Introducción

En su Cuarto Reporte, el Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC por sus siglas en inglés), establece un incremento cercano a los 0.6±0.2 °C en la temperatura superficial a escala global (^{IPCC, 2007}). Se tiene una gran cantidad de investigaciones referentes a los efectos del cambio climático a escala global, y algunos investigadores se han abocado a determinar el efecto a escala regional y local, generalmente al estudiar las variables climáticas de temperatura y precipitación diaria, comúnmente con valores promediados. ^{Vázquez (2010)} , menciona que de acuerdo con la Organización Meteorológica Mundial (OMM), una de las mayores consecuencias del cambio climático, es quizás el aumento en la frecuencia de eventos meteorológicos extremos.

Un evento meteorológico extremo puede ocurrir en un lapso de unos cuantos días, a diferencia de los eventos climáticos extremos que ocurren por períodos largos. Entre las definiciones de un evento extremo, se tiene que es aquel evento registrado en el comportamiento de una variable dada, que tiene baja probabilidad de ocurrencia y cuyo valor observado en dicha variable, excede un umbral especificado. ^{Vincent et al. (2005)} , determinaron que los extremos de temperatura cambian para Suramérica, al encontrar que las noches más frías cambian a más cálidas y que las noches tropicales tienden al incremento. ^{Gallant y Karoly (2010)} , por su parte mencionan que enAustralia se ha incrementado la duración de extremos cálidos y húmedos, mientras la duración de extremos frescos y secos ha disminuido.

^{Sensoy et al. (2013)} , concluyeron que para Turquía los extremos como días de verano, noches tropicales y noches cálidas se han incrementado, mientras noches y días frescos han disminuido. Estas variaciones en los extremos meteorológicos tendrán impactos en diferentes sectores entre ellos el agrícola, tal como lo indica el IPCC en su cuarto reporte (^{IPCC, 2007}), al considerar que en zonas templadas se tendrá aumento en el rendimiento de cultivos agrícolas debido al incremento de temperaturas, pero en zonas cálidas el incremento de temperatura afectará al rendimiento y permitirá un incremento en la presencia de plagas.

De acuerdo con ^{Klein-Tank et al. (2009)} , para tener una perspectiva uniforme de los cambios en clima y extremos climáticos, el ETCCDMI, ha definido una serie de 27 índices que describen características particulares de los extremos, incluyendo frecuencia, amplitud y persistencia. Los cambios proyectados en estos índices son indicativos de cambio climático futuro en los parámetros meteorológicos extremos. Información detallada sobre estos índices se puede encontrar en ^{Alexander et al. (2006)} ; ^{Klein-Tank et al. (2009)}; ^{Zhang et al. (2011)}. A nivel global, ^{Alexander et al. (2006)} encontraron que el índice "número de noches cálidas al año" se ha incrementado en cerca de 25 días desde el año 1951, mientras que el "número de noches frías al año" ha disminuido en 20 días para el mismo período.

Las políticas actuales para las medidas de mitigación y adaptación a los efectos del cambio climático, demandan la generación de información tanto a nivel local como regional. México presenta una gran diversidad de regiones que van desde climas muy cálidos en las costas, los secos en la parte central y norte, y los templados en las sierras en las que encontramos fríos polares en las cumbres más altas. Asimismo, México presenta una fisiografía muy variada. Esta gran diversidad nos indica que los efectos del cambio climático serán diferentes en cada región y por tanto las medidas de mitigación y adaptación también.

Una de estas regiones es la Provincia Fisiográfica Llanuras Costeras del Golfo Sur, la cual comprende parte de los estados de Veracruz, Tabasco, Oaxaca, Campeche y Chiapas. La necesidad de determinar el comportamiento de los extremos meteorológicos relacionados con la temperatura a nivel regional, permitirá contar con información valiosa para el desarrollo de medidas de adaptación en los diferentes sectores productivos. El objetivo del presente trabajo fue evaluar las tendencias de los índices climáticos de extremos meteorológicos basados en las temperaturas máxima y mínima diaria para la región Llanuras Costeras del Golfo Sur.

Materiales y métodos

Zona de estudio. La región Llanuras Costeras del Golfo Sur, es una de las quince provincias fisiográficas que forman parte del territorio mexicano. Se encuentra localizada en la parte sureste de la República Mexicana (Figura 1), está limitada al poniente por el Sistema Volcánico Transversal, al sur por la Sierra Madre del Sur y al oriente por la Península de Yucatán. Su anchura promedio varía entre 125 y 150 km. Comprende las regiones costeras del sur de Veracruz, abarca prácticamente todo el estado de Tabasco, algunas zonas del norte de Oaxaca y Chiapas, y el suroeste de Campeche. A su vez está formada por las subprovincias: Llanura Costera Veracruzana; Sierra de los Tuxtlas; y, Llanuras y Pantanos Tabasqueños (^{Medina et al, 2010}). La altitud en esta región va de los 0 msnm en los límites con el mar, a los 550 msnm en los límites con la sierra; con climas cálidos subhúmedos y húmedos, con temperaturas medias anuales entre 24° a 27 °C y precipitación pluvial anual entre 1 500 y 2 250 mm (^{Medina et al, 2010}).

Figura 1 Localización de las estaciones climáticas analizadas en la Región Llanuras Costeras del Golfo Sur. 

Tabasco y Campeche, de la cual se utilizó sólo la información de las estaciones localizadas dentro de la región Llanuras Costeras del Golfo Sur. De éstas se seleccionaron 31 estaciones climáticas de acuerdo a los siguientes criterios: 30 años o más de información; 95% o más de datos; eliminación de año con 3 meses o más sin datos; eliminación de estaciones con muchos años consecutivos sin datos. La Figura 1 muestra la zona de estudio y las estaciones climáticas analizadas.

Análisis de la calidad y homogeneidad de las series. Se realizó un control de calidad de los datos (^{Klein-Tank et al., 2009}), mediante el uso del módulo RClimDex v. 1.0 (^{Zhang y Feng, 2004}), ejecutado en R v. 3.0.1 y que realiza la corrección o eliminación del dato una vez comparado con parámetros climáticos en las mismas fechas de alguna estación cercana. Para el análisis de homogeneidad y detección de saltos o rupturas en las series de temperatura mínima y temperatura máxima diarias, se utilizó la prueba F de máxima penalización para cambios en la media en datos no documentados, de acuerdo a lo recomendado por ^{Wang (2008)} , mediante el módulo RHTests v. 3.0 (^{Wang y Feng, 2010}) ejecutado en R v. 3.0.1 el cual incluye el proceso de homogeneización de la serie con ajuste por cuantiles (QM), en caso de resultar no homogénea (^{Wang et al, 2010}). Con estas series se realizó un análisis de estadística descriptiva con la finalidad de determinar anomalías en las variables térmicas de temperatura máxima diaria, temperatura mínima diaria y oscilación térmica diaria con los valores de las normales climáticas para un período de 30 años de acuerdo a lo establecido por la OMM.

Determinación de los índices de extremos. Se seleccionaron 13 de los 27 índices de extremos climáticos establecidos por el "equipo de expertos para la detección, monitoreo e índices de cambio climático" (ETCCDMI) (^{Vázquez, 2010}; ^{Zhang et al, 2011}), relacionados con la temperatura y los parámetros climáticos de temperatura máxima media y temperatura mínima media (Cuadro 1). Estos valores fueron obtenidos mediante el módulo RClimDex desarrollado por el Departamento de Investigación Climática del Servicio Meteorológico de Canadá (^{Zhang y Feng, 2004}) y ejecutado en el software R versión 3.0.1 que calcula estos índices en una base mensual o anual, para lo cual se consideraron como temperaturas umbrales las siguientes: 25 °C umbral superior de temperatura máxima diaria y 20°C umbral superior de temperatura mínima diaria, éstos valores fueron seleccionados para tener resultados de la región Llanuras Costeras del Golfo Sur que puedan ser comparados con los resultados de otras regiones (^{Zhang et al., 2011}).

Cuadro 1 Índices de cambio climático analizados en este estudio. 

Una vez obtenidos los índices, se procedió a realizar un análisis de correlación con los valores de las pendientes de las tendencias de cada índice climático de las 31 estaciones obtenidas en el proceso del módulo RClimDex, ya que se consideró que estos son valores del mismo tipo para todas las variables por lo que no fueron estandarizadas. Posteriormente se llevó a cabo un análisis de componentes principales y con los valores de las nuevas variables ya ponderadas se realizó un análisis de agrupamiento mediante el módulo Cluster Analysis del software Minitab con la finalidad de identificar grupos de estaciones con tendencias similares en el conjunto de índices climáticos de extremos.

Tendencia regional. Para evaluar la tendencia de estos índices climáticos en la región estudiada, se promediaron los valores de cada índice para todas las estaciones, obteniendo los valores regionales anualmente. Con estos valores se elaboraron gráficas de tendencia de los índices que mostraron mayor significancia, incluyendo la línea de tendencia de medias móviles para períodos de 10 años. Asimismo, para identificar el comportamiento estacional para los índices climáticos de extremos, se elaboraron gráficas de los índices frecuencia de noches frescas y frecuencia de días calurosos para las cuatro estaciones del año en la región Llanuras Costeras del Golfo Sur.

Resultados y discusión

Para la zona de estudio se tienen como normales climáticas para el período de 30 años 1978-2007 los valores de: 31.7 °C de temperatura máxima anual, 20.4 °C de temperatura mínima anual y 11.3 °C de oscilación térmica anual. Para el período estudiado (1961-2007), en la región Llanuras Costeras del Golfo de México, se obtuvieron las anomalías en base a medias móviles de 10 años, de 0.33 °C y 0.86 °C de temperatura máxima anual y temperatura mínima anual respectivamente, mientras que para la oscilación térmica se muestra una tendencia negativa con una anomalía de -0.53 °C lo que indica que las temperaturas máxima y mínima se han acercado conforme ha transcurrido el tiempo.

Índices de extremos térmicos. En el Cuadro 2 se resumen las tendencias encontradas para cada uno de los índices climáticos estudiados.

Cuadro 2 Número de estaciones con tendencia significativa negativa, tendencia no significativa y tendencia significativa positiva para cada índice climático. Los números en negritas indican que más de 40% de las estaciones presentaron tendencia significativa. 

Se observa que el número de estaciones con tendencia positiva significativa es mayor que para la tendencia negativa significativa. Para los índices climáticos: noches tropicales, temperatura mínima extrema, frecuencia de noches cálidas, frecuencia de días calurosos, duración de los períodos cálidos y rango diurno de temperatura, 45% o más de las estaciones resultaron con tendencia significativa positiva; esto es, tendencia a incrementar estos parámetros climáticos. En lo referente a los índices climáticos frecuencia de noches frescas y frecuencia de días frescos, 45% o más de las estaciones presentaron tendencia significativa negativa, lo que indica una disminución en el número de días en el año en que se tengan noches y días frescos.

Éstos resultados muestran un incremento en los valores de índices relacionados con el aumento de temperaturas máximas diarias y temperaturas mínimas diarias, a diferencia de ^{Vincent et al. (2005)}, quienes encontraron mayor número de estaciones con cambios no significativos en índices relacionados con el incremento en temperatura máxima y mínima, aunque su estudio abarca una superficie considerablemente mayor que la analizada en este artículo. La variación entre estaciones climáticas, de dos de los trece índices estudiados, se observa en la Figura 2. Se muestran los indices climáticos frecuencia de noches frescas y frecuencia de dias calurosos, esto es, los periodos de extremos térmicos y que en el Cuadro 2, mostraron más del 40% de estaciones con tendencias significativas para estos indices.

Figura 2 Tendencias observadas en las estaciones climáticas analizadas en el período 1961-2007, para los índices (a) frecuencia de noches frescas; y (b) frecuencia de días calurosos. Triángulos negros indican tendencia significativa a la disminución, triángulos grises indican tendencia significativa al incremento, círculos blancos indican cambio leve no significativo. 

En el cálculo de estos dos indices, cuatro estaciones climáticas quedaron incompletas debido a la falta de información en algunos meses de la serie, por lo que se decidió no incluirlas en esta figura. Se observa que en la mayor parte de las estaciones se tiene una tendencia a disminuir la frecuencia de noches frescas (Figura 2a) mientras que el indice de frecuencia de dias calurosos muestra incrementos en gran parte de las estaciones (Figura 2b). Estos dos indices muestran variación entre las estaciones analizadas ya que se presentan estaciones con tendencias opuestas en los dos indices y estaciones con tendencias iguales, asi como estaciones muy cercanas con tendencias diferentes para el mismo indice. ^{Klein-Tank et al. (2009)} indican que para disminuir esta variabilidad es conveniente trabajar a nivel regional con los promedios de los indices, con lo que se consigue suavizar las variaciones encontradas.

En el Cuadro 3 se resumen los valores encontrados de los 13 índices de extremos térmicos, asi como los parámetros temperatura minima diaria y temperatura máxima diaria, para las estaciones climáticas estudiadas. En el estado de Campeche sólo se analizaron cuatro estaciones, lo que se refleja en el mayor error estándar en todos los indices. Para el periodo estudiado se tienen dias de verano casi todo el año y las noches tropicales se presentan en mayor cantidad en la parte suroeste de Campeche. Las temperaturas máxima y minima extremas se encuentran en la parte sur de Veracruz. La frecuencia de noches frescas y dias frescos, mientras que la frecuencia de noches cálidas y dias calurosos es similar en toda la región. La duración de los periodos cálidos va de 30 a 50 dias al año, mientras que la duración de los periodos frios es similar para la zona sureste de Campeche y Tabasco, no asi para el sur de Veracruz en el que se presenta una duración de hasta 73 dias, lo que puede relacionarse con el hecho de que en esta zona se tienen estaciones climáticas con altitudes entre 100 a 345 msnm.

Cuadro 3 Valores de los índices de extremos térmicos y dos variables climáticas, promedio de las estaciones localizadas por Estado en la región Llanuras Costeras del Golfo Sur para el período 1961-2007. Se muestra el valor promedio y el error estándar. 

*número de estaciones analizadas.

La Figura 3 presenta estos indices y la linea de tendencia con medias móviles decadales, para la región Llanuras Costeras del Golfo Sur. La mayor carga que aportan estos indices a la variación en la zona de estudio nos indica la gran influencia que tienen en los cambios de tendencia para la zona de estudio. A nivel regional el número de noches tropicales se ha incrementado 30 dias en 47 años, similar índices a los incrementos encontrados para la parte sur de Brasil por ^{Vincent et al. (2005)} y menor al incremento reportado por ^{Sensoy et al. (2013)} para Turquía. Los días de verano muestran un ligero incremento, aunque si consideramos que la zona de estudio tiene clima cálido, este índice no tiene un impacto fuerte en la variación observada en laregión Llanuras Costeras del Golfo Sur.

Figura 3 Tendencias de los índices climáticos, a escala regional, con mayor carga en el análisis de componentes principales: a) noches tropicales; b) días de verano; c) duración de los períodos fríos; d) duración de los períodos cálidos; e) frecuencia de noches frescas; f) frecuencia de días frescos; g) frecuencia de noches cálidas; y h) frecuencia de días calurosos. 

La duración de los periodos frios muestra un incremento bajo (12 dias), mientras que la duración de periodos cálidos tiene un incremento de 26 dias, valor que se encuentra en el rango estimado en regiones con clima más templado mencionado por ^{Alexander et al. (2006)} . En lo referente a los indices frecuencia de noches y dias frescos, se tiene un aumento casi nulo (1% y 3.8% respectivamente), mientras que la frecuencia de noches cálidas y dias calurosos tienen un mayor incremento (12% y 10% respectivamente); esto es, 40 dias más en el año se presentan estas condiciones en comparación con el inicio del periodo estudiado. ^{Vincent et al. (2005)} encontraron valores similares de los indices frecuencia de noches cálidas y frecuencia de dias calurosos para Perú y la parte sur de Argentina, mientras que ^{Caesar et al. (2011)} , encontraron a escala global valores menores a los obtenidos en este trabajo.

Estas gráficas muestran las tendencias a escala regional, como resultado de promediar los valores de los indices de cada estación de acuerdo con lo mencionado por ^{Klein-Tank et al. (2009)} . El análisis de agrupamiento "clusters" aplicado a los valores de las variables ponderados por los dos componentes principales, arrojó como resultado que las 31 estaciones climáticas quedan incluidas en cuatro grupos con un nivel de similaridad de al menos 85%. El agrupamiento encontrado no responde a la localización espacial de las estaciones climáticas estudiadas, sino al tipo de tendencia general al promediar todos los indices climáticos obtenidos. Al tratar de entender esta clasificación se encontró que responde a las tendencias de los parámetros climáticos temperatura máxima diaria media anual y temperatura minima diaria media anual, variables que dan origen a estos indices de extremos.

El primer grupo abarca dos estaciones climáticas: una en Campeche y otra en Veracruz, muestran tendencia positiva en ambos parámetros; el segundo grupo se forma por tres estaciones: una de Campeche y dos de Veracruz, con tendencia negativa en ambos parámetros; el tercer grupo, el más grande, incluye 25 estaciones climáticas: dos de Campeche, siete de Tabasco y 16 de Veracruz, este grupo muestra una tendencia negativa para temperatura máxima diaria media anual y positiva para temperatura minima diaria media anual; y el último grupo sólo contiene una estación correspondiente a Veracruz, muestra una tendencia positiva para temperatura máxima y tendencia negativa para temperatura minima, esta estación contiene varios datos perdidos por lo que se considera que fue la causa de quedar separada de las otras.

Tendencias estacionales. Con la finalidad de determinar el comportamiento estacional de los extremos de las temperaturas, se elaboraron gráficas de las medias móviles decenales para los indices frecuencia de noches frescas, frecuencia de noches cálidas y frecuencia de dias calurosos, para las estaciones primavera (marzo-abril-mayo), verano (junio-julio-agosto), otoño (septiembre-octubre-noviembre) e invierno (diciembre-enero-febrero), como se muestra en la Figura 4. En las tres gráficas se tienen tendencias relativamente estables de cada indice en las cuatro estaciones del año hasta antes del año 1990. Posterior a este año las tendencias entre las estaciones del año presentan mayor variación.

Figura 4 Tendencias estacionales de los índices a) frecuencia de noches frescas; b) frecuencia de noches cálidas; y c) frecuencia de días calurosos. 

Durante la primavera, la frecuencia de noches frescas se ha mantenido casi sin cambios en el periodo 1961-2007, no asi las frecuencias de noches cálidas y dias calurosos, que muestran un incremento de 6% y 9% respectivamente, lo que equivale a 5 y 8 dias con temperaturas minimas y máximas arriba del percentil 90. Es en verano cuando se tiene la mayor frecuencia de noches frescas, noches cálidas y dias calurosos, la cual pasa de 10 a 16% para noches frescas, de 11 a 26% para noches cálidas y de 10 a 26% para dias calurosos, lo que equivale a tener 14 noches frescas, 23 noches cálidas y 23 dias calurosos durante el verano, en la última década analizada.

En otoño se observa que se mantiene estable la frecuencia de noches frescas en todo el período con un valor de 10%, mientras que las frecuencias de noches cálidas y días calurosos tienen un incremento considerable siendo este del 16% (9% en la primer década y 25% en la última década) para noches cálidas y del 13% (8% en la primer década, a 21% en la última década) para días calurosos, esto es un incremento de casi 14 noches con temperatura mínima mayor al percentil 90 y 12 días con temperatura máxima mayor al percentil 90 durante los tres meses otoñales. Invierno muestra disminución de noches frescas pero incremento en el número de noches y días calurosos con valores de 15% y 16% respectivamente, al final de la década del período 1961-2007 lo que corresponde a 13 noches y 14 días considerablemente calurosos en esta estación del año.

Al comparar las tendencias de las frecuencias de noches cálidas con días calurosos para las dos estaciones del año en las que se detectó mayor incremento, verano y otoño, tenemos que las noches cálidas se incrementaron de 11 a 26 % en verano y de 9 a 25% en otoño, mientras que los días calurosos muestran un incremento de 10 a 26% en verano y de 8 a 21% en otoño. Estos resultados indican que la frecuencia de noches con temperaturas nocturnas mayores al percentil 90, se ha incrementado de tal forma que el número de noches cálidas iguala al número de días calurosos en verano, y en otoño lo supera, esto es, en esta estación del año son más las noches cálidas que los días calurosos como se muestra en la Figura 5.

Figura 5 Tendencias de los índices: frecuencia de días calurosos (líneas negras) y frecuencia de noches cálidas (líneas grises) para verano y otoño. 

Estos resultados confirman lo obtenido en el análisis de agrupamiento, en el que el grupo con mayor número de estaciones muestra tendencias de estables a ligeramente positivas para la temperatura máxima diaria y tendencias significativamente positivas para la temperatura mínima diaria, lo que resulta en la disminución del rango diurno de temperaturas. En la región llanuras Costeras del Golfo Sur el ligero incremento en la frecuencia de noches frescas no concuerda con lo reportado por ^{Alexander et al. (2006)} para la misma zona, esto puede deberse a que en ese estudio se realizó un análisis a escala global y en este estudio el análisis fue a escala regional. En cambio el incremento en temperaturas nocturnas y en temperaturas diurnas que ocurre en verano (jun-ago) y otoño (sep-nov), si concuerdan con los reportados por ^{Vincent et al. (2005)} en el área de Sudamérica, para las estaciones de verano (dic-feb) y otoño (mar-may).

Conclusiones

En la región Llanuras Costeras del Golfo Sur los índices de extremos relacionados con temperatura máxima y mínima diaria muestran cambios significativos, tanto de disminución como de incremento para la zona de estudio en el período 1961-2007, siendo los más notorios: días de verano, noches tropicales, duración de los períodos cálidos, frecuencia de noches cálidas y frecuencia de días calurosos. El manejo de valores promedio de los índices de extremos suaviza la variación encontrada en la zona de estudio y permite una visión más general de los cambios a escala regional.

Para la región Llanuras Costeras del Golfo de México, el incremento de noches cálidas y días calurosos ocurren en mayor medida durante el verano y el otoño, estaciones del año en que se deberán tomar medidas preventivas por los efectos que estos incrementos pueden tener en los seres vivos. La frecuencia de noches cálidas se ha incrementado de tal forma que es similar a la frecuencia de días calurosos en verano y es mayor en otoño. Esto implica la mayor presencia de temperaturas nocturnas más elevadas.