Registros de precipitación anual seleccionados

Con base en el archivo en Excel de la información climatológica disponible en el estado de San Luis Potosí, proporcionado al autor por la Dirección Local de la Comisión Nacional del Agua (Conagua), se seleccionaron las series cronológicas de precipitación total mensual que no tienen años faltantes y cuentan con registros amplios. Con tales restricciones se identificaron 32 estaciones climatológicas, con un número de años de registro, variando de 45 a 55 datos; sus nombres y características generales se exponen en la Tabla 1, y su localización geográfica en el estado se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Localización geográfica de las 32 estaciones climatológicas procesadas del estado de San Luis Potosí, México. 

En cada registro y a partir de sus valores mensuales disponibles se obtuvieron las magnitudes de las medianas de la muestra, con las cuales se completaron los escasos años incompletos, por lo general, menos de tres; después se obtuvieron los valores anuales de precipitación (PA). Se adoptó la mediana por ser un estadístico que no está influenciado por los valores extremos de la serie. La media aritmética de los valores de PA es la precipitación media anual (PMA), que es el parámetro básico de clasificación de los 32 registros que serán procesados, cuyos valores estadísticos se muestran en la Tabla 1, según crece su magnitud de PMA.

Pruebas estadísticas aplicadas

En un estudio sobre la ocurrencia de las sequías meteorológicas anuales, las pruebas estadísticas deben buscar cambios en la media, que vuelvan al registro de PA no homogéneo; también resulta importante detectar tendencias en las series, para tenerlas identificadas y buscar las causas físicas que las originan. La ocurrencia de persistencia o autocorrelación en el registro no implica, en un estudio de sequías, ninguna dificultad o contrariedad para su procesamiento, pues tal componente es parte intrínseca de la serie cronológica. En este estudio de sequías meteorológicas se aplicaron siete pruebas estadísticas, una general contra componentes determinísticas no especificadas (test de Von Neumann) y seis específicas: dos de persistencia (pruebas de Anderson y Sneyers); dos de tendencia (tests de Kendall y Spearman); una de cambio en la media (prueba de Cramer), y una de variabilidad (prueba de Bartlett). Estas pruebas se pueden consultar en ^{WMO (1971)}, ^{Machiwal y Jha (2008)}, y ^{Campos-Aranda (2015)}.

Espectro climático

^{Ponce, Pandey y Ercan (2000)} clasifican los climas del planeta en ocho tipos, en función exclusivamente del cociente entre la precipitación media anual (PMA) y la precipitación terrestre global anual (PTGA). Para estimar esta última, indican que la cantidad de humedad almacenada en la atmósfera es función de la latitud y del clima, variando de 2 a 15 milímetros en las regiones polares y áridas a 45 a 50 mm en las húmedas. Un valor medio de 24 mm es adoptado para la estimación de la PTGA, además de considerar que la humedad atmosférica se recicla cada 11 días en promedio, por lo cual ocurren 33 ciclos en el año y entonces la PTGA es del orden de los 800 mm. Designando por CP al cociente entre la PMA y la PTGA, los ocho tipos de climas y sus límites numéricos se indican en la Figura 2.

^{Ponce et al. (2000)} también establecen los límites para el cociente (CE) entre la evapotranspiración potencial media anual (ETP) y la PMA, para los ocho grupos de climas, y definen estos exclusivamente con base en la PMA, como se muestra en la Figura 2. Además, indican las duraciones de la época húmeda (DEH) en meses. Con base en el valor de PMA de la Tabla 1, se indica en su columna final el grupo climático de cada estación climatológica procesada.

Figura 2 Grupos del espectro climático y sus límites de clasificación (^{Ponce et al., 2000}; ^{Pandey & Ramasastri, 2001}; ^{Pandey & Ramasastri, 2002}). 

Técnica elemental de detección de sequías

Según ^{Pandey y Ramasastri (2001}, ²⁰⁰²⁾, cuando en un año su precipitación (PA) es menor de 75% de la media anual (PMA) ha ocurrido una sequía. Entonces, L1 = 0.75·PMA establece el límite superior de las sequías moderadas y el inferior será L2 = 0.625·PMA; de manera que un límite final L3 = 0.375·PMA define el umbral inferior de las sequías severas y es también el límite superior de las sequías extremas. Lo anterior intenta cumplir con la condición de sequías que ocurren con PA < L1 y con sus tipos, los cuales de acuerdo con ^{Ponce et al. (2000)} establecen que las sequías moderadas tienen PA/PMA = 0.75, las severas PA/PMA = 0.50 y las extremas PA/PMA = 0.25.

Indicadores de ocurrencia y severidad de las sequías

El número de sequías (NS) anuales (PA < L1) dividido entre el tamaño (n) de la serie de PA y expresado en porcentaje es en realidad su probabilidad de ocurrencia (% O), al ser el cociente entre el número de casos favorables al número de casos posibles, es decir:

^{Pandey y Ramasastri (2001}, ²⁰⁰²⁾ emplean el recíproco (n/NS) y lo designan periodo de retorno promedio (PRP) de las sequías en años. El indicador de severidad de las sequías es su intensidad media (IM), definida (^{Ponce et al., 2000}) como el déficit relativo medio, esto es:

Resultados de las pruebas estadísticas

Diez registros de PA no resultaron plenamente homogéneos. En las estaciones Reforma y Ciudad del Maíz se detectó exceso de variabilidad con la prueba de Bartlett debido a la presencia de su valor máximo extremo. Los nueve registros de PA de las estaciones: Vanegas, Col. Álvaro Obregón, Ciudad del Maíz, Santa Rosa, El Pujal, Micos, Ballesmi, Santa Cruz y Tancuilín resultaron no aleatorios de acuerdo con el test de Von Neumann y con persistencia en las pruebas respectivas. Por último, exclusivamente en la estación Ciudad del Maíz se detectó tendencia descendente, sin cambio en la media, según prueba de Cramer. No habiendo evidencia de cambio en la media o de pérdida de homogeneidad, excepto por persistencia, los 32 registros de PA se consideran aceptables para un estudio de sequías meteorológicas anuales.

Ocurrencia de las sequías (número e intensidad media por clima)

Las aseveraciones siguientes, de carácter general, se han formulado con base en los valores medianos de los resultados, mostrados en la Tabla 2. En el clima árido, el porcentaje de ocurrencias (% O) representativo es del 26.9, con una intensidad media (IM) de 0.446. En el clima semiárido, el % O baja a 22.2, con una IM de 0.379; en el clima subhúmedo, ambos indicadores descienden a 18.5 y 0.336. Por último, en el clima húmedo, el % O se reduce hasta 16.4, pero la IM aumenta ligeramente a 0.344.

Sólo en los climas árido y semiárido ocurren sequías extremas. En el clima árido, los % O y sus IM de sequías moderadas, severas y extremas resultaron ser los siguientes: 41.2 con 0.307, 50.0 con 0.483 y 11.8 con 0.736. Estos mismos indicadores en el clima semiárido son 58.3 con 0.308, 36.4 con 0.472 y 8.3 con 0.678. Por último, en el clima subhúmedo, el % O y su IM de las sequías moderadas y severas fueron 75.0 con 0.292 y 25.0 con 0.429; y para el clima húmedo: 70.0 con 0.310 y 30.0 con 0.405.

Los % O de sequías de cada clima equivalen a los siguientes periodos de retorno promedio: en el clima árido se tiene PRP = 3.8 años; en el semiárido, PRP = 4.3 años; en el subhúmedo, PRP = 5.5 años; por último, en el húmedo PRP = 6.2 años. ^{Pandey y Ramasastri (2001}; ²⁰⁰²⁾ reportan para India, al procesar 95 estaciones climatológicas con registros que variaron de 65 a 89 años, que en el clima árido el PRP varía de 2 a 3 años; en el clima semiárido, el PRP fluctúa de 3 a 5 años; por último, en el clima subhúmedo, el PRP oscila de 5 a 8 años. Entonces, los resultados obtenidos en el estado de San Luis Potosí, México, para la ocurrencia de las sequías coinciden de manera aproximada con los obtenidos en India.

Se observa que el PRP del clima húmedo de San Luis Potosí, México, está ubicado en el intervalo que encuentran ^{Pandey y Ramasastri (2001}; ²⁰⁰²⁾ para el clima subhúmedo de India, concluyendo que debería ser mayor. Tal anomalía seguramente es ocasionada por la mayor regularidad de la precipitación en los climas húmedos en la India, originados por el monzón.

Evolución de la severidad de las sequías con la PMA

En la Figura 3 se han dibujado en el eje de las ordenadas los 32 valores de la intensidad media (IM) de las sequías, tomadas de la columna 6 de la Tabla 2, contra sus respectivas abscisas de PMA en milímetros, obtenidas de la columna 10 de la Tabla 1. Se observa que existen tres puntos (estaciones 6, 8 y 13) que se apartan del comportamiento general de tipo hiperbólico y por ello se eliminaron. Tales puntos corresponden a las estaciones climatológicas Ojo Caliente, El Peaje y Nogal Oscuro. El ajuste de mínimos cuadrados de los residuos conduce a la ecuación mostrada en la Figura 3, cuyo coeficiente de correlación lineal resultó de 0.8947, con un error estándar de la estimación de 0.0696. La curva hiperbólica se considera representativa en el intervalo de PMA de 300 a 1 400 milímetros; por ello sus extremos se han dibujado punteados.

Figura 3 Evolución de la intensidad media de las sequías con la precipitación media anual en las 32 estaciones climatológicas procesadas del estado de San Luis Potosí, México. 

Ocurrencia de las sequías (tipos por año)

En la Tabla 3a se han indicado por años la ocurrencia de cada tipo de sequía en la primera mitad (1961-1988) del periodo de análisis, en las 32 estaciones climatológicas procesadas. En la Tabla 3b se tienen las ocurrencias de los tipos de sequías en la segunda mitad (1989-2015). Se observa que en el primer lapso, que abarca 28 años, se tiene un total de 160 ocurrencias de sequías, y en la segunda mitad, que comprende 27 años, se presentaron 188 sequías; por lo anterior, se concluye con este análisis que la ocurrencia de sequías ha aumentado en las décadas recientes en el estado de San Luis Potosí, México.

Habiendo procesado 32 estaciones climatológicas, los años con 20 ocurrencias de sequías corresponden a años de sequía generalizada en el estado, tal es el caso de 1980, 1982 y 2011 de manera preponderante, y los años de 1977, 1979, 1996, 2000 y 2006, con menor contundencia.

Por otra parte, los años con sequías generalizadas en los climas árido y semiárido del Altiplano Potosino y la Zona Media son 1974, 1983, 1989, 1999 y 2011. En cambio, los años con sequías generalizadas en los climas subhúmedo y húmedo de la Región Huasteca son 1962, 1963, 1980, 1982, 1997, 2002 y 2006.