca y Chiapas.

 

 

Figura 3. Frecuencia de sequía Intraestival 1980- 2000

 

El análisis realizado por región reportó importantes áreas afectadas en el norte de los estados de Guanajuato, Zacatecas e Hidalgo. Al realizar el análisis en algunos años en particular 1982, 1997 (años Niño) dicha sequía presento mayor intensidad (Figura 4).

 

 

Figura 4. Frecuencia de la sequia relativa en la región Centro-Occidente de México

Respecto a la distribución espacial del SPI durante el año 1982 notándose que más del 50 por ciento de la superficie nacional se vio afectada por sequía severa demeritando las bondades hipotéticas de los programas nacionales promulgadas en esa época (Figura 5).

Figura 5. Distribución espacial Índice Estandarización de Precipitación, bajo condiciones del fenómeno de El Niño del año 1982.

Las causas fueron desastrosas para el país como lo demuestra la Figura 6, en la cual se aprecia que cerca del 40 por ciento de la agricultura de temporal sembrada con maíz fue declarada como siniestrada a causa, principalmente, de la intensa sequía.

 

 

 

Figura 6. Registro histórico de superficie siniestrada de maíz de temporal en México.

Tomando la experiencia anterior como ejemplo, es posible concluir que para el sector agropecuario deben ser considerados distintos escenarios climáticos en aras de obtener una apreciación objetiva de las posibilidades de éxito, de cursos de acción con impacto social y adecuar la toma de decisiones en consecuencia.

 

Como ya se apuntó anteriormente, se realizó la interpolación espacial de los valores de SPI a nivel nacional para el periodo 1961-2003, y para dos periodos de temporalidad: anual y mayo-octubre. La serie histórica de dichos mapas, puede consultarse en el sitio: http://www.agromapas.inifap.gob.mx, a manera de ejemplo, se presentan algunos mapas correspondientes a condiciones normales, así como, en los que incidió algún fenómeno atmosférico natural como El Niño (Figura 5), La Niña y Normal (Figura 7 y 8, respectivamente) donde se puede apreciar el impacto espacial de dichos eventos.

 

Figura 7. Distribución espacial Índice Estandarización de Precipitación, bajo condiciones del fenómeno de La Niña del año 1976.

 

En la Figura 7, se observa que la influencia del fenómeno de La Niña de 1976 mostró cierta influencia en la región sur-oeste del estado de San Luis Potosí y sur de Zacatecas. Otra zona que se vio afectada de forma moderada, es la zona que comprende el Distrito Federal, Hidalgo, Estado de México, Puebla, Tlaxcala, Querétaro y Guanajuato.

 

Figura 8. Distribución espacial Índice Estandarización de bajo condiciones Normales en el año 1997.

Por último, en la Figura 8, se observa que para el año 1997, no se presentó una marcada influencia por los fenómenos de El Niño o La Niña. Solo los estados de Michoacán, Guanajuato y parte del Estado de México, así como Querétaro presentan sensibles déficits de precipitación. En tanto que en Jalisco, en una parte de su territorio se registraron pequeños cambios de precipitación los cuales se encontraron por encima de los comportamientos normales para ese año.

 

Conclusiones

 

La información anterior proporciona un reflejo del comportamiento histórico de los eventos de sequía y humedad en México, y sin duda es un insumo relevante para la modelación de estos eventos. Dentro de las variadas utilidades que podrían dársele a los mapas de probabilidad, destaca la de ubicar zonas de riesgo por ejemplo, las compañías de seguros agrícolas, podrían utilizarlos para decidir si es conveniente o no asegurar cierto cultivo, con base a sus demandas de precipitación y probabilidad de incidencia señalada en el mapa. Otro de los usos podría ser el cálculo de la capacidad de almacenamiento de una obra hidráulica, y las probabilidades de que llegue a su máxima capacidad.

 

Otro aporte significativo logrado con los anteriores resultados, es la delimitación espacial que podría llevar a regionalizar su incidencia y no hablar de generalidades, como en algunas ocasiones se hace en nuestro país con el propósito de que los municipios y productores sean acreedores a un recurso económico. Es importante destacar que con el advenimiento de las estaciones climatológicas automatizadas es posible elaborar mapas del comportamiento del SPI, que podría utilizarse para alertar sobre la incidencia de estos fenómenos y delimitar su área de impacto; herramienta que ya se está utilizando en algunos países con los propósitos indicados.

 

 

Referencias

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Ponencia expuesta en el XIV Encuentro Internacional Humboldt. Las Termas de Río Hondo, provincia de Santiago del Estero - Argentina. 15 al 19 de octubre de 2012.

  

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