Agua–suelo–clima

 

Variabilidad de la precipitación pluvial en la región Pacífico Norte de México

 

Variability of rainfall in the North Pacific Region of Mexico

 

Fernando García–Páez*, Isidro R. Cruz–Medina

 

Instituto Tecnológico de Sonora. Cinco de Febrero 818. 85000. Obregón, Sonora. *Autor responsable: (garpaez@uas.uasnet.mx) (rcruz@itson.mx)

 

Recibido: Enero, 2007.
Aprobado: Julio, 2008.

 

Resumen

Los cambios climáticos anuales y de un periodo a otro se pueden atribuir tanto a la variabilidad natural del clima como al cambio ocasionado por las actividades antropogénicas. Para determinar la significancia de los cambios observados en la Región III Pacífico Norte (RPN) se analizó la variabilidad pluviométrica de las precipitaciones diarias, mensuales y anuales de los registros históricos depurados de 74 estaciones climatológicas ubicadas en las 13 regiones climáticas de la RPN en el periodo 1921–2004. Se usaron análisis de varianza y la prueba de Kruskall–Wallis para comparar las medias y medianas de la intensidad de las lluvias en los últimos 25 y 10 años, contra sus registros anteriores. Se compararon las lluvias máximas de verano en dos periodos, hasta 1979 y de 1980–2004. La prueba de McNemar muestra (p<0.05) que en los dos períodos aumentó la intensidad media de precipitación, y que la región climática con mayores cambios es la Bs1(h)w que incluye cuatro municipios de Chihuahua y cinco de Sinaloa. La prueba de McNemar mostró que no hay cambios (p>0.05) en las lluvias máximas de verano de la RPN.

Palabras clave: Intensidad media y mediana de la precipitación, análisis de varianza, pruebas de Kruskall–Wallis y McNemar.

 

Abstract

Annual climatic changes and those from one period to another may be attributed to natural climate variability as well as to the change caused by anthropogenic activities. In order to determine the significance of the changes observed in Region III of the North Pacific (RPN), pluviometric variability of daily, monthly, and annual rainfall of the selected historical records of 74 weather stations was analyzed, located in the 13 climatic regions of the RPN in the period 1921–2004. Analyses of variance and the Kruskall–Wallis test were used to compare the means and medians of rainfall intensity in the last 25 and 10 years to their previous records. The maximum summer rainfalls in two periods were compared until 1979, and from 1980 to 2004. The McNemar test shows (p<0.05) that in the two periods, rainfall mean intensity increased, and that the climatic region with the greatest changes is the Bs1(h)w region which includes four municipalities of Chihuahua and five of Sinaloa. The McNemar test demonstrated that there are no changes (p>0.05) in the maximum summer rainfalls of the RPN.

Key words: Mean and median rainfall intensity, analysis of variance, Kruskall–Wallis and McNemar tests.

 

INTRODUCCIÓN

Las sequías e inundaciones se han atribuido al cambio climático provocado por las actividades antropogénicas. El objetivo del presente trabajo fue determinar si existen cambios significativos en el régimen pluviométrico de la Región Pacífico Norte (RPN) en el noroeste de México, mediante el análisis de la intensidad y distribución de las precipitaciones. La importancia de este trabajo radica en que el sector rural mexicano es vulnerable al cambio climático. No se ha determinado la distribución espacial y temporal del impacto del cambio climático en México y las regiones del noroeste están bajo presión por la escasez de agua, la que puede agravarse por la variabilidad en las lluvias debida al cambio climático.

Mosiño y García (1974) mencionan que en la mayoría de las estaciones climatológicas de México se recibe más de 70% de la precipitación anual de mayo a octubre. Ellos concluyen que el país se caracteriza por un régimen de precipitación estacional debido, entre otras causas, a la presencia de eventos climáticos como El Niño, La Niña, el monzón mexicano, la oscilación decadal del Pacífico, huracanes y tormentas tropicales. El Niño se manifiesta en Baja California Norte y Sonora con aumentos en las lluvias invernales; sin embargo, Magaña et al. (1999) mencionan que este fenómeno causa una disminución de la precipitación media en el verano en México, y Douglas y Englehart (1997) lo relacionan con las lluvias de verano en México.

El monzón mexicano en el noroeste de México se presenta de junio a septiembre. Esta actividad convectiva en los Golfos de California y México aumenta las lluvias en julio, con mayor incidencia al pie de la Sierra Madre Occidental y las disminuye en la zona costera (Douglas et al., 1993). El aumento coincide con el del transporte vertical de humedad por convección (Douglas et al., 1993) y con la presencia de vientos del sur que fluyen hacia la parte alta del Golfo de California (Badan–Dangon et al., 1991).

La variabilidad interanual de la lluvia de verano en México se ha evaluado mediante la teleconectividad entre las series de lluvias regionales y varios índices de variabilidad oceanográfica y atmosférica de gran escala. Uno de ellos es un índice asociado a El Niño, y otros que describen la posición e intensidad del cinturón subtropical de altas presiones. Los análisis de teleconexión consideran el modo de variabilidad cuasi–decadal conocida como oscilación decadal del Pacífico (Englehart y Douglas, 2002).

 

MATERIALES Y MÉTODOS

La superficie de la RPN es 152 000 km² (8% de la superficie mexicana), incluye al estado de Sinaloa y porciones de los estados de Durango, Chihuahua, Nayarit y Zacatecas, con una población de 3.8 millones de habitantes.

La RPN incluye 13 cuencas, desde el río Fuerte en el norte de Sinaloa hasta el río San Pedro en el norte de Nayarit. Para identificar cambios en el régimen pluviométrico se analizaron los datos de precipitación diaria de 74 estaciones. La base de datos se conformó con información digital del ERIC II (IMTA, 2000; Extractor Rápido de Información Climatológica), reportes mensuales de la Comisión Nacional del Agua y registros del Servicio Meteorológico Nacional. La información se depuró y actualizó hasta 2004. La depuración consistió en seleccionar sólo las series con 20 o más años de registros completos y verificar si los datos extraordinarios eran compartidos por estaciones cercanas, y si correspondían a la presencia de ciclones. La densidad de la información en las estaciones de la RPN fue analizada con respecto al número de meses con registros completos por año (Figura 1) y al número de años con registros completos (las estaciones con menos de 20 años de registros completos fueron eliminadas). En la Figura 2 se muestran los años de registros completos por estación para Sinaloa.

Las estaciones se clasificaron de acuerdo con las regiones climáticas de la RPN (Cuadros 1 y 2). Para cada estación se calcularon las medias, medianas y varianzas de las lluvias diarias, mensuales, anuales, y la intensidad de la precipitación diaria (precipitación mensual entre el número de días lluviosos, mm d^–1), así como los máximos mensuales y anuales de la precipitación.

La variación de la precipitación en el tiempo y espacio puede asociarse a fenómenos extremos de la naturaleza y a los cambios climáticos inducidos por el hombre. Sin embargo, Peixoto y Oort (1992) consideran que la variación de la precipitación está más relacionada con efectos de escala local que con movimientos de circulación global.

Para determinar si existen cambios en los regímenes pluviométricos de las estaciones de la RPN, se compararon los registros de los últimos 25 y 10 años con los datos previos a estos periodos (Cuadro 3). En cada grupo se compararon las intensidades de lluvias anuales por medio de un análisis de varianza paramétrico (media) y no paramétrico (mediana) con un factor de clasificación (periodos), utilizando el programa Minitab® (2003).

En el A de V paramétrico, los registros de cada período se consideraron muestras aleatorias independientes (de tamaños n₁ y n₂) de dos poblaciones con medias poblacionales µ₁ y µ₂, para probar la hipótesis: H₀: µ₁ = µ₂ (no hay diferencias en las medias de los periodos) contra H_1: µ₁ µ₂ (las medias son diferentes). Estas hipótesis se contrastaron con el procedimiento de un solo criterio de clasificación de Minitab. Dado que el A de V paramétrico supone que la variable tiene distribución normal, y la lluvia usualmente no sigue esta distribución, se aplicó la prueba de Kruskall–Wallis para comparar las medianas de las poblaciones; esta prueba hace un A de V con los rangos de las observaciones o, en forma equivalente, usa la estadística H (Kanji, 2005):

donde, N es el número total de observaciones y R_i la suma de los rangos de las N_i observaciones del tratamiento o grupo i.

La hipótesis nula se rechaza cuando H excede un valor crítico y la prueba se hizo con Minitab. Como la región en estudio es grande, se esperan aumentos de la precipitación en algunas estaciones y decrementos en otras. Si el número de estaciones con aumentos es similar al de estaciones con decrementos se puede concluir que no hay cambios en el régimen; para la comparación del número de cambios se aplicó la prueba de McNemar (Conover, 1999), que considera sólo las estaciones con cambios significativos entre los dos periodos; la estadística de prueba es:

 

donde, b es el número de estaciones donde la precipitación del primer periodo es significativamente mayor a la del segundo periodo; c es el número de estaciones donde la precipitación del primer periodo es significativamente menor a la del segundo. La hipótesis nula se rechaza cuando la estadística T1 es mayor que un valor crítico.

Para probar la hipótesis de que las lluvias máximas de verano varían en la RPN para el periodo anterior a 1980 con respecto al periodo 1980–2004, se obtuvieron los máximos de las precipitaciones mensuales de junio, julio, agosto, septiembre y octubre para cada año y para cada estación, para cada periodo. Se seleccionan 50 registros máximos que se compararon con un A de V y con la prueba de Kruskall–Wallis.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Precipitación promedio

La precipitación media anual de 1921 a 2004 de la RPN fue 694.73 mm, que equivale a un volumen de 121 982 millones m³. La distribución promedio mensual (Figura 3), fue 85% de junio a octubre, 12% de noviembre a enero y el 3% restante de febrero a mayo. Así, la RPN tiene dos épocas de lluvias principales: verano e invierno.

Las isoyetas muestran que la distribución espacial de la lluvia describe franjas paralelas a la costa (Figura 4) donde ocurren las precipitaciones mínimas, y las máximas ocurren en las partes altas. Las precipitaciones decrecen de sur a norte.

Comparación de las intensidades medias y medianas de la precipitación

Los hietogramas de las intensidades de lluvia muestran diferentes patrones de distribución temporal en la RPN. En la Figura 5 se muestra hietogramas de Chihuahua, Durango y Sinaloa. La comparación de las medias y medianas de las intensidades en los periodos elegidos, muestra que de 1980 a 2004 hubo aumentos en 30 estaciones (la región climática con mayores incrementos corresponde a la Bs1(h)w; Figura 6) y 12 registraron decrementos significativos (p<0.05) con respecto al periodo anterior a 1980. Para el periodo 1995 a 2004 hubo incrementos en 23 estaciones (seis en la zona climática Bs0(h)w) y disminuciones significativas (p<0.05) en 13 (Cuadro 4).

En la descripción anterior, si el número de estaciones con aumentos es similar al de estaciones con decrementos en las intensidades, no se tendrían elementos para concluir que hay un cambio en el régimen pluviométrico de la RPN. Con la prueba de McNemar (Conover, 1999) se determinó que el número de estaciones con incrementos es significativamente mayor (p<0.05) al número de estaciones con decrementos en los últimos 10 años. Esta prueba permite concluir que la media y la mediana de la intensidad de lluvia ha aumentado en la RPN en los últimos 10 años.

Las lluvias máximas de verano en 21 estaciones, las medias y medianas de la precipitación del periodo 1980–2004, disminuyeron; y en 23 estaciones se incrementaron significativamente (p<0.05) (Cuadro 5).

El número de estaciones con aumentos es similar al de aquellas con decrementos en las medias y medianas de las lluvias máximas. Según la prueba de McNemar aplicada a estos cambios, el número de estaciones con incrementos es estadísticamente similar al de estaciones con decrementos; por tanto, se concluye que las lluvias máximas de verano en la RPN no se han modificado.

 

CONCLUSIONES

Los cambios en las precipitaciones de la Región Pacífico Norte de México fueron analizados usando los registros depurados de 74 estaciones climatológicas, con registros completos de más de 19 años, durante el periodo 1921–2004. Se encontró que 85% de las precipitaciones ocurren de junio a octubre, 12% de noviembre a enero y 3% en los meses restantes.

Se detectaron incrementos en las medias y medianas de la intensidades de lluvia diaria para la década 1994–2004. Además, como los promedios anuales de la precipitación en la RPN no han cambiado, se concluye que el número de lluvias ha disminuido pero su intensidad ha aumentado. No se detectaron cambios en las medias y medianas de los máximos de las lluvias de verano. La zona con mayores cambios en las intensidades de lluvia es la región Bs1(h)w) que incluye nueve municipios (cuatro de Chihuahua y cinco de Sinaloa).

 

AGRADECIMIENTOS

A la Comisión Nacional del Agua, al Servicio Meteorológico Nacional y a la Universidad Autónoma de Sinaloa por las facilidades otorgadas para la realización de este trabajo.

 

LITERATURA CITADA

Badan–Dangon, A., C. E. Dorman, M. A. Merrifield, and C. D. Winant, 1991. The lower atmosphere over the Gulf of California. J. Geophysical Res. 96: 16877–16896.        [ Links ]

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