capĂtulo
cuatro
Tendencias observadas en las temperaturas máximas en el noroeste de México
Polioptro F. Martínez-Austria1
1 Director de la Cátedra UNESCO en Riesgos Hidrometeorológicos, Universidad de las Américas Puebla
66
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
Antecedentes De acuerdo con las más recientes publicaciones del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (ipcc, por sus siglas en inglés), la influencia humana en el clima es innegable (ipcc, 2014), y se están ya observando diversas señales, tales como sequías más frecuentes e intensas, precipitaciones extremas y, más notablemente, cambios en las temperaturas extremas, en particular las temperaturas máximas, lo que se ha traducido también en ondas de calor cada vez más peligrosas para los seres humanos (Koppe et al., 2004 y Ebi, 2006; Goklany, 2009; Martínez-Austria y Bandala, 2018). A pesar de la opinión de los científicos y líderes de opinión, así como de numerosas reuniones globales, el proceso de emisión de gases de efecto invernadero no se ha detenido. De acuerdo con información de la noaa (National Oceanic and Atmospheric Administration, EE. UU.), se continúan alcanzando nuevos máximos, con concentraciones de CO2 superiores a 415 ppm. Como resultado, la década 2010-2019 ha registrado los máximos históricos de temperatura. Se prevé que, aún si se cumplen los acuerdos de París, la temperatura en este siglo se elevará alrededor de 3.6 °C sobre los niveles de la era preindustrial. Estas previsiones están soportadas por modelos de circulación general que son cada vez más precisos, tanto en resolución como en el número de variables relacionadas con el clima que son incluidas. No obstante, estos modelos no son suficientemente exactos a escalas locales. El ipcc analizó el desempeño de estos modelos y los comparó con las temperaturas observadas en el periodo 1980-1990. Con respecto a la temperatura, los resultados multimodelo (es decir, el promedio de 23 modelos de circulación general) son adecuados, y la diferencia entre lo observado y lo pronosticado rara vez es mayor a 2 °C. No obstante, el ipcc ha encontrado que las características de gran escala del clima son mucho mejor modeladas que las de escala regional o local (Randall y Word). En consecuencia, el análisis del impacto y la vulne-
Capítulo cuatro
67
rabilidad del cambio climático debe basarse sólidamente en evidencia observacional. Como resultado de lo anterior, los informes de evaluación cuarto y quinto del ipcc (2007, 2013) no se basan únicamente en los resultados de los modelos de circulación general, sino también en la evidencia observacional. Sin embargo, el último informe señala una falta de equilibrio geográfico en los datos y la literatura sobre los cambios observados, con una marcada escasez de estudios en países de ingresos bajos y medios. Además, las tendencias y pronósticos reportados de los modelos de circulación general se centran particularmente en los valores promedio (ipcc, 2008). Por ejemplo, hay pronósticos de temperatura promedio para varios escenarios en diversas escalas, pero hay pocos pronósticos disponibles para temperaturas extremas. En el caso de México, las estimaciones de temperatura y precipitación en diversos escenarios indican que el norte del país será el más afectado. En la figura 1 se presentan los climas de México, según la clasificación de Köpenn modificada para México por Enriqueta García (2004, quinta edición). Como puede observarse, con la excepción de las cadenas montañosas de la Sierra Madre Oriental, el clima es mayormente semiárido, árido o muy árido. Con esta condición climática, la región es especialmente vulnerable a la ocurrencia de temperaturas máximas extremas y a déficit de precipitación. De acuerdo a los escenarios de cambio climático elaborados por el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (inecc), mediante downscaling a partir de resultados de modelos de circulación general, el cambio esperado en la temperatura máxima en el norte de México, para el periodo de 2075 a 2099, experimentará una anomalía positiva de entre 3.5 y 6 °C en el escenario RCP 6.0 en el mes de agosto, uno de los más calurosos del año (figura 2). En el escenario 8.5, los incrementos de anomalía de temperatura serían de entre 4 y 6.5 °C en prácticamente toda la región (figura 3).
Figura 1. Clasificación climática de México en el sistema de Köpen modificado por Enriqueta García (2004).
68 Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
Figura 2. Anomalía de temperatura máxima para el mes de agosto, en el escenario RCP 6.0 (INECC, 2017).
Capítulo cuatro 69
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
Figura 3. Anomalía de temperatura máxima para el mes de agosto, en el escenario RCP 8.5 (INECC, 2017).
70
Es importante hacer notar que los cambios en las temperaturas máximas serán, de acuerdo con estos escenarios, más notables que los de las temperaturas medias. En la figura 4 se presenta una com-
Capítulo cuatro
71
paración entre los cambios esperados en la temperatura media y la máxima, en el escenario 6.0, para el mes de agosto en el periodo 20752099. Como puede observarse, la anomalía esperada de temperatura máxima es significativamente mayor que la de temperatura media. Un interés mayor del estudio de las temperaturas máximas extremas deriva de sus efectos en la salud humana, en particular cuando se produce una onda de calor. Existe abundante evidencia e información al respecto (Basu y Samet, 2002; Koppe, Gershunov, Tardy y Basu, 2004; Martínez-Austria y Bandala, 2018). Ante los pronósticos que se derivan de estos escenarios y la relevancia de sus efectos, es importante revisar si las tendencias observadas de temperatura y precipitación son consistentes, es decir, si en efecto se registran ya cambios en las temperaturas extremas estadísticamente significativos. Este texto desarrolla el análisis para la región noroeste de México, y más precisamente en la zona costera, ubicada antes de la elevación de la cordillera de la Sierra Madre Oriental.
De 6.0º a 6.5º De 5.5º a 6.0º De 5.0º a 5.5º De 4.5º a 5.0º De 4.0º a 4.5º De 3.5º a 4.0º De 3.0º a 3.5º De 2.5º a 3.0º De 2.0º a 2.5º De 1.5º a 2.0º De 1.0º a 1.5º De 0.5º a 1.0º
Figura 4. Comparación entre los cambios esperados en las temperaturas medias (arriba) y máximas (abajo) en el norte de México, en el escenario RCP 6.0, periodo 2075-2099 (adaptada de INECC, 2017).
72
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
Metodología Los cambios en la tendencia de temperaturas extremas se analizan empleando registros extensos de, al menos, treinta años de duración, y analizando con métodos estadísticos si la tendencia es significativa, con algún nivel de confianza, usualmente más de 90%. Se utiliza un método de análisis de tendencias no paramétrico que ha sido antes empleado por diversos investigadores con este propósito (Santos y Leite, 2009; He, Zhang y Z-J., 2016). En este estudio se emplea la prueba Rho de Spearman para análisis de tendencias de series de tiempo. En esta prueba se calcula el estadístico:
ZSR = D
n-2
(1)
1 - D2
Donde n es el número total de datos en la serie, y el valor de D se calcula con la ecuación:
D = 1 —
6 ∑ni =1 (Ri— i)2
(2)
n (n2—1)
donde Ri es el rango de la i-ésima observación. La hipótesis nula es que no existe una tendencia en la serie. Si │ZSR│ > t(n-2, 1-α/2) entonces se rechaza la hipótesis nula y existe una tendencia en la serie. En esta ecuación t(n-2, 1-α/2) es el valor del estadístico t de la distribución t de Student para un nivel α de significancia. Esta prueba de tendencia se aplica tanto a datos de temperatura como de precipitación.
Capítulo cuatro
73
Zona de estudio La región noroeste de México, que comprende los estados de Baja California, Baja California Sur, Sonora y Sinaloa, es de gran importancia social y económica. En ella se ubican grandes e importantes ciudades, como Tijuana, Mexicali, Hermosillo, Ciudad Obregón, Los Mochis y Culiacán, entre otras. En esta zona se encuentran algunos de los más importantes distritos de riego del país, y una amplia gama de empresas de diverso tipo, que incluyen ramos industriales como el automotriz, maquiladoras y agroalimentaria. Para 2015, la población estimada de la región fue de 9.914 millones de habitantes. Los distritos de riego cubren una superficie de casi 1.4 millones de hectáreas, lo que hace de la agricultura el principal usuario del agua en la región, al mismo tiempo que la hace socioeconómicamente vulnerable a la escasez de agua y a las altas temperaturas. En la figura 5 se muestra la zona de estudio y la ubicación de las estaciones meteorológicas utilizadas en el análisis, en el noroeste de México. Estas estaciones cubren la región en estudio y se seleccionaron, además, por ser las que tienen los registros de mayor duración. En la tabla 1 se muestran los nombres, clasificación y periodo de información de cada una de las estaciones.
74
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
Figura 5. Ubicación de las estaciones meteorológicas analizadas en la zona de estudio.
Tabla 1. Información general de las estaciones utilizadas en el análisis. ESTADO
SINALOA
SONORA
CLAVE ESTACIÓN
NOMBRE
PERIODO (años)
25015
Culiacán (dge)
1961-2011
25116
Los Mochis
1961-2009
25080
Ruiz Cortines
1962-2005
25049
La Concha
1961-2011
26061
Navojoa
1960-2011
26018
Ciudad Obregón
1961-2011
26139
Hermosillo II
1973-2011
26292
Guaymas AP6
1967-2011
75
Capítulo cuatro
Tabla 1 (continuación). Información general de las estaciones utilizadas en el análisis. CLAVE ESTACIÓN
ESTADO
BAJA CALIFORNIA
PERIODO (años)
NOMBRE
2002
Bahía de los Ángeles
1954-2012
2033
Mexicali
1960-2010
2005
Boquilla Sta. Rosa de la Misión
1948-2007
2015
El Arco
1953-2011
2022
El Rosario
1953-2011
2020
El Mayor
1969-2011
2006
Chapala, Ensenada
1954-2012
2011
Delta Mexicali
1949-2012
2016
El Barril, Ensenada
1956-2007
2030
La Puerta (a Tecate)
1946-2012
Resultados En las figuras 6 a 14 se muestran las tendencias de temperaturas máximas en algunas de las estaciones seleccionadas a lo largo de la costa noroeste y en Baja California (se grafica la temperatura máxima registrada en cada mes). TEMPERATURA MÁXIMA CULIACÁN, SIN.
TEMP. MÁX. (ºC)
46
junio
julio
septiembre
linear (julio)
agosto
44 42 40 38 36
2015 2017 AÑOS
2013
2011
2009
2007
2003 2005
2001
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1975 1977
1973
1971
1969
1965 1967
1963
32
1961
34
Figura 6. Temperatura máxima registrada en la estación Culiacán y línea de tendencia de julio.
76
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
TEMPERATURA MÁXIMA LOS MOCHIS, SIN. 49
julio septiembre
linear (julio)
47 TEMP. MÁX. (ºC)
junio agosto
45 43 41 39
2011
2009
2007
2005
2003
2001
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1977
1975
1973
1971
1969
1967
1965
1963
1961
35
AÑOS
37
Figura 7. Temperatura máxima registrada en la estación Los Mochis y línea de tendencia de julio.
TEMPERATURA MÁXIMA RUIZ CORTINES, SIN. TEMP. MÁX. (ºC)
45
junio
julio
agosto
septiembre
linear (julio)
43 41 39
Figura 8. Temperatura máxima registrada en la estación Ruiz Cortínes y línea de tendencia de julio.
AÑOS
2012
2010
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
1978
1976
1974
1972
1970
1968
1966
1964
35
1962
37
77
Capítulo cuatro
TEMPERATURA MÁXIMA LA CONCHA, SIN.
junio septiembre
TEMP. MÁX. (ºC)
42
julio agosto linear (julio)
40 38 36 34 32
2017
AÑOS
2015
2013
2011
2009
2007
2005
2003
1999 2001
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1977 1979
1975
1971 1973
1967 1969
1963 1965
1961
30
Figura 9. Temperatura máxima registrada en la estación La Concha y línea de tendencia de julio.
50
TEMPERATURA MÁXIMA BAHÍA DE LOS ÁNGELES, B.C.
TEMP. MÁX. (ºC)
45
40
35
30
junio
julio
agosto
septiembre
2010 2012
2001 2003 2005 2007
1999
1961 1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997
1957 1959
1953 1955
25
AÑOS
linear (julio)
Figura 10. Temperatura máxima registrada en la estación Bahía de los Ángeles y línea de tendencia de julio.
78
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
54
TEMPERATURA MÁXIMA MEXICALI 52
junio julio
TEMP. MÁX. (ºC)
50
agosto septiembre
48
linear (julio)
46 44 42
AÑOS
2010
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
1960
40
Figura 11. Temperatura máxima registrada en la estación Mexicali y línea de tendencia de julio.
45
TEMPERATURA MÁXIMA BOQUILLA STA. ROSA. B.C.
junio
julio
agosto linear (julio)
septiembre
TEMP. MÁX. (ºC)
40 35 30
AÑOS
2006
2004
2002
2000
1986
1984
1982
1980
1978
1976
1974
1972
1970
1968
1966
1964
1962
1960
1958
1956
1954
1952
1950
20
1948
25
Figura 12. Temperatura máxima registrada en la estación Santa Rosa y línea de tendencia de julio.
Capítulo cuatro
79
DELTA MEXICALI
TEMP. MÁX. (ºC)
60
junio
julio
agosto linear (julio)
septiembre
55
50 45
2001 2003 2005 2007 2009 2011 AÑOS
1997 1999
1993 1995
1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991
1973 1975
1965 1967 1969 1971
35
1949 1951 1953 1955 1957 1959 1961 1963
40
Figura 13. Temperatura máxima registrada en la estación Delta Mexicali y línea de tendencia de julio.
TEMPERATURA MÁXIMA EL BARRIL, B.C. 50
junio
julio
agosto linear (julio)
septiembre
TEMP. MÁX. (ºC)
48 46 44 42 40 38 36
2009 2011 AÑOS
2005 2007
1997 1999 2001 2003
1995
1993
1989 1991
1983 1985 1987
1979 1981
1977
1973 1975
1971
1967 1969
1963 1965
1959 1961
1957
32
1955
34
Figura 14. Temperatura máxima registrada en la estación El Barril y línea de tendencia de julio.
80
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
Como puede observarse, en prácticamente todas las estaciones se registra una tendencia de incremento sustancial de la temperatura máxima. La excepción más clara es la estación La Concha, en Sinaloa, que es la que se ubica más al sur de este estado, en el límite con el estado de Nayarit. En las tablas 2 a 4 se muestran los resultados del análisis estadístico de tendencia de la prueba de Spearman. Se presentan los valores del estadístico Zsr y de la t de Student, y se concluye si existe o no una tendencia estadísticamente significativa, para algunos de los meses más calurosos del año. El mes de agosto muestra la tendencia más consistente de aumento de la temperatura máxima. En la figura 15 se presentan, en un código de colores, las estaciones en las que la tendencia es estadísticamente significativa con un nivel de confianza de 95%, para este mes. El incremento en las temperaturas máximas es de magnitud importante en diversas estaciones. Por ejemplo, en Mexicali estas temperaturas han aumentado de aproximadamente 42 °C en 1960 a más de 46 °C en 2011. En Ciudad Obregón, por su parte, las temperaturas máximas han crecido de 39 °C a 43 °C en el mismo periodo. Una manera de observar con mayor claridad la magnitud de este incremento es calculando el percentil 90 de las temperaturas máximas por década. A manera de ejemplo, en la figura 16 se muestra la variación de este parámetro en Ciudad Obregón. Se puede observar que este parámetro era de 42 °C al inicio del registro analizado, y ahora es de 45.5 °C, es decir, que en apenas cuarenta años se ha incrementado en 3.5 °C. Este aumento puede tener importantes efectos en la salud, como han puntualizado Martínez y Bandala (2018), y desde luego en las necesidades de agua para todos los usos, en particular para la agricultura, de la que depende una proporción importante de la población de la región.
Capítulo cuatro
81
Tabla 2. Prueba estadística de tendencia (estaciones en Sinaloa). CLAVE NOMBRE ESTACIÓN
25015
25116
25080
25049
CULIACÁN (DGE)
LOS MOCHIS
RUIZ CORTINES
LA CONCHA
TEMPERATURAS MÁXIMAS MES ZSR
t(n-2,1-(α/2))
PERIODO
TENDENCIA ESTADÍSTICA
Junio
6.429
2.004
SÍ
Julio
6.837
2.004
SÍ
Agosto
6.817
2.004
SÍ
Septiembre
7.098
2.004
SÍ
Junio
3.745
2.008
SÍ
Julio
3.248
2.008
SÍ
Agosto
4.733
2.008
SÍ
Septiembre
3.655
2.008
SÍ
Junio
5.916
2.012
SÍ
Julio
9.713
2.012
SÍ
Agosto
6.449
2.014
SÍ
Septiembre
5.932
2.014
SÍ
Junio
1.129
2.004
NO
Julio
0.101
2.004
NO
Agosto
1.193
2.005
NO
Septiembre
2.807
2.006
NO
1961-2017
1961-2012
1962-2012
1961-2016
82
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
Tabla 3. Prueba estadística de tendencia (estaciones en Sonora). CLAVE ESTACIÓN
TEMPERATURAS MÁXIMAS NOMBRE
MES ZSR
2033
Mexicali
2005
Boquilla Sta Rosa
2011
Delta Mexicali
2030
La Puerta
2022
El Rosario
2020
El Mayor
2016
El Barril
2015
El Arco
2006
Chapala
2002
Bahía de los Ángeles
t(n-2,1-(α/2))
PERIODO TENDENCIA ESTADÍSTICA SÍ 1960-2010 SÍ SÍ 1948-2007 SÍ SÍ 1949-2012 NO
Agosto Septiembre Agosto Septiembre Agosto Septiembre
4.809 4.809 5.36 3.21 2.44 0.76
2.009 2.009 2.014 2.015 2.02 1.998
Agosto
2.87
2.002
SÍ
Septiembre
1.82
1.999
NO
2.249 2.017
SÍ
Septiembre
Agosto
2.56
2.017
SÍ
1953-2011
Agosto
7.92
2.03
SÍ
Septiembre
4.01
2.03
SÍ
Agosto
2.59
2.012
SÍ
1.004 2.012
NO
Agosto
2.04
2.009
SÍ
Septiembre
1.73
2.009
NO
Agosto
4.02
2.003
SÍ
Septiembre
15.1
2.003
SÍ
Agosto
0.448 2.004
NO
Septiembre
0.277 2.003
NO
Septiembre
1946-2011
1969-2012
1955-2011
1953-2011
1954-2012
1953-2012
Tabla 4. Prueba estadística de tendencia (estaciones en Baja California). TEMPERATURAS MÁXIMAS CLAVE ESTACIÓN
26061
NOMBRE
PERIODO
MES ZSR
NAVOJOA
t(n-2,1-(α/2))
TENDENCIA ESTADÍSTICA
Junio
2.637 2.004
SÍ
Julio
1.384 2.004
NO
Agosto
1.661 2.004
NO
Septiembre
1.236 2.004
NO
1960-2015
Capítulo cuatro
83
Tabla 4 (continuación). Prueba estadística de tendencia (estaciones en Baja California). TEMPERATURAS MÁXIMAS CLAVE ESTACIÓN
26018
26139
26292
NOMBRE
PERIODO
MES ZSR
CIUDAD OBREGÓN
HERMOSILLO II
GUAYMAS AP6
t(n-2,1-(α/2))
TENDENCIA ESTADÍSTICA
Agosto Septiembre Junio
5.877 2.001 5.877 2.001 2.3 2.018
SÍ SÍ
Julio
1.691 2.018
NO
Agosto
2.511 2.018
SÍ
Septiembre
0.542 2.019
NO
Junio
0.973 2.01
NO
Julio
1.605 2.01
NO
1.55
2.012
NO
0.966 2.012
NO
Agosto Septiembre
1961-2011
SÍ 1973-2016
1967-2016
Figura 15. Estaciones con tendencia de incremento de temperatura máxima estadísticamente significativa (en azul), para el mes de agosto. Se muestran en verde las estaciones en donde no hay tendencia.
84
Cambio climático y riesgos hidrometeorológicos
46 45.5
45.5 45
44.5 44 43.5 43.1
43 42.5
2015
2010
2005
2000
1995
1990
1985
42 1980
1965
41.5
42.55
1975
42
1970
TEMPERATURA MÁXIMA ºC
45
Figura 16. Cambio del percentil 90 de la temperatura máxima en Ciudad Obregón, para el mes de agosto.
En conclusión, es innegable la ocurrencia de un proceso de incremento sostenido de las temperaturas máximas en la región en estudio. Como se ha demostrado, la tendencia es estadísticamente significativa. Estos incrementos son más notables en la zona más al norte, precisamente sobre la franja de clima más árido según la clasificación de Köppen modificada (figura 1), y menos en las estaciones más cercanas a la Sierra Madre Oriental, con climas más húmedos. Es de notar que el incremento de temperaturas máximas observado en varias estaciones, a pesar de que los datos corresponden al periodo 2010-2017, se aproxima a los valores esperados para el periodo 2071-2099 (figura 4) en el escenario rcp 6.0, lo que sugiere que la región está experimentando un calentamiento mayor al pronosticado. Deberán realizarse estudios conforme la información se incremente, asimismo, será necesario el estudio de las ondas de calor en la región, para establecer programas de alerta temprana, así como modelar los
Capítulo cuatro
85
efectos en la producción agrícola, con el fin de establecer medidas de adaptación.
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