Potential climatic change derived from the exploitation of groundwater at the Ojos Negros Valley, Baja California

V. Miguel Ponce*, O. Rafael García Cueto**, Sezar Ercan*

* Departamento de Ingeniería Civil, San Diego State University, San Diego, California, Estados Unidos.

** Instituto de Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California, Mexicali, Baja California, México, E-mail: rcueto@csiam1.mxl.uabc.mx

Resumen

Un análisis anual de las series de registros climáticos del Valle de Ojos Negros, Baja California, revela una tendencia negativa para temperatura y positiva para precipitación, a lo largo del período (1949-1993). La extracción de agua subterránea, destinada a un uso agrícola en expansión, produce cambios en el balance energético y decremento en el albedo, de lo cual se infiere un posible cambio en la evapotranspiración y humidificación del clima local, y por tanto, de las variables analizadas. Una tendencia similar, pero menos marcada, se observa en dos estaciones climatológicas aledañas usadas como control.

Palabras clave: Cambio climático, albedo, irrigación, humidificación, evapotranspiración, balance de energía.

Abstract

A detailed annual analysis of the records of climatological variables for the Ojos Negros Valley, B. C, revealed a negative tendency for temperature, and positive tendency for precipitation, along the study period (1949-1993). The increasing groundwater extraction for agricultural use produces a change in the balance energy and a decrease in albedo. From these data, B is inferred that a change in evapotranspiration and a humidification of the local climate occur, hence affecting the analyzed climatological variables, A similar, although more moderate trend, was observed in two climatological stations located nearby which were used as control.

Key words: Climatic change, albedo, irrigation, evapotranspiration, humidification, energy balance.

INTRODUCCIÓN

En este trabajo se busca explicar el posible cambio climático que se registra en el Valle de Ojos Negros, Baja California; se piensa que éste ocurre a escala local, sin descartar la posible influencia de causas a una escala mayor como las emisiones antropógenicas de los gases de "invernadero", las alteraciones en los patrones de circulación general de la atmósfera, o las anomalías en el sistema océano-atmósfera y su relación con El Niño-Oscilación del Sur (ENSO); este cambio puede explicarse mejor por el uso y manejo del suelo, el cual se ha visto modificado para una agricultura de irrigación; además del tradicional uso para pastoreo. De acuerdo con la clasificación climática de Köppen modificada por García (1981), el clima en Ojos Negros, estimado en dos períodos distintos, 1949-1970 y 1971-1993, fue de los tipos BShw(x')(e) y BSh(s)(e), respectivamente, que corresponden, en el primer caso, a un tipo de clima seco árido semicálido con régimen de lluvias de invierno y una oscilación térmica extremosa, mientras que el segundo, corresponde a un tipo de clima seco árido templado con régimen de lluvias de invierno y con una oscilación térmica extremosa. Como una primera aproximación, se observa que se ha llevado a cabo una modificación del régimen térmico en la clasificación climática de este lugar.

Esta región carece de recursos hídricos superficiales, lo que ha llevado a la explotación del acuífero de Ojos Negros para satisfacer las necesidades de la agricultura; el acuífero se encuentra actualmente en explotación intensiva para destinar el recurso a la agricultura de hortalizas, que cubre 2 500 ha, es decir, aproximadamente un 25% del Valle de Ojos Negros (Ercan, 1999).

ANTECEDENTES

La influencia del ser humano sobre el clima empezó a evidenciarse hace miles de años, con el desarrollo de la agricultura. En muchas regiones, los bosques han sido destruidos para labores de cultivo, lo que ha provocado alteraciones en algunos elementos climáticos e hidrológicos, tales como la velocidad del viento, la temperatura y la humedad de la capa más baja de aire, la humedad del suelo, la evapotranspiración y el escurrimiento. En regiones áridas y semiáridas, la irrigación comenzó a ser usada por las civilizaciones de la antigüedad, que se asentaron en los valles de los ríos Tigris, Eufrates y Nilo. La aplicación de agua de irrigación produce un cambio en el microclima de la zona. A causa del considerable gasto de calor para evapotranspiración, la temperatura de la superficie terrestre disminuye, lo que produce un decremento en la oscilación térmica estacional y un aumento en la humedad relativa de la capa más baja del aire. Sin embargo, tal cambio decae rápidamente fuera de los límites del campo irrigado, de tal manera que el efecto es de naturaleza local (Budyko, 1974).

En zonas irrigadas, la disminución del albedo produce un cambio en el balance térmico de la capa más baja del aire. La irrigación ocasiona un aumento en el calor latente de vaporización, lo cual se debe a un aumento en la radiación solar absorbida, a una disminución en la radiación de onda larga, y a una disminución en el calor sensible (Budyko, 1974; Figura 1).

Kondratyev y Galindo (1994) indicaron que los análisis de cambio global del clima se podrán entender sólo en el contexto de los problemas, mucho más amplios, de la ecodinámica global. Mencionan también que los aspectos de mayor prioridad del sistema de Observación Climática Global (GCOS, por sus siglas en inglés), son los siguientes: i) predicción del cambio de clima, estacional e interanual (de mayor importancia en la dinámica de los eventos ENSO); ii) una detección temprana de las tendencias climáticas y de los cambios de clima por influencia antropogénica, y iii) reducción de la incertidumbre de las predicciones del clima al evaluar la confiabilidad de los modelos de éste por comparación con registros observacionales más completos.

Jáuregui (1997) hizo una revisión de la literatura referente a fluctuaciones, variabilidad y cambio climático en México. La mayoría de los artículos revisados tratan de las diferencias entre valores medios a largo plazo de algún parámetro climático (temperatura o precipitación), sobre un intervalo de tiempo especificado, usualmente años, o décadas. Para estudiar las anomalías climáticas en México, los diversos autores han intentado comprender la naturaleza y las causas de la variabilidad del clima, ligándola a los desplazamientos latitudinales de los grandes sistemas de circulación atmosférica de las latitudes templadas, y más recientemente, examinando la variabilidad climática en el país y su relación con el fenómeno "cuasi" global de "EI Niño".

Thornthwaite (1956) estableció categóricamente que el hombre es incapaz de causar, en forma deliberada, cualquier cambio significativo en los patrones climáticos de la Tierra. Los cambios en el microclima le parecieron tan locales y triviales, que consideró necesaria una instrumentación especial para detectarlos; sin embargo, mencionó: "... a través de los cambios en el balance de agua y algunas veces inadvertidamente, el hombre ejerce una influencia mayor sobre el clima".

¿Qué sucede cuando áreas grandes llegan a estar bajo irrigación? Esto ha tenido lugar en 62 000 km² de Oklahoma, Kansas, Colorado y Nebraska, en Estados Unidos, desde la década de los años treinta en el siglo XX. Algunos estudiosos del clima arguyeron que alrededor de un 10% de incremento en la lluvia ocurría en el área a principios de verano, fenómeno atribuible, se afirma, a la humedad evaporada desde tierras irrigadas (Joos, 1969).

Miroslava (1990) indicó que es evidente que en una ciudad tan grande como Belgrado, la temperatura del aire está determinada no sólo por controles climatológicos naturales, sino que, también, está influida por actividades antropogénicas, probablemente por el efecto de la isla urbana de calor.

De la breve revisión de literatura descrita, se observa la amplia gama de posibilidades de cambio climático, por lo que el objetivo en este estudio es determinar si existe una relación causa-efecto entre los cambios atmosféricos producidos por la irrigación y los parámetros climáticos históricos, tales como temperatura, precipitación y oscilación térmica estacional. Las conclusiones harán posible un mejor entendimiento del impacto antropogénico sobre el clima y el ambiente local, previo al desarrollo de una estrategia de manejo.

Por otro lado, se usa el término cambio climático, que es completamente general y abarca todas las formas de inconsistencia climática, independientemente de su naturaleza estadística o causas físicas, ya que la fluctuación climática está caracterizada por al menos dos máximos (o mínimos), que incluyen los valores de los puntos finales del registro, requisitos que no se cumplen en este estudio (WMO, 1966).

DATOS

La información climatológica utilizada fue la correspondiente a las temperaturas máxima, mínima y media mensuales, y la precipitación total mensual. Esta información se recopiló de tres estaciones: Ojos Negros, cuya longitud de registro fue de 49 años (1948-1996), El Piñal con 45 años (1949-1993), y Agua Caliente con 27 años (1967-1993). Estas estaciones se ubican en las inmediaciones de la Sierra Juárez, aproximadamente 40 km al este de Ensenada, Baja California (Figura 2).

La estación climatológica de Ojos Negros se localiza a los 31°54'42" latitud norte, 116°15'53" longitud oeste y 712 msnm. El Piñal se localiza a los 32°11'00" latitud norte, 116°17'30" longitud oeste y 1 350 msnm; la estación Agua Caliente se ubica a los 32°06'28" latitud norte, 116°27'14" longitud oeste y 410 msnm.

MÉTODO

Temperatura

Para cada mes, la media de la temperatura máxima diaria se tomó como la temperatura media mensual máxima (TMMMax); asimismo, la media de la temperatura mínima diaria se tomó como la temperatura media mensual mínima (TMMMin). Después de analizar el registro histórico de datos, se seleccionaron los meses de enero y julio como el mes más frío y el mes más cálido, respectivamente. Para el caso del análisis reportado en este trabajo, se presentan los valores extremos, en el registro histórico, tanto de temperatura máxima, como de temperatura mínima, para observar su variabilidad.

Para identificar las tendencias climáticas a largo plazo, se estudió la oscilación térmica estacional medida por el intervalo, que se definió mediante: a) intervalo atrasado, y b) intervalo adelantado (Ercan, 1999). El intervalo atrasado corresponde a la diferencia entre las temperaturas extremas de julio y enero del mismo año (backward range); el intervalo adelantado, a la diferencia entre las temperaturas extremas de julio y enero del año siguiente (forward range). Una tendencia decreciente en cualquiera de los dos intervalos indica humidificación, mientras que una tendencia creciente refleja aridización o desertificación. En otras palabras, un clima árido está sujeto a mayores variaciones estacionales de temperatura, mientras que, en un clima húmedo las variaciones son menores.

Precipitación

Se realizó un análisis de la precipitación total anual, para lo cual se usaron los promedios móviles con un filtro de diez años. En la estación Ojos Negros, el registro fue de 37 años (1960-1996); en El Piñal, de 45 años (1949-1993), y en Agua Callente, de 27 años (1967-1993). La estación lluviosa en el Valle de Ojos Negros comienza en noviembre y termina en abril. Por tanto, se estableció el año húmedo de noviembre a octubre (del año siguiente). La lluvia estacional ocurre de noviembre a abril. De los registros originales, se extrajo el número de días por mes en el que la lluvia excedió de 0.1 mm. Estos resultados mensuales se sumaron para determinar el número de días por año (húmedo) en los que la lluvia excede de 0.1 mm.

RESULTADOS

En la Figura 4 se muestran, por el contrario, los cambios registrados en la temperatura mínima absoluta durante los meses de enero, en el mismo período, en Ojos Negros. En ella se observa, a partir de los años cincuenta y hasta mediados de los sesenta, un patrón de vaivén en su comportamiento; sin embargo, desde mediados de los setenta, se visualiza una tendencia clara hacia valores más altos (menos frío). La pendiente estimada para este período fue de b=0.125, por lo que se observa que, en cada año transcurrido, de 1948 a 1996, se tiene un incremento de temperatura mínima absoluta, de un poco más de una décima de grado centígrado.

En las Figuras de la 5 a la 7 (6) se muestran los resultados del intervalo atrasado para las tres estaciones cuyos registros fueron analizados; el intervalo adelantado, con respecto al intervalo atrasado, prácticamente refleja lo mismo, por lo que se determinó no incluirlo.

En estas Figuras (5 a 7) se puede observar lo siguiente:

a) Para la estación Ojos Negros, el decremento determinado en el intervalo es considerable, de hasta 9° C, como se refleja en los promedios móviles de los últimos 39 años; b) tanto para la estación El Piñal, como para Agua Caliente, el decremento es moderado, hasta de 3º C, de acuerdo con los promedios móviles de los últimos 35 años, y 21 años, respectivamente.

En la Figura 8 se representa la precipitación anual para Ojos Negros y su promedio móvil; puede observarse que ésta se ha incrementado desde alrededor de 200 mm en la década de los años sesenta, hasta cerca de 300 mm en la década de los noventa; es decir, tuvo un ascenso de aproximadamente 50%.

El valor mínimo estimado en la tendencia es de 130 mm y el valor máximo, de 400; la pendiente calculada es de 7.5 mm/año, lo que indica que, por cada año transcurrido, la precipitación total anual ha aumentado a la razón de 7.5 mm.

En la Figura 9 se presenta la precipitación anual registrada para El Pinal y su promedio móvil; se observa que la precipitación se ha incrementado desde 300 mm en la década de los sesenta, a casi 600 mm en la década de los noventa, lo que equivale a un incremento de 100%. El valor mínimo estimado en la tendencia es de 240 mm y el valor máximo de 650 mm; la pendiente calculada es de 9.3 mm/año, lo que indica que, por cada año transcurrido, la precipitación total anual se ha incrementado a la razón de 9.3 mm.

En la Figura 10 se muestra la precipitación anual para la estación Agua Caliente y su promedio móvil; la ligera tendencia ascendente no es tan marcada como en los casos anteriores. El valor mínimo estimado en la tendencia es de 230 mm, y el valor máximo, de 340; la pendiente calculada es de 4.4 mm/año, lo que indica que por cada año transcurrido, la precipitación total anual se ha incrementado a la razón de 4.4 mm.

En las Figuras 11, 12 y 13 se muestra el número de días por año en que la precipitación es mayor que 0.1 mm (NDPA>0.1). En Ojos Negros se aprecia que el NDPA>0,1 se ha incrementado gradualmente de 24 a 39 días; en El Piñal se ha incrementado de 38 a 50 días, mientras que en Agua Caliente ha permanecido casi constante.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Los resultados del análisis de las series climatológicas indican que, a nivel local (Ojos Negros) e inclusive regional (El Piñal y Agua Cal/ente), se ha producido un cambio en el comportamiento de la temperatura y la precipitación. Este cambio, al menos para Ojos Negros, parece estar ligado a la actividad agrícola, la cual ha resultado de la instalación de un gran número de bombas para extraer agua hacia la superficie, con el propósito de irrigar los cultivos. Las Figuras 14 y 15 muestran fotografías aéreas del Valle de Ojos Negros en 1973 y 1993, respectivamente, y en las que se puede observar la expansión en el desarrollo agrícola que ha tenido lugar en el valle durante este período, lo que demuestra que la superficie actualmente irrigada es mucho mayor que la de hace 30 años. La demanda de agua por este proceso ha aumentado, y el afloramiento de esta agua, del acuífero a la superficie, debe ocasionar el incremento en la evapotranspiración y la humidificación del medio ambiente, y paralelamente a éstos, una disminución del albedo.

El cambio en el balance de energía, y consecuentemente en el balance hidrológico, se manifiesta en el decremento de la oscilación térmica estacional, la cual es medida a través de su intervalo. Esto indica la posibilidad de un cambio climático tendiente a la humidificación en el Valle de Ojos Negros. Para El Piñal y Agua Caliente, este fenómeno no está claramente establecido, ya que la actividad agrícola y su evolución histórica ha sido menos intensa en estas localidades.

Además del análisis del intervalo, el incremento en la precipitación anual y en el número de días con precipitación mayor a 0.1 mm, particularmente en Ojos Negros y El Piñal, permite inferir la posibilidad de un cambio climático en la región. Es necesario un estudio de la dinámica atmosférica a diferentes escalas, espaciales y temporales, para entender mejor el proceso de cambio que está inicialmente documentado en este estudio.

CONCLUSIONES

Se encontró que el régimen térmico en el clima de Ojos Negros se ha modificado en dos períodos; así, de clima seco árido semicálido ha pasado a tener un tipo de clima seco árido templado, mientras que en El Piñal y Agua Caliente, el clima, de acuerdo con la. clasificación climática de García (1981), no ha cambiado.

Se observó una tendencia decreciente en el tiempo de la temperatura máxima absoluta, con un descenso anual de un poco más de una décima de grado centígrado, asimismo, una tendencia creciente de la temperatura mínima absoluta en un poco más de una décima de grado centígrado y, consecuentemente, una reducción en la oscilación anual de temperatura.

Se realizó un análisis de series climáticas de tiempo, que indica un decremento de 9° C (en 39 años) en el intervalo de temperaturas en Ojos Negros, y de 3º C en El Piñal (en 35 años) y Agua Caliente (21 años); estas tendencias, principalmente la de Ojos Negros, no se pueden explicar fácilmente con argumentos aleatorios. El análisis también indica un incremento en la precipitación total anual en Ojos Negros y El Piñal, la cual aumentó casi 50% y 100%, respectivamente, mientras que, en Agua Caliente el porcentaje de aumento fue mucho menor. El número de días con precipitación mayor de 0.1 mm, también se incrementó, mayormente en Ojos Negros y, en El Piñal y Agua Caliente con menor intensidad.

Mientras que esta tendencia parece ser fácilmente explicable en el Valle de Ojos Negros, las tendencias similares, pero más leves, en El Piñal y Agua Caliente, requieren de una investigación adicional.

REFERENCIAS

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