Tendencias de temperaturas extremas en Zacatecas, México*
Extreme temperature trends in Zacatecas, México
Lina Elisa Santillán-Espinoza1, Fidel Blanco-Macías2, Rafael Magallanes-Quintanar1, José Luis García-Hernández3, Julián Cerano-Paredes4, Olivia Delgadillo-Ruiz5 y Ricardo David Valdez-Cepeda2§
1 Universidad Autónoma de Zacatecas. Unidad Académica de Ingeniería. Zacatecas, Zacatecas, México.
]]> 2 Centro Regional Universitario Centro Norte. Universidad Autónoma Chapingo. Zacatecas, Zacatecas, México. §Autor para correspondencia: vacrida@hotmail.com.3 Facultad de Agricultura y Zootecnia. Universidad Juárez del Estado de Durango. Ejido Venecia, Tlahualilo, Durango. México.
4 Centro Nacional de Investigación Disciplinaria Relación Agua-Suelo-Planta-Atmósfera. INIFAP. Gómez Palacio, Durango, México.
5 Unidad Académica de Matemáticas. Universidad Autónoma de Zacatecas. Zacatecas, Zacatecas. México.
* Recibido: marzo de 2011
Aceptado: agosto de 2011
Resumen
El objetivo de la investigación fue estimar tendencias de las series de tiempo de temperaturas máximas y mínimas, registradas en 24 estaciones meteorológicas del estado de Zacatecas, para analizarlas con la técnica de regresión lineal simple. De las 24 series de temperatura máxima, 13 presentaron tendencia significativa (p< 0.05), seis negativa y siete positiva. En cambio, nueve de las 24 series de temperatura mínima, presentaron también tendencia significativa (p< 0.05), ocho negativas y una positiva. El promedio de todas las tendencias fue de 0.068 °C por decenio para temperatura máxima; mientras que la temperatura mínima fue -0.235 °C por decenio. El promedio de las tendencias positivas significativas de temperatura máxima fue 0.794 °C por decenio, mientras que la única tendencia positiva significativa de temperatura mínima fue de 0.496 °C por decenio. El promedio de las tendencias negativas significativas de temperatura máxima fue -0.648 °C por decenio, mientras que la temperatura mínima fue -0.705 °C por decenio. En general, los resultados sugieren que, en gran parte del territorio del estado de Zacatecas, la temperatura máxima se está incrementando y la temperatura mínima está disminuyendo. Ello es explicado porque la mayoría de las tendencias significativas de temperatura máxima fueron positivas y la mayoría de las tendencias significativas de temperatura mínima fueron negativas.
]]> Palabras clave: cambio climático, regresión lineal, temperatura máxima, temperatura mínima.
Abstract
The aim of this paper was to estimate the trends in time series of maximum and minimum temperatures, recorded at 24 weather stations of Zacatecas State, to analyze them with the simple linear regression technique. Out o0f the 24 series of maximum temperatures, 13 showed a significant trend (p< 0.05), six showed negative a trend and seven showed a positive one. In contrast, nine of the 24 series of minimum temperatures also showed significant a trend (p< 0.05), eight a negative one and one positive. The average of all trends was 0.068 °C per decade for maximum temperature; while for minimum temperature was -0.235 °C per decade. The average of significant positive trends in maximum temperature was 0.794 °C per decade, while the only significant positive trend of minimum temperature was 0.496 °C per decade. The average of significant negative trends of maximum temperature was -0.648 °C per decade, while for minimum temperature was -0.705 °C per decade. In general, the results suggest that, in most of the Zacatecas' territory the maximum temperature is increasing and, the minimum temperature is decreasing. This is because most of the significant trends of maximum temperatures were positive and most of the significant trends of minimum temperatures were negative.
Key words: climate change, linear regression, maximum temperature, minimum temperature.
INTRODUCCIÓN
El interés sobre el cambio climático se ha incrementado en los últimos 30 años, debido principalmente a las predicciones a nivel global relacionadas con el efecto de invernadero, las cuales sugieren un incremento de la temperatura de la atmósfera terrestre (Valdez-Cepeda et al., 2003a; 2003b). Ese incremento ha sido de 0.084 ±0.021 °C por decenio de 1901 a 2005 y de 0.268 ±0.069 °C por decenio entre 1979 y 2005 (Brohan et al., 2006; Trenberth et al., 2007), se ha asociado a causas antropogénicas (IPCC, 2001) o astronómicas (Landscheidt, 2000; Soon et al., 2000a; 2000b).
El incremento continuo de gases, con efecto de invernadero previsto, originará un incremento sustancial de la temperatura del aire, un aumento en el nivel del mar, descongelamiento de los polos y glaciares, y sequías en el interior de los continentes (Houghton et al., 1996; 2001). Algunos investigadores(as) prevén un incremento de temperatura global, pero han considerado modelos de simulación que toman en cuenta a las observaciones mensuales ajustadas a una malla de datos (base de datos 'Jones' de temperatura) o alguna otra técnica.
Por consiguiente, varios procedimientos incluyen problemas importantes de calidad como la presencia de valores extremos y cambios sustanciales de la media y la varianza (Balling et al., 1998). Sin embargo, otros investigadores han notado que los cambios de la variabilidad de la temperatura, también son importantes para la determinación de distribuciones de la temperatura a futuro (Valdez-Cepeda et al., 2003a; 3003b), e inclusive los cambios de las temperaturas medias están asociados a cambios sustanciales de la ocurrencia de temperaturas extremas (Balling et al., 1998). En otras palabras, puede ser instructivo el analizar el comportamiento de las temperaturas extremas.
]]> El hemisferio norte mostró un enfriamiento durante el período de 1946 a 1975, mientras que el hemisferio sur registró un calentamiento; el período de 1976 al 2000 fue de calentamiento a nivel global, pero fue más pronunciado en los continentes del hemisferio norte durante el invierno que con respecto a la primavera (Folland et al., 2001). Además, el comportamiento de las temperaturas media, máxima y mínima a nivel local sugiere un enfriamiento en muchas partes del mundo (Folland et al., 2001).Las posibles implicaciones de esos resultados, han llevado a muchos científicos a examinar los registros climáticos de diferentes regiones del mundo, con el fin de comprender la variación de la temperatura (Valdez-Cepeda et al., 2003ab) y otros elementos climáticos. Un gran número de esos estudios se ha realizado con base a datos registrados de más de dos siglos en estaciones europeas (Valdez-Cepeda et al., 2003a; 2003b). Desafortunadamente, se carece de registros de largo plazo de elementos climáticos más de un siglo y siglo y medio, para muchas estaciones a través del continente americano, en particular para Latinoamérica (Valdez-Cepeda et al., 2003a; 2003b).
Varios métodos se han usado para caracterizar cuantitativamente a la variación de la temperatura. Con el propósito de evidenciar tendencias de incremento o decremento, lo más común es evidenciar la tendencia a largo plazo a través del análisis de regresión lineal simple (Montgomery et al., 2007). La densidad de espectro potencial se ha usado en forma rutinaria (Király y Jánosi, 2002), con el fin de evidenciar periodicidades y sus posibles causas; es decir, fenómenos exógenos (fenómenos asociados a la actividad solar).
Con el fin de generar conocimiento sobre el comportamiento de las temperaturas extremas (máxima y mínima), a nivel mensual, las series de tiempo de 24 estaciones localizadas dentro del estado de Zacatecas, se analizaron mediante regresión lineal simple para estimar tendencias significativas.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
Las 24 estaciones meteorológicas (Cuadro 1) consideradas en el presente estudio, se localizan dentro del estado de Zacatecas. El área de estudio cubre una extensión territorial de 75 040 km2; esto representa el 3.83% del territorio nacional. Las coordenadas extremas son 25° 09' y 21° 04' latitud norte, y 100° 49' y 104° 19' longitud oeste. El territorio estatal se ubica en la Meseta Central de México, entre la Sierra Madre Oriental y la Sierra Madre Occidental (Figura 1).
Los datos analizados fueron series de largo plazo (> 30 años; es decir, n> 360 observaciones) de temperaturas extremas mensuales; es decir, conjuntos de datos de temperaturas mínima y máxima mensual registradas en 24 estaciones meteorológicas localizadas en el estado de Zacatecas, México (Cuadro 1). Los datos fueron proporcionados por la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), la institución oficial a cargo del registro de los datos climatológicos y meteorológicos en México.
Análisis de las series de temperaturas extremas
Los gráficos de dispersión de cada una de las series de tiempo, permitieron identificar datos extremos (valores fuera del rango dado por media ± 1.96 desviación estándar) que fueron eliminados. Después de este análisis se calcularon el intercepto (ordenada asociada al origen) y la pendiente a través del análisis de regresión lineal, mediante el programa de Excel (Microsoft, 2007). Los niveles de significancia (p) del intercepto β0 y la pendiente de la recta $i también se estimaron. Para ello se consideró la ecuación:
Donde: y= temperatura, es la variable dependiente; x= tiempo en meses, es la variable independiente; β0= ordenada al origen; β1= pendiente o el cambio promedio de temperatura (y), producido por un cambio unitario de tiempo (x). La hipótesis nula sometida a prueba (p= 0.05) fue Ho: β1= 0. Las pendientes (positivas o negativas) estimadas a nivel anual se transformaron a nivel de decenio; es decir, se calcularon al multiplicar la tendencia o pendiente estimada por 10 (años que conforman el decenio): β1* 10; la razón fue que se requiere un valor de referencia y comparación debido a que las series difieren en duración (n).
Definición del escenario de tendencias de temperaturas extremas para cada estación
Después de estimar las tendencias de las temperaturas extremas, el escenario para cada estación se definió al considerar las situaciones posibles consignadas en la Figura 2, con base en tendencias no significativas y significativas a p<0.05.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados del presente trabajo sugieren diversos escenarios de cambio climático, al considerar las tendencias de las temperaturas extremas a nivel mensual (Cuadros 2, 3 y 4), en 24 localidades del territorio zacatecano.
Temperatura máxima
De las 24 series de temperatura máxima, 13 presentaron tendencia significativa (p<0.05), seis negativa y siete positiva (Cuadro 2). Las series cuya tendencia es negativa corresponden a las estaciones Boca del Tesorero, Calera, Cedros, Gruñidora, Villa Hidalgo y Zacatecas; mientras que las series con tendencia positiva fueron las de Concepción del Oro, Jiménez del Teúl, La Villita, Los Campos, Potrero de Gallegos, Sombrerete y Tecomate.
El promedio de todas las tendencias fue de 0.068 °C por decenio; este valor se incluye en el rango 0.084 ±0.021°C de incremento decenal (desde 1901 a 2005) de la temperatura global estimado por Brohan et al. (2006); Trenberth et al. (2007). El promedio de las tendencias negativas fue de -0.356 °C por decenio, mientras que las tendencias positivas fue de 0.568 °C por decenio. Los promedios de las tendencias significativas fueron -0.648 °C y 0.794 °C por decenio para las negativas y positivas, respectivamente.
Temperatura mínima
Nueve de las 24 series de temperatura mínima presentaron también tendencia significativa (p< 0.0 5), ocho negativa y una positiva (Cuadro 3). Las series con tendencia negativa fueron las de Concepción del Oro, El Platanito, Excamé III, Gruñidora, Los Campos, Nochistlán, Ojocaliente y Villa Hidalgo; en tanto que la serie con tendencia positiva fue la de La Villita (0.496 °C por decenio).
]]> El promedio de todas las tendencias fue de -0.235 °C por decenio. El promedio de las tendencias negativas fue de -0.448 °C por decenio, mientras que el de las tendencias positivas fue de 0.191 °C por decenio. El promedio de las tendencias negativas significativas fue -0.705 °C por decenio. Estos resultados en conjunto, coinciden con lo reportado por Folland et al. (2001), en el sentido de que el comportamiento de la temperatura mínima a nivel local, sugiere un enfriamiento en muchas partes del mundo.En general los resultados de los dos tipos de temperatura extrema, no se contraponen a lo reportado como incremento a nivel global de 0.084 ±0.021 °C por decenio de 1901 a 2005 y de 0.268 ± 0.069 °C por decenio de 1979 y 2005 (Brohan et al., 2006; Trenberth et al., 2007), ya que el llamado calentamiento del planeta tierra ha sido evidenciado sobre la base de temperaturas medias a los niveles mensual y anual.
Debe remarcarse, que los resultados obtenidos coinciden con lo reportado por algunos investigadores, para otras localidades y regiones en el sentido de presentarse tendencias de decremento e incremento en ambos tipos de temperatura extrema dependiendo de la localidad. Ello implica, que los resultados son una evidencia que puede haber tendencias locales y regionales sin representatividad a nivel global, como previamente fue señalado por Ruiz et al. (2000); Valdez-Cepeda et al. (2003a).
Escenarios con base en tendencias de temperaturas extremas
Los valores absolutos mayores de tendencias por decenio, fueron positivas y negativas para la temperatura máxima de 1.406 °C (Los Campos) y -1.334 °C (Gruñidora), respectivamente. En cuanto a la temperatura mínima, los valores absolutos mayores fueron 0.496 °C (La Villita) y -1.764 °C (Los Campos), para tendencia positiva y negativa, respectivamente. Esto significa que las tendencias de ambas temperaturas sugieren que en Los Campos, la oscilación térmica se ha incrementado; es decir, esta localidad presenta el escenario 9 de la Figura 2, junto con Concepción del Oro (Figura 3). Los resultados de escenarios posibles se presentan en el Cuadro 4.
Otras estaciones donde fue evidente el incremento de la oscilación térmica, asociada a un incremento de la temperatura máxima, las presentaron el escenario 5: Jiménez del Teúl, Potrero de Gallegos, Sombrerete y Tecomate.
También el incremento de la oscilación térmica, se asoció a un decremento de la temperatura mínima (escenario 2) en El Platanito, Excamé III, Nochistlán y Ojocaliente.
Una disminución de la oscilación térmica puede asociarse al decremento significativo de la temperatura máxima (escenario 4), como fueron en Boca del Tesorero, Calera, Cedros y Zacatecas. Ninguna estación se asoció a los escenarios 3 y 8, de incrementos significativos de solo temperatura mínima y de incremento de temperatura mínima y decremento de temperatura máxima, respectivamente.
]]> Tres escenarios contemplan mantener la oscilación térmica sin cambio significativo. El escenario 1 sin tendencia significativa en ambas temperaturas extremas, se asoció a las estaciones Aguanueva, Caopas, El Arenal, El Cazadero, El Sauz, La Bufa y Villa García. El escenario 6 (tendencia negativa significativa en los dos tipos de temperatura extrema), se presentó en los casos de las estaciones Gruñidora y Villa Hidalgo, lo cual sugiere que ambas localidades presentan una situación de enfriamiento, coincidiendo con lo reportado por Folland et al. (2001). Por el contrario, La Villita presentó el escenario 7 asociado a tendencia positiva significativa en los dos tipos de temperatura extrema; es decir, a un claro calentamiento del aire en esa localidad.A nivel del territorio estatal, el promedio de todas las tendencias de temperatura máxima mensual fue de 0.068 °C por decenio, mientras que la temperatura mínima mensual fue de -0.235 °C por decenio. Este resultado puede interpretarse como un incremento de la oscilación térmica general en el estado de Zacatecas. Sin embargo, los resultados son una evidencia de tendencias locales y regionales, sin representatividad a nivel global; es decir, implican cambio climático en 17 de 24 localidades, con base en el comportamiento de las temperaturas extremas.
Los resultados por localidad y tendencia de ambas temperaturas extremas, indican la discrepancia entre el calentamiento global evidenciado por Brohan et al. (2006); Trenberth et al. (2007). Inclusive, los correspondientes a las localidades El Platanito, Excamé III, Nochistlán, Ojocaliente, Jiménez del Teúl, Potrero de Gallegos, Sombrerete, Tecomate, Concepción del Oro y Tecomate son evidencias claras de incremento de oscilación térmica a nivel mensual. También esos resultados sugieren particularidades dignas de ser consideradas a nivel local, para tomar decisiones acertadas, al menos en lo concerniente al manejo de los recursos naturales, involucrados en actividades de producción animal y vegetal.
Implicaciones posibles en la producción animal
En la aéreas de influencia de las localidades (Jiménez del Teúl, Potrero de Gallegos, Sombrerete, Tecomate, La Villita, Concepción del Oro y Los Campos), donde se evidenció un incremento de la temperatura máxima, lo cual ocurre durante el verano, es posible que se presenten cambios de comportamiento y fisiológicos en los animales de manera que afecten la reproducción y el éxito reproductivo (Epperson y Salesky, 2002). Esos cambios se refieren al agobio por calor (Epperson y Salesky, 2002) e incluyen: incremento de la tasa de respiración, incremento de la temperatura rectal, incremento en el consumo de agua, decremento de consumo de alimento, decremento de la ganancia en peso y decremento de actividad.
Un agobio por calor muy avanzado se caracteriza por la descoordinación, el colapso y la muerte. Para contrarrestar estos problemas, es una realidad la tecnología de expresión genética que permite la identificación específica de genes que se activan o desactivan durante periodos de agobio. Por lo tanto, un esquema alternativo es la incorporación de genes específicos termo-tolerantes de la raza cebú en animales de otras razas (europeas o americanas), evitando la transferencia de genes indeseables (Hansen, 2004).
Implicaciones posibles en la producción vegetal
En las áreas representativas de las 17 estaciones con evidencias de cambios significativos de temperatura (Cuadros 2 y 3), es importante considerar las implicaciones que conllevan los escenarios que corresponden (Cuadro 4). Entonces, un especial cuidado deben de tener los productores de frijol en Sombrerete, Zacatecas porque se aprecia un incremento de la temperatura máxima (Cuadro 2, escenario 4 en el Cuadro 4), pues Lobell y Field (2007) reportaron impactos negativos del incremento de la temperatura sobre la producción de granos básicos (trigo, arroz, maíz, soya, cebada y sorgo) a nivel global.
Los 7 escenarios evidenciados con base en las temperaturas extremas sugieren que los patrones de cambio climático y sus impactos pueden ser diversos, tanto espacial como temporalmente, en el territorio zacatecano (Cuadro 4). Entonces, la sensibilidad de respuesta de los cultivos a la variación de la temperatura puede ser también afectada por las de otros factores climáticos (precipitación pluvial), lo cual sugiere un papel potencial del manejo para la adaptación de los cultivos al cambio climático (Tao et al., 2006) en las áreas que representan las estaciones.
Sin embargo, es posible inducir impactos potenciales de incremento de la producción al considerar medidas de adaptación (Lobell y Field, 2007), tal como lo hacen los agricultores al cambiar las fechas de siembra y usar diferentes materiales genéticos. Otra opción es cambiar el patrón de cultivos, mediante la promoción del cultivo de especies con mejor productividad del agua; es decir, de especies que tienen la capacidad de producir más biomasa por unidad de agua evapotranspirada. Al igual que en el caso de la producción animal, otra alternativa es la transferencia de genes termo-tolerantes, entre diversas fuentes de germoplasma, con el fin de desarrollar variedades e híbridos tolerantes al agobio por calor.
]]>CONCLUSIONES
Con base en las series de temperaturas extremas registradas en 24 estaciones localizadas en territorio Zacatecano, se evidenciaron 7 escenarios de cambio climático. Diez estaciones se asociaron a un comportamiento de las temperaturas extremas, que se vincularon a un incremento de oscilación térmica. Solo en La Villita se evidenció incremento tanto de la temperatura máxima como de la mínima. El promedio general de las 24 tendencias fue de 0.068 °C por decenio, para temperatura máxima; mientras que en el caso de temperatura mínima fue de -0.235 °C por decenio.
Las tendencias de ambas temperaturas extremas sugieren particularidades (7 escenarios) dignas de ser consideradas a nivel local, para tomar decisiones acertadas en lo que concierne al manejo de los recursos naturales, propios de actividades de producción animal y vegetal.
AGRADECIMIENTOS
Al Fondo Mixto CONACYT-Gobierno del Estado de Zacatecas (por el financiamiento del proyecto núm. ZAC-2004-C01-0007).
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