Tendencias y variabilidad de índices de cambio climático: enfoque agrícola en dos regiones de México*

Trends and variability of climate change indices: agricultural focus, in two regions of Mexico

María de los Ángeles Velasco Hernández¹, Tomás Morales Acoltzi^2§, Néstor Gabriel Estrella Chulim¹, Ramón Díaz Ramos¹, José Pedro Juárez Sánchez¹, Maricela Hernández Vázquez³ y Rogelio Bernal Morales³

¹ Colegio de Postgraduados-Campus Puebla. Carretera Federal México-Puebla km 125.5, Santiago Momoxpan, C. P. 72760, San Pedro Cholula, Puebla. (angeles.velasco@correo.buap.mx; ambientalbuap@yahoo.com.mx; nestrela@colpos.mx; dramon@colpos.mx; pjuarez@colpos.mx).

³ Facultad de Agrobiología-Universidad Autónoma de Tlaxcala. Ave. Tlahuicole No. 505A. C. P. 90400. Col. Adolfo López Mateos, Tlaxcala, Tlaxcala. (mariheva@live.com.mx; rbernal07@hotmail.com). §Autor para correspondencia: acoltzi@atmosfera.unam.mx.

* Recibido: diciembre de 2014
Aceptado: agosto de 2015

Resumen

El impacto simultáneo de la variabilidad natural del clima y el cambio climático sobre la actividad agrícola induce un riesgo en la seguridad alimentaria. El objetivo principal en este trabajo de investigación fue identificar tendencias tanto de incremento o decremento en temperatura y precipitación, así como variabilidad en los índices de cambio climático, con énfasis en la agricultura para la región maicera de Serdán, en 2014. Debido a la información incompleta de datos diarios de estaciones meteorológicas para dicha región, se utilizó como apoyo la estación meteorológica "cercana" al sitio de estudio, ubicada en El Carmen Tequexquitla, Tlaxcala; se realizó un análisis de calidad de los datos aplicando el software RClimDex, a los dos municipios, relativamente cercanos. Las series de precipitación (PCP), temperaturas máximas (Tmáx) y mínimas (Tmín) a escala diaria, fueron evaluadas para el periodo 1970 a 2012. De los 27 índices calculados se seleccionaron 6, identificando una variabilidad extrema de éstos asociada al impacto simultáneo de la variabilidad natural del clima y modificado por el cambio climático: 1. Días secos consecutivos (DSC); 2. Días húmedos consecutivos (DHC); 3. Días con heladas meteorológicas (DHeM); 4. Precipitación total anual (PTA); 5. Precipitación igual o mayor a 10mm (PCP10); y 6. Temperatura igual o mayor a 25 °C (T25), explorando la posibilidad de un incremento de "ondas de calor". La estación auxiliar de El Carmen Tequexquitla, nos permitió deducir el comportamiento de la variabilidad del clima en la región. También se encontró relación de la PCP con la fase del evento de El Niño-Oscilación del Sur (ENOS), con la fase cálida 1977 y 1998, un decremento en la precipitación total anual.

Palabras clave: RClimdex, seguridad alimentaria, teleconexión, valores extremos.

The simultaneous impact of natural climate variability and climate change on agricultural activity induces a food security risk. The main objective of this research was to identify trends both increase or decrease in temperature and precipitation, as well as variability in the rates of climate change, with emphasis on agriculture for the corn region of Serdan, in 2014. Due to incomplete information on daily weather data from weather stations in the region, was used as support the "closest" weather station to the study site, located in El Carmen Tequexquitla, Tlaxcala; an analysis of data quality was made using the software RClimDex to two relatively close municipalities. Precipitation (PCP), maximum temperatures (Tmax) and minimum (Tmin) daily scale series, were evaluated from 1970 to 2012. From the 27 calculated indexes 6 were selected, identifying a extreme variability of these associated with the simultaneous impact of natural climate variability and modified by climate change: 1) consecutive dry days (DSC); 2) consecutive wet days (DHC); 3) days with freezing weather (Dhem); 4) total annual precipitation (PTA); 5) equal or greater precipitation than 10mm (PCP10); and 6) temperature at or above 25 °C (T25), exploring the possibility of increased "heat waves". The auxiliary station from El Carmen Tequexquitla allowed us to deduce the behavior of climate variability in the region. Also found a relationship of PCP with the event phase of El Niño-Southern Oscillation (ENSO), with the warm phase 1977 and 1998, a decrease in total annual rainfall was also found.

Keywords: RClimdex, food security, teleconnection, outliers.

Introducción

El panel intergubernamental sobre el cambio climático Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) en el tercer reporte de evaluación Third Assessment Report (TAR), integró tres volúmenes en donde concluye, entre otros puntos, que existe un calentamiento global y cambios en el sistema climático; así como evidencias más robustas, de que la mayor parte del calentamiento observado, en los últimos 50 años, es atribuible a la acción humana. Asimismo, señala que las emisiones de gases de efecto invernadero, continuarán alterando la atmósfera y que el clima será afectado durante este siglo. Por otra parte, hay un aumento en la confianza de la habilidad de los modelos para proyectar el clima futuro. Dichos modelos señalan importantes aumentos en la temperatura media global y en el nivel del mar, en cualquiera de los escenarios planteados en el IPCC. Finalmente, se concluye que el cambio climático (CC) de origen antropogénico, persista por varios siglos condiciones de cambio climático (IPCC, 2001a).

En general, para los países en desarrollo se espera una: reducción importante en los rendimientos de sus cultivos, un decremento significativo en su disponibilidad de agua, un aumento en el número de personas expuestas a enfermedades como el paludismo y el cólera, así como un incremento en el riesgo de inundaciones, producto de lluvias torrenciales y en el aumento del nivel del mar (IPCC, 2001b). Uno de los grandes retos en las investigaciones actuales, es la realización de estudios de vulnerabilidad que permitan diseñar estrategias de adaptación (VyA), de los sistemas humanos sobre los que descansa la productividad y bienestar de nuestra sociedad (CEPAL, 2013). El impulso a los estudios de VyA es la tarea que se han propuesto impulsar durante los próximos años, los países comprometidos en la conferencia de las partes: ligar las llamadas Comunicaciones Nacionales a los resultados que desarrollen en este campo.

Los estudios actuales de VyA, relacionados con la agricultura, parten de considerar que esta actividad es extremadamente vulnerable en los países en desarrollo, ya que se encuentra doblemente expuesta (O'Brien y Leichenko, 2000): es vulnerable a los fuertes cambios socioeconómicos que se dan dentro del proceso de la globalización económica y es, además, altamente sensible a las variaciones climáticas, como se observó durante los grandes eventos climáticos que acontecieron en la década de los noventas, particularmente, durante el fuerte evento de El niño de 1997-1998. Si bien para Latinoamérica se postulan variaciones en los rangos posibles de temperatura y precipitación en condiciones de CC, existe confianza en que son las condiciones de ENOS las responsables de la variabilidad climática en la región (IPCC, 2001b). Por tanto, variaciones en el clima que implicaran un aumento en el número o la intensidad de este evento constituirían un escenario de CC bastante adverso a las actividades productivas de la región. Durante el Estudio de País, los escenarios regionales construidos a partir de técnicas estadísticas (Magaña et al, 1997) mostraron estas condiciones para varios modelos de circulación general General Circulation Models (GCMs).

Aunque el TAR no fue concluyente en cuanto a estos aspectos del ENOS, si establece la probabilidad de que se alargue la duración del mismo (entre 12 a 18 meses). En ese caso, pudo presentarse para México dos veranos con sequía, o dos inviernos con bajas temperaturas y lluvias torrenciales. Además, algunos estudios relacionan a El niño con la mayor presencia de huracanes en el Pacífico; estos meteoros han sido la fuente de grandes desastres en Latinoamérica, particularmente, en Centroamérica y México, ya que las inundaciones y deslizamientos de tierra provocan grandes pérdidas de vidas humanas y de infraestructura que pueden retrasar el desarrollo regional aun por décadas, de acuerdo a la nueva interpretación de CC, en la Reunión de Río + 20. Donde se consideró al CC como un problema de desarrollo regional y no como un problema ambiental.

Entre las conclusiones de investigaciones recientes sobre Latinoamérica y el cambio climático (Magrin et al., 2007), destaca un incremento a la vulnerabilidad a eventos extremos, en donde el sitio de estudio de este trabajo contribuye a mostrar impactos a escala regional. Por lo que es necesario generar conocimiento que permita retroalimentar las actividades agrícolas empíricas conocidas como "de temporal", y a su vez mejore la actividad económica. Dicha región está comprendida en la localidad de Ciudad Serdán que junto con la estación de apoyo situada en El Carmen Tequextitla, comparten una micro cuenca hidrológica (Velasco et al., 2013).

Materiales y métodos

El interés de elegir esta zona, fue por su alta adopción de tecnología en producción de maíz, debido a que es un agrosistema altamente productivo de acuerdo a Ramírez (2013) y por la alta presencia de siniestros a través del tiempo y, principalmente, por los registrados en los últimos años.

Se calcularon índices de CC a partir de las series de datos observados de temperatura y precipitación, de acuerdo con la metodología de la "guía para el cálculo y uso de índices de cambio climático en México" (INE, 2010). La base de datos (BD) de esta investigación, corresponde a los registros de dos estaciones meteorológicas con las series de tiempo (ST) de PCP, Tmáx y Tmín, a escala diaria, para el periodo 1970 a 2012. A continuación se realizará una breve descripción, desde el punto de vista geográfico, del municipio donde se encuentra la estación meteorológica y que conforma la región de estudio.

La localidad de Ciudad Serdán está situada en el municipio de Chalchicomula de Sesma, Puebla, éste es considerado como uno de los más importantes de la zona oriente del Estado; el municipio es parte de un valle en el centro del estado, Colinda al norte con San Juan Atenco, Aljojuca y Tlachichuca, al sur con Esperanza, al este con Atzitzintla, al oeste con Palmar de Bravo y Quecholac. Con una altitud de 2 526 msnm. Su extensión es de 364 km² (coordenadas geográficas latitud norte, φ = 18° 59' 20" y longitud oeste, ψ = 97° 26' 48").

El territorio tiene valles, llanuras y montaña. El principal cultivo es el maíz, seguido del frijol, haba, la naturaleza vegetal es amplia y se forma por arbustos, nopales, hierbas, algas, hongos, helechos y musgos, en las montañas el clima es frío y en los valles es templado. El Citlaltépetl o Pico de Orizaba es la elevación más importante y la principal zona boscosa, además de tener una pradera de alta montaña (INEGI, 2009), Figura 1.

El municipio de El Carmen Tequexquitla se localiza en el estado de Tlaxcala y se encuentra entre las coordenadas geográficas latitud norte φ = 19° 19' 28" y longitud oeste ψ = 97° 39' 21". Está situado a una altura promedio de 2 380 msnm. El Carmen Tequexquitla proviene de las palabras de la lengua náhuatl; "la primera", Tequexquitl, significa "Salitre" y la última, "Tla", denota "Abundancia". Así Tequexquitla quiere decir "lugar de Tequezquite o Tequezquital". La mayor parte del territorio del municipio, colinda con el estado de Puebla. En efecto, el municipio tiene fronteras con Puebla por tres puntos cardinales: norte, sur y oriente; asimismo, establece linderos al poniente con el municipio de Cuapiaxtla.

Las unidades de producción rural ocupan una superficie de 2 952 ha, espacio que representa 1.2% de la superficie total del estado. De tal extensión 1 989 ha, 67.4% constituyen la superficie de labor, o sea las tierras dedicadas a cultivos anuales o de ciclo corto, frutales y plantaciones (INAFED, 2010).

Resultados y discusión

En la Figura 2, se muestra el análisis de las ST de Precipitación diaria, de las estaciones meteorológicas de El Carmen Tequexquitla (ECT) y Ciudad Serdán (CS), para el periodo1970-2012, presentando el comportamiento de los días secos consecutivos (DSC), considerando dos tendencias: lineal (------) y no-lineal (-----).

Ambas estaciones, registraron un máximo de DSC en sus respectivas escalas, para 1971, indicándonos que ese año, al menos para la región, fue seco. Se observó que la tendencia en los DSC para la estación ECT, ubicada en el estado de Tlaxcala, muestra una tendencia descendente lineal, sin embargo, para CS, en Puebla, se observaron ambas tendencias ascendentes, lineal y no lineal, por otro lado, la interpretación de la primera estación es más robusta por la cantidad de datos. Dicha variable y su complemento, días húmedos consecutivos (DHC) son de vital importancia, debido a que los cultivos se someterían a etapas de estrés hídrico o a periodos húmedos. También se identifica variabilidad decadal con amplitud menor, para los 70's e inicio de los 80's, para la estación ECT.

En la Figura 3, se muestra el análisis de las ST de precipitación diaria, de las estaciones meteorológicas de ECT y CS, para el periodo 1970-2012, presentando el comportamiento de los días húmedos consecutivos (DHC), considerando las dos tendencias: lineal (------) y no-lineal (----).

Se observa una ligera tendencia descendente en los DHC en ECT, de 6.3 a 5.8 aproximadamente, en comparación con la CS se muestra una tendencia descendente considerable, en la década de los años 70's y mediados de los 80's, se percibe que los DHC fueron buenos, pero, la tendencia no lineal decae hasta 6. La humedad representa una variable que es importante en la época de siembra y del tipo de cultivo del productor. También ambas estaciones presentaron un máximo en los DHC en sus respectivas escalas, para 1981, indicándonos que ese año, al menos para la región, fue un año lluvioso, al compartir un mismo evento de gran escala generando condiciones favorables de lluvia.

En la Figura 4, se muestra el análisis de las ST de precipitación diaria, de las estaciones meteorológicas de ECT y CS, para el periodo 1970-2012, presentando el comportamiento del número anual de días con helada meteorológica, T< 0 °C; es decir, no son heladas agronómicas, (DHeM), considerando ambas tendencias: lineal (------) y no-lineal (-----).

Se observó que las tendencias para ambas estaciones son ascendentes, para DHeM, la tendencia tiene un incremento considerable de valores de 20 DHeM, manteniéndose hasta los años 80's y a principios de los años 90's, aumentando hasta 80. Por lo que se refiere a CS, también la tendencia es positiva, sin embargo, el número de heladas es mucho menor, teniendo un máximo valor de 20 DHeM. Se nota que en el año 2000, hay un dato de 68 DHeM, a pesar de la ausencia de datos, no se puede mostrar si el dato es atípico. En el caso de que las heladas meteorológicas alcancen -4 °C o aún menos para los cultivos, el congelamiento del agua en las plantas es mortal, ya que al dilatarse los cristales de hielo perforan las membranas celulares.

Las heladas pueden provocar la muerte parcial o total como en la etapa de la inflorescencia, la caída de las hojas o frutos, la muerte de yemas, etc., además, un envejecimiento precoz del tejido fotosintético por necrosis celular, y un retardo en el desarrollo de los órganos de la planta. Se sabe que el desarrollo de cultivos está asociado con el periodo libre de heladas. Las fechas de inicio y fin de éstas, además, de la fecha de inicio de lluvias definen la etapa potencial de siembras y cosechas. De tal forma que un análisis del periodo libre de heladas con diferentes probabilidades de ocurrencia, será de gran importancia para la planificación y el éxito potencial de los cultivos. Las heladas tempranas o tardías llegan a ser catastróficas para el desarrollo de los cultivos, dependiendo de la fase vegetativa del cultivo.

Se observa que ECT, muestra una ligera tendencia ascendente de la variación de la precipitación anual, que varía de 400 mm a 450 mm, y para la CS se nota que en las décadas de los años 70's, 80's y, principios de los 90's, muestra una PTA favorable, nótese la diferente escala entre figuras. No obstante, a principios de los años 90's, ha disminuido aproximadamente a la mitad, de 980 mm a 430 mm. Debemos recordar que para los cultivos, no toda la precipitación que cae en un lugar es almacenada en la zona de raíces. Por lo que es de interés conocer una parte de esa precipitación llamada "precipitación efectiva". Otro factor que se identificó en la variable de PTA, en base a la realización de una encuesta a productores de maíz del municipio de Ciudad Serdán, mencionan que en los años 70's y 80's, tuvieron los mejores rendimientos en la producción del maíz.

En la Figura 5b, se observa que en estas décadas, la lluvia fue favorable, con excepción de los años 1977, y 1987, resaltando los estados Neutro en la zona Niño3. A partir del año 1990, la PTA decrece. Apoyándonos en la estación cercana ECT, se muestra la Figura 5b, donde se observan los años que faltan en la estación de CS, con una variabilidad menor durante la década de los 90's y con una tendencia de la PTA a incrementarse hasta el 2012. Sin embargo, para CS, aunque hubo variabilidad con respecto a los eventos de años Niña y años Neutros, destacan los años NIÑO, con una tendencia de la PTA a disminuir. Para la estación de CS, con respecto a la última década 2000-2010 y hasta el año 2012, se presentan eventos de años Niña y años Neutros, lo cuales se han considerado propicios para la lluvia, no obstante, la tendencia para la estación de CS es la disminución de la PTA.

Otros años que se identificaron con relación a El Niño fueron: En el año de 1976 para ECT, con 4 meses de Niña-Neutro-Niña, se muestra un aumento en la PTA y ocurre lo contrario para CS. En 1977 hay una coincidencia de ambas estaciones de una tendencia a disminuir. En 1981 también existe un aumento de PTA que coincide para ambas estaciones con un año Neutro. En 1987 hay una disminución que coincide con un evento de Niño. Se observa que en la década de los 90's para la estación de CS, no hay datos y comparado con las décadas anteriores, se muestra una menor amplitud y mayor variabilidad, destacando los años: 1992, 1993, 1995 y 1998, con eventos en la mayoría de Niño, Neutro y con escasos eventos de años Niña.

En el año 2000 coincide con una tendencia a disminuir en ambas estaciones en Niña. En el año 2007 destacan los meses Neutro en donde no coinciden con las tendencias en ambas estaciones. En el año 2012 con 9 meses de años Neutro, se muestra un aumento de la PTA, para ECT, lo contrario para CS. Los datos observados en la zona del Niño3 se muestran en el Cuadro 1.

En la Figura 6, se muestra el análisis de las ST de precipitación diaria, de las estaciones meteorológicas de ECT y Ciudad Serdán CS, para el periodo 1970-2012, presentando el comportamiento del número de días en un año en que la precipitación es mayor o igual a 10 mm (PCP10), considerando las dos tendencias: lineal (-------) y no-lineal (- - - -).

Se muestra la estación ECT, con una tendencia ligeramente ascendente, nótese la diferencia de escalas, la cual se ha mantenido a lo largo del tiempo, con una variación de 13 a17 eventos con una PCP10. Para la estación de CS, se observa una tendencia contraria que varía de 30 hasta 15 ocurrencias con ese límite. Para los cultivos es una medida para estimar la mínima evapotranspiración del cultivo y lograr rendimientos altos, además de estables y asegurar la máxima calidad de producto cosechable. Uno de los valores máximos de la PCP10 para la estación ECT también se presenta para la estación de CS, en sus respectivas escalas. El cual está relacionado al mismo evento a gran escala identificado para los máximos en los DHC para 1981.

En la Figura 7, se muestra el análisis de las ST de la Tmáx diaria, de las estaciones meteorológicas de ECT y CS, para el periodo 1970-2012, presentando el comportamiento de días de verano, es decir, el número de días en un año cuando la temperatura máxima diaria es mayor a 25 °C (T25), considerando las dos tendencias: lineal (------) y no-lineal (----).

Conclusiones

Las variables que coincidieron en ambos municipios, ECT y CS, con tendencias ascendentes fueron: DSC, DHeM, y T25. La variable de DHC para la estación de CS, existe una situación crítica en la tendencia lineal y no lineal descendente. Con respecto a la precipitación se muestra un dato interesante para la estación ECT se tienen 400 mm con tendencia ascendente, lo contrario, para CS donde se tiene la tendencia descendente hasta 400 mm. Si bien, todas las variables son vitales para el desarrollo de un cultivo, las heladas son consideradas decisivas, sin importar la etapa de crecimiento de un cultivo. Considerando esto, el municipio de Cd. Serdán es menos vulnerable a las heladas, comparado con el municipio ECT.

El estudio de las tendencias lineales y no lineales, que se analizaron, muestran la importancia que tienen para los productores y tomadores de decisiones en el tipo de cultivo para que se adapte a las condiciones adversas de la variabilidad del clima. Cabe destacar que ambos municipios comparten la cuenca hidrológica, esto es importante para entender el comportamiento del número de heladas una de las principales variables que se estudiaron en este proyecto. Analizar el comportamiento anual de días secos consecutivos en forma complementaria con los días húmedos consecutivos, además de identificar sus tendencias lineal como no-lineal nos permitió conocer la variabilidad intraanual e interanual, así como decadal, generando información y, por lo tanto, conocimiento que puede ser aprovechado en beneficio para obtener mejores rendimientos, al considerar y utilizar por un lado las tendencias anuales, y por otro, las decadales.

Se logró evaluar la potencial intercomparación entre dos series de tiempo con registros relativamente diferentes, pudiendo inferir comportamientos o dinámicas de las variables cuando una estación no cuente con suficientes datos. Las ST están dominadas preferentemente por los forzantes locales, en el caso de ECT está un lago que funge como un termorregulador y puede ser el causante de que se presenten dos épocas frías, una en la época del invierno y otra mientras se recupera la temperatura del lago que puede durar incluso meses dependiendo del clima, y para CS se tiene un impacto directo de la brisa de montaña asociado al volcán Citlaltepec dando una firma local; sin embargo, desde el punto de vista regional comparten forzantes de gran escala como son los océanos y el posible cambio climático, manifestándose en forma diferenciada.

Se considera que no todas las respuestas en el proceso agrícola se encuentran en el clima, también habría que tener en consideración que la vulnerabilidad agrícola está íntimamente relacionada con la degradación del suelo, la descapitalización y el envejecimiento de los productores de temporal. También existen otras relaciones como el tipo de agrosistema, política agrícola, entre otras. La investigación representa un enfoque rural a escala local y contribuye en la gestión de los tomadores de decisiones en las variables críticas de un cultivo.

Agradecimientos

La autora principal, agradece a la BUAP su apoyo para realizar los estudios de Doctorado en el Colegio de Postgraduados, Campus Puebla. A los árbitros, que enriquecieron el trabajo con sus valiosos comentarios.

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