Introducción

La Península de Baja California en México es una región fisiográfica de interés científico por su riqueza florística y su posición geográfica, en la cual los ecosistemas terrestres marinos y acuáticos son influenciados por dos grandes masas de agua, el Océano Pacífico y el Golfo de California. La Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad en México (CONABIO), la describe como una angosta faja de tierra que corre paralela al litoral pacífico a lo largo de más de 1,400 km, con anchura promedio de 75 km. La costa este de la Península está bordeada por las aguas cálidas del Golfo de California y la costa occidental por las aguas frías de la Corriente California (^{Rodríguez-Moreno y Bullock (2014)}.

La Corriente California es una corriente oceánica que se origina en el Pacífico Norte y corre a lo largo de la Costa Oeste de los Estados Unidos de América, moviéndose en dirección sur hasta la parte Sur de la Península de Baja California. Cuando alcanza este punto, vira en dirección occidente hacia el Océano Pacífico. Por su origen geográfico, la corriente es muy fría, relativamente somera y aporta una carga importante de agua fría que promueve surgencias en su paso por la línea de costa; la surgencia es el movimiento vertical de las masas de agua de niveles profundos hacia la superficie. Bograd et al. (2009), reportaron una significativa variación interanual en las características de las surgencias en el periodo de 1967-2007, con periodos extendidos de altas (1970s, 1998-2004) y bajas (1980-1995) y una tendencia hacia una tardía y corta temporada en el CCLME (Ecosistema Marino de la Corriente California -California Current Large Marine Ecosystem). Reportan además que los años El Niño están caracterizados por un retraso y debilitamiento en las surgencias en este ecosistema.

El Niño (ENSO -El Niño Southern Oscillation) es una disrupción del sistema océano-atmósfera que ocurre en el Pacífico Tropical y que contribuye a cambios significativos en las condiciones de meteorología y clima en el planeta. Este fenómeno presenta dos componentes: 1) oceánico, donde se contrastan las temperaturas superficiales del Pacífico Tropical y que da origen a la condición El Niño, que se presenta al tener anomalías cálidas y La Niña, que se presenta al tener anomalías frías; y 2) atmosférico (condición Walker), medido cuantitativamente por el Índice de Oscilación del Sur el cual es un reflejo del cambio relativo entre la presión atmosférica media mensual a nivel del mar entre los sectores occidental (alrededores de Darwin, norte de Australia) y la región central-oriental del Océano Pacífico (alrededores de la isla Tahití) en la Polinesia francesa. La duración de la condición El Niño es variable. Según ^{McPhaden (1999)} , se presenta cada tres a siete años y dura entre 12 a 18 meses. La NOAA refiere que la condición tiende a ocurrir cada 3-5 años y dura por lo general entre 9-12 meses. Contrario a la condición El Niño, La Niña puede durar de 1-3 años.

Acerca de la condición ENSO se le ha documentado que afecta la frecuencia, intensidad y distribución espacial de la lluvia. La National Aeronautics and Space Administration (NASA) menciona que su influencia es principalmente en las zonas costeras del continente americano, desde el Hemisferio Norte enAlaska hasta la parte central de Chile en el Hemisferio Sur. En México, según ^{Magaña et al. (1998)} las lluvias de invierno en años El Niño aumentan su intensidad, como ocurrió durante los inviernos de 1982-1983, 1986-1987 y 1991-1992 y se debilitan en las temporadas de verano.

En inviernos Niño, la corriente en chorro de latitudes medias se desplaza hacia el sur provocando una mayor incidencia de frentes fríos y lluvias en las zonas norte y centro de México (^{Magaña et al, 1998}). Lo opuesto ocurre aproximadamente en años Niña. Su influencia en las lluvias de invierno no es siempre la misma, principalmente cuando se analizan los cambios a nivel regional. Regiones como Baja California o Sinaloa han experimentado algunas de las mayores inundaciones durante años Niño.

En caracterizar el clima a escala regional la mayor limitante es la nula o limitada disponibilidad de datos climáticos históricos. En este sentido, varios autores han documentado sobre el papel preponderante de los satélites en observar el dinamismo y los cambios en el sistema Tierra. El avance más significativo es la cobertura y caracterización del planeta a escala global a través de un aumento en la resoluciones espacial y temporal de los productos satelitarios, lo cuál sería imposible de obtener sin este apoyo (^{Dowell et al. 2013}), además, la obtención de modelos de respuesta específica regional mejoran la representatividad de los datos para caracterizar los ecosistemas.

En el presente manuscrito se explora la influencia de la condición ENSO en el número e intensidad de los eventos de lluvia en la región fisiográfica Península de Baja California. La serie histórica de datos de lluvia se obtuvo de los registros del satélite TRMM (Tropical Rainfall Measurement Mission), los cuáles estiman la lluvia diaria a escala global en pixeles de ~27 km. La división de la base de datos a intervalos de 5 mm permitió identificar los eventos extremos de lluvia como > 30 mm. La relación entre los eventos extremos y los episodios ENSO no ha sido estudiada extensamente en la Península aunque algunos estudios de caso se han llevado a cabo.

Materiales y métodos

Descripción del área de estudio

Los límites espaciales de la provincia fisiográfica fueron trazados conforme la metodología del Instituto Nacional de Estadística y Geografía e Informática (INEGI) que considera el origen geológico, los paisajes, los tipos de rocas y las geoformas. En esta provincia se localizan tres discontinuidades fisiográficas: el Desierto de Vizcaíno, con amplios llanos y médanos que se interrumpen en dirección occidental; las planicies de Magdalena, región con bajos y bolsones que se inundan durante la época de lluvias y cuya costa arenosa se ve interrumpida por algunas lagunas (varias de ellas comunicadas al mar) y la Región del Cabo con serranías de granito (Figura 1). El sistema montañoso recorre la Península a todo lo largo de la costa oriental, las pendientes más abruptas descienden directamente al Golfo de California y las más suaves en la vertiente occidental, hacia el Océano Pacífico. La parte Norte de la provincia está dominada por rocas intrusivas mientras que en la planicie occidental se localizan manchones de sedimentos aluviales.

Figura 1 Distribución espacial de los pixel TRMM (izq) y límites fisiográficos de la provincia Península de Baja California (der). Proyección cónica conforme de Lambert. 

Resultados y discusión

En total se observaron 28 714 eventos de lluvia distribuidos en toda la provincia fisiográfica (un promedio de 1 914 eventos por año - Figura 2).

Figura 2 Eventos de lluvia observados en la serie de datos histórica. Los datos fueron estratificados conforme al monto de lluvia estimada. 

Entre los eventos de lluvia, poco menos de 63% (18, 059) estuvieron en el rango de entre 1 y 5 mm de lluvia; 16.7% entre 5 y 10 mm (4 788); 7.3% (2 118) entre 10 y 15 mm; 4.8% (1 382) fueron eventos extremos de más de 30 mm; para el resto de las categorías el número de eventos fue de 1 166 (de 15 a 20 mm -4%), 720 (de 20 a 25 mm -2.5%) y 481 (de 25 a 30 mm -1.67%). Con respecto a los eventos extremos, los resultados fueron contrastantes e inesperados. La frecuencia más alta (471 eventos) se registró en el año 2002 (condición ENSO-NM) y el número más bajo (25) en 1999, en condición ENSO-NiF. Sin embargo, en otros años de condición ENSO, los resultados observados fueron contrastantes. En 2009 (ENSO-NM), se registraron 134 eventos extremos, poco menos de 30% de los registrados en 1999. En otro año NiF (2010), el número de eventos extremos fue de 37. Estos contrastes no dan una idea clara de la relación entre la condición ENSO y los eventos extremos, sino por el contrario, abre un abanico de posibilidades para ser abordadas en futuras investigaciones.

Del Cuadro 1, las cifras en negritas corresponden al valor máximo de la serie de datos; las cifras en negritas e inclinadas corresponden al valor mínimo de eventos en la serie histórica de datos; las cifras subrayadas corresponden a los datos extremos máximo y mínimo de toda las serie histórica de datos. Estos resultados evidencian que en la región de estudio, el número de eventos de lluvia aumenta durante episodios de La Niña Débil, ocasionando mayormente eventos de lluvia de intensidad menor a 5 mm. Adicionalmente, inferimos que este indicador es opuesto (asimétrico) con la condición ENSO- El Niño Débil. Una observación de interés para darle seguimiento en el análisis estadístico de los datos es la relación casi paralela para la frecuencia de eventos de lluvia entre las eondieiones NiD y N. Con respeeto a los eventos extremos, en la condición N se registró el máximo de la serie histórica (372 eventos) y en la NiF el mínimo (62).

Cuadro 1 Distribución de los eventos de lluvia por condición ENSO. 

La variación interestacional se realizó a través del análisis por mes calendario (Cuadro 2).

Cuadro 2 Distribución de los eventos de lluvia estratificados por mes calendario. 

Del Cuadro 2, los números destacados en negritas corresponden a los máximos de la serie; los destacados en negritas e inclinados son los mínimos de la serie y los subrayados son los máximos y los mínimos de toda la serie de datos. En el Cuadro 2 se observa que es en septiembre cuando sucede el mayor número de eventos de lluvia, mientras que el menor número de eventos de lluvia se observó en diferentes meses y para diferentes estratos. Los < 5 mm enjunio; los eventos entre 5 y 20 mm, en mayo; los > 20 mm/evento, en abril -incluye los eventos extremos. Para hacer notar que en los meses de mayo y junio no se registraron eventos de lluvia mayores a 15 mm.

El mayor número de eventos extremos se observó para los meses de septiembre y agosto. Esta circunstancia coincide con lo reportado por varios autores con respecto a la presencia de tormentas y ciclones tropicales que afectan la región occidental de México. De acuerdo con ^{Dorst (2010)} la temporada de huracanes va de julio a noviembre, con un pico de actividad a finales de agosto y principios de septiembre. Severas tormentas ocurrieron en Septiembre (^{Visher, 1992}); los huracanes de mayor impacto en la peninsula de Baja California Sur ocurrieron en agosto y septiembre (^{Vadillo-Romero, 2003}); de acuerdo a los registros del Centro Nacional de Huracanes (NHC-National Hurricane Center), en su reporte al 2006, más de 150 tormentas tropicales han afectado la peninsula de Baja California Sur.

Estos resultados sugieren ampliar el estudio incorporando nuevas variables a la base de datos como por ejemplo diferenciar la linea de costa del Pacifico con la del Golfo de California, separar virtualmente la peninsula en la región norte y en la región sur dada la extensión latitudinal, en el conocimiento de que la zona sur de la Peninsula sufre de la mayor presencia de huracanes, incluir datos del uso del suelo y mayormente incorporar los datos de los eventos atmosféricos extremos como los huracanes. Un aspecto de importancia y que seria complementario a los datos de lluvia, es la incorporación de los datos directos de las series históricas de estaciones meteorológicas en el área de estudio con el fin de detectar probables desviaciones con el dato estimado TRMM.

Análisis estadístico

Análisis por eventos de lluvia

En el modelo general de análisis se declaró al número de eventos como variable dependiente y como independientes tres variables categóricas: la condición ENSO, el mes calendario y el estrato de lluvias. Los resultados fueron significativos (p<< 0.05) para la condición ENSO, Mes y Estrato. No se observó co-linearidad entre las variables del modelo (0.28 > r² < 0.70). Los resultados de la prueba de Bonferroni se muestran en la Cuadro 3.

Cuadro 3 Prueba Bonferroni (a= 0.05) para grupos homogéneos. Toda la serie de datos. 

La prueba Bonferroni para grupos homogéneos confirmó lo observado en la Cuadro 1, respecto a que las condiciones ENSO N y ENSO NiD son homogéneas para la frecuencia de eventos de lluvia. Adicionalmente, resultaron con la misma condición de homogeneidad las condiciones ENSO NiF y ENSO NM. Las condiciones ENSO-ND y ENSO-NiM resultaron en grupos diferentes; respectivamente, mayor y menor frecuencia promedio de eventos de lluvia.

Con relación al mes calendario, sorprendentemente el mayor número de eventos de lluvia no se observó en septiembre sino de manera continua durante la temporada de lluvias invernales (enero, febrero y marzo) y en el verano intermedio (agosto). El menor número de eventos de lluvia en promedio se observó para los meses calurosos de mayo y junio.

Con respecto al estrato, diferencias entre grupos se observaron principalmente para el < 5 mm, donde se observó el promedio de eventos más alto (2.35), seguido por el de 5 a 10 mm (1.28) y el de eventos extremos (> a 30 mm, -1.19); no se observaron diferencias significativas entre los estratos de 10 mm a menos de 30 mm. Aunque no se encontraron antecedentes de un intervalo de análisis para dar seguimiento a los regimenes de precipitación en México, ^{Grimm y Tedeschi (2008)} sugieren utilizar un umbral de 10 mm dia^-1 diarios para regiones con temporal lluvioso. El clima en la provincia fisiográfica Peninsula de Baja California, es preponderantemente árido y semiárido, por lo cual consideramos que los estratos de análisis propuestos pueden considerarse adecuados.

Análisis por lluvia estimada

Con relación al volumen de lluvia precipitada, el análisis MANOVA incluyó la lluvia estimada como variable dependiente y como independientes las variables categóricas condición ENSO y mes calendario. El análisis resultó en diferencias significativas (p< 0.05) para la condición ENSO y el MES calendario [F(5, 19,887)= 91.241, p< 0.01; y F(11, 19877)= 215.03, p< 0.01, respectivamente] (Figura 3).

Figura 3 Lluvia estimada mensual por condición ENSO (A) y por mes calendario (B). El valor corresponde al promedio mensual y las barras verticales al intervalo de confianza (0.95).  

Las más altas precipitaciones se observaron en los años N y ND (Figura 3a ) mientras que las menores en la condición NiM y NiF, donde la lluvia promedio estimada fue la más baja. En la Figura 3b se observa un comportamiento bimodal en la distribución de la lluvia por mes calendario, siendo los meses de septiembre y agosto los meses más húmedos y la temporada de abril a junio la más seca. La prueba Bonferroni para homogeneidad de grupos se muestra en el Cuadro 4.

Cuadro 4 Prueba Bonferroni (a= 0.05) para grupos homogéneos. Toda la serie de datos. 

De acuerdo con la prueba Bonferroni las seis condiciones ENSO se pueden agrupar en tres grupos. La condición ENSO-NiM y ENSO-NiF con el estimado de lluvias más bajo; la ENSO-ND y la ENSO-N con el promedio de lluvias más alto; y la ENSO-NM y la ENSO-NiD con un promedio de lluvias intermedio. Con respecto al mes calendario, la variación interestacional corrobora a los meses más calurosos con el menor promedio de lluvia estimada (abril, mayo y junio) y a los meses de agosto, septiembre y octubre como los de mayor promedio de precipitación.

Estos resultados confirman lo descrito por la NOAA en el sentido de que la condición Niño influye en el desarrollo de huracanes en el Pacifico Este. Adicionalmente, podemos mencionar que los resultados obtenidos sugieren que la condición ENSO-N también podria causar el mismo efecto. Sin embargo, la naturaleza de nuestros datos solo permite inferir lo anterior pues seria necesario realizar un planteamiento de análisis especifico para que en futuras investigaciones se incluyan en el análisis las fechas y las trayectorias de los eventos de huracanes y documentar su influencia en la paisajistica del ecosistema.

En este contexto, los resultados parecen evidenciar que los eventos extremos de lluvia que se presentan durante la temporada de huracanes, influyen en aumentar el promedio estimado de lluvia mensual, especialmente durante la temporada de verano tardio y otoño, mientras que es durante la temporada invernal (diciembre, enero y febrero) cuando los eventos de lluvia son más constantes y de menor intensidad. De acuerdo con ^{Grimm y Tedeschi (2008)} además del aumento en la frecuencia de eventos extremos de lluvia, los episodios ENSO pueden también afectar su intensidad, lo cual es una información útil para afinar los modelos de predicción del clima y los esquemas de prevención de desastres hidrológicos.

Discusión

Los resultados obtenidos en el presente manuscrito documentan la influencia que la condición ENSO tiene sobre el número de eventos de lluvia y su intensidad en la provincia fisiográfica Peninsula de Baja California. De acuerdo con ^{Grimm y Tedeschi (2008)} , el impacto de los eventos extremos se destaca por su persistencia y se definen con base a promedios de 3-dias. La precipitación promedio de 3-dias es calculada y los valores se refieren a los dias centrales. Las distribuciones gama se fijan a estas medias (considerando sólo los valores arriba de 0.1 mm), una distribución para cada dia del año. Los eventos extremos son entonces aquellos con una media de 3-dias por arriba del percentil 90. La estratificación de los eventos de lluvia a intervalos de 5 mm y en especifico el que se refiere a los eventos extremos (>30 mm), es una opción que no se ajusta estrictamente a lo propuesto por ^{Grimm y Tedeschi (2008)}.

Sin embargo, dado el volumen de datos procesado y la ausencia de datos directos para calibrar localmente los datos TRMM, y tomando a consideración la naturaleza exploratoria y relativamente innovadora de la presente propuesta, los resultados obtenidos son suficientes para robustecer la teoria de la influencia que ejerce la condición ENSO en la frecuencia y distribución espacial de la lluvia en la región de estudio. Una necesidad importante con respecto al modelo de análisis de los datos de lluvia es que debe enriquecerse con la incorporación de otras variables de respuesta del ecosistema como indices de verdor y humedad en la vegetación y en el suelo, nubosidad e insolación, entre otros. Adicionalmente, podrian plantearse estudios dirigidos a explorar el efecto de costa en la respuesta de los ecosistemas marinos y terrestres.

Un efecto importante que no se abordó en la presente propuesta es la distribución espacial de la insolación. De acuerdo con ^{Valdés-Barrón et al. (2013)} la distribución de la insolación es predominantemente latitudinal. En el campo de las ciencias de la Tierra, el mapeo de la radiación solar es importante de abordar porque es un factor climático que puede usarse en el modelado y mapeo de elementos del clima tales como temperatura del aire, evapotranspiración ^{Ninyerola et al. (2000)} ; ^{Fu and Rich (2002)} ; ^{Cristóbal et al. (2005)} y porque es una variable que influye directamente en los procesos biológicos de las plantas.

De acuerdo con ^{Pons y Ninyerola (2008)} el mapeo de superficies continuas es muy interesante para integrar y analizar información espacial a partir de puntos irregularmente distribuidos (estaciones meteorológicas) cuando el objetivo es obtener valores de radiación solar por condición topográfica a escala regional. En la lógica funcional, las interrelaciones en un espacio geográfico tan extenso son tan variables que la tasa de insolación que alcanza su superficie es causal de biodiversidad y endemismo. Estas consideraciones deben ser incorporadas en futuras propuestas de investigación.

En general, la condición ENSO está relacionada con cambios en la intensidad y frecuencia de eventos extremos de precipitación ^{Grimm y Tedeschi (2008)} y en sequias periódicas e inundaciones ^{Whelan et al. (2013)}. De acuerdo con ^{McBride y Nicholls (1983)} la región de Australia es particularmente sensible a la condición ENSO; las condiciones meteorológicas son secas durante las fases de El Niño, y con precipitación por arriba de la media durante las fases La Niña. Los resultados obtenidos en el presente manuscrito son evidencia que confirma cierta asimetria entre la disminución de los eventos de lluvia durante la condición El Niño Débil y La Niña Moderada y un aumento en frecuencia e intensidad de los eventos de lluvia durante condiciones ENSO-Neutro y ENSO-La Niña Débil.

Conclusiones

De acuerdo con el análisis de la base de datos histórica TRMM, en la provincia fisiográfica Peninsula de Baja California, se observó cierta simetría entre las condiciones ENSO-Neutro y ENSO-La Niña Débil y ENSO-El Niño Débil con ENSO-La Niña Moderada. Se encontró que las condiciones Neutro y La Niña Débil ocasionan un aumento en la frecuencia de los eventos de lluvia y, en contraste, una disminución cuando prevalecen condiciones El Niño Débil y La Niña Moderada.

Con relación a la intensidad de la precipitación, se observaron relaciones asimétricas entre las condiciones ENSO-Neutro con ENSO-El Niño Débil, y entre ENSO-La Niña Moderada con ENSO-La Niña Fuerte. Durante las condiciones Neutro y EL Niño Débil, las precipitaciones fueron más intensas mientras que disminuyen durante las condiciones La Niña Moderada y La Niña Fuerte.

Las relaciones de simetria y asimetria entre los eventos de lluvia y la condición ENSO, son apenas el punto de partida para que futuras propuestas de investigación que aborden la temática consideren la incorporación al análisis de nuevas variables que diluciden con mayor claridad lo observado en el presente manuscrito. En especial lo relacionado a los eventos extremos que afectan mayormente la región Sur de la provincia fisiográfica, la distribución espacial de los eventos de lluvia y como ésta afecta el desarrollo y funcionalidad de los ecosistemas, y el papel de la lluvia en definir las fronteras espaciales del uso del suelo.