Análisis de tendencia de las variables hidroclimáticas de la Costa de Chiapas*

Trend analysis of hydroclimatic variables of the Coast of Chiapas

Carlos Escalante-Sandoval¹ y Leonardo Amores-Rovelo¹§

¹ Facultad de Ingeniería-UNAM. Edificio T, Bernardo Quintana Arrioja, 1^er. piso. Tel. (55) 5622-3279. Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, México, D. F. C. P. 04510. (caes@unam.mx). ^§Autor para correspondencia: leonardo_amores@hotmail.com.mx.

Resumen

La región denominada Costa de Chiapas ha sido afectada por algunos periodos de estiaje y por inundaciones, los cuales han causado serios daños económicos y sociales. Se ha considerado al proceso de deforestación como la principal causa de este hecho. Sin embargo, se debe tomar en cuenta la variación espacial y temporal de las variables hidroclimatológicas. Con este propósito se ha recolectado la información de lluvia, temperatura máxima y mínima de 51 estaciones climatológicas para el periodo 1960- 2010, así como los escurrimientos de 12 estaciones hidrométricas del periodo 1964 a 2005. El análisis de tendencia de las series de tiempo anuales (año agrícola) y estacionales (primavera-verano y otoño-invierno) de precipitación, temperatura máxima, temperatura mínima, evapotranspiración y escurrimientos, se realizó con la prueba estadística no paramétrica de Mann-Kendall. Se detectó que la mayor parte de la Costa de Chiapas presenta tendencias en las series. Éstos resultados deberán tomarse en cuenta para adoptar medidas de protección contra la ocurrencia más persistente de las inundaciones pluviales y fluviales, así como las medidas de mitigación contra el incremento de las temperaturas máximas que afectan la salud de los seres vivos, y de la evapotranspiración que incrementa la demanda de agua en la agricultura.

Palabras claves: series de tiempo, test de Mann-Kendall, variabilidad climática.

Abstract

The region called Chiapas Coast has been affected by some periods of drought and floods, which have caused serious economic and social damage. It was considered to deforestation as the main cause of this. However, we consider the spatial and temporal variation of hydroclimatic variables. For this purpose it has been collected the information of rainfall, maximum and minimum temperature of 51 weather stations for the period 1960-2010 and 12 runoff gauging stations for the period 1964-2005. The trend analysis of annual time series (agricultural year) and seasonal (spring-summer and autumn-winter) of precipitation, maximum temperature, minimum temperature, evapotranspiration and runoff, performed with the nonparametric statistical test Mann-Kendall. It was found that most of the Chiapas Coast presents trends in the series. These results should be taken into account to take protective measures against the most persistent occurrence of pluvial and fluvial flooding and mitigation measures against the increase in maximum temperatures that affect the health of living beings, and evapotranspiration increases the demand for water in agriculture.

Key words : time series, Mann-Kendall, climate variability.

Introducción

Aunque el planeta ha experimentado un incremento exponencial en las pérdidas humanas por desastres naturales (Neil et al, 2003), persisten los debates sobre el aumento en la frecuencia e intensidad de los eventos meteorológicos extremos, más aun si se puede atribuir al cambio climático; el incremento en la ocurrencia de huracanes, frentes fríos, inundaciones y sequías (Houghton et al, 1996).

Los impactos de la variabilidad del clima se han sentido significativamente en la agricultura, ganadería, el suministro de agua y la generación de energía, afectando social y económicamente a las comunidades alrededor del mundo.

En las fases de planeación y manejo de los recursos hídricos se considera que los procesos hidrológicos son invariantes en el tiempo y donde el pasado se asume como representativo del futuro. Sin embargo, tal consideración de estacionareidad puede ser no válida debido a la variabilidad natural y los cambios antropogénicos inducidos en el sistema climático (Milly et al., 2008).

Las complejas interacciones en el sistema océano-atmósfera-suelo pueden ser evaluadas a través de las variables climáticas de precipitación, temperatura y escurrimiento (Lastra et al., 2008; Macías, 2007; Giménez y Lanfranco, 2012). Por lo que la investigación de los patrones y posibles cambios en la tendencia de estas variables a escala espacio-temporal ayuda a generar medidas de planeación, mitigación y la evaluación de la resiliencia del ecosistema hacia tal variabilidad. Moron et al. (1992) recomienda que para el análisis de tendencias de series climáticas se requiere contar con al menos 30 años de registros continuos.

El presente estudio tiene como objetivo el analizar si existe o no un cambio en las tendencias de las variables hidroclimáticas de la región denominada "Costa de Chiapas", la cual se ve afectada por inundaciones, sequías y altas temperaturas. Los resultados permitirán contar con un instrumento de planeación para el manejo adecuado de los recursos hídricos de la región, que impactarán en el control de inundaciones, el rendimiento de los cultivos, la ganadería, la producción de energía y el manejo de los ecosistemas.

Zona de estudio

El estado de Chiapas se localiza en el sureste de la República Mexicana, cuenta con 75 634.4 km² de superficie. Está conformado por 118 municipios agrupados en nueve regiones económicas: Centro, Altos, Fronteriza, Frailesca, Norte, Selva, Sierra, Soconusco e Istmo-Costa. Limita al norte con el estado de Tabasco, al este con la República de Guatemala, al sur con el océano Pacífico y al oeste con los estados de Oaxaca y Veracruz.

La región denominada Costa de Chiapas se localiza en la vertiente del océano Pacífico en los estados de Chiapas y Oaxaca, y comprende desde el río Tapanatepéc hasta el Suchiate. Abarca desde los 14° 30' a los 16° 33' de latitud norte y de los 92° 4' a los 94° 19' de longitud oeste. Tiene una superficie total de 13 591 km². El clima en la costa es cálido subhúmedo con lluvias en verano, la vegetación es de selva baja y espinosa o selva caducifolia en las vegas de los ríos. Por su economía la región se puede agrupar en dos zonas la VIII Soconusco y IX Istmo Costa.

El proceso de deforestación y degradación de los bosques y selvas de Chiapas se ha agudizado en las últimas décadas, generado por la tala de maderas preciosas y la creciente demanda de suelos para la agricultura y ganadería. Estas modificaciones han generado un incremento sustantivo en el potencial de inundación y la pérdida de suelos por erosión hídrica, además de reducir la infiltración hacia el subsuelo.

Un primer paso para el manejo integral de las cuencas de la zona, lo representa el conocimiento profundo del comportamiento de las variables del ciclo hidrológico. Es importante determinar si las lluvias, temperaturas máximas y mínimas, además del escurrimiento superficial han sufrido o no cambio en el patrón de ocurrencia, no sólo en la periodicidad sino también en cuanto a su magnitud.

Información disponible

Para este estudio se cuenta con la información de precipitación diaria, temperatura máxima y mínima de 51 estaciones climatológicas para el periodo 1960-2010 (Figura 1 y Cuadro 1). Respecto a la información hidrométrica, se tienen disponibles 12 estaciones de aforos para el periodo 1964-2005 (Figura 2 y Cuadro 2).

La localización de los municipios (Cuadro 3) pertenecientes a la región Soconusco e Istmo se presentan en la Figura 3.

Análisis de tendencia

Para detectar tendencia (incremento o decremento) se ha aplicado la prueba de Mann-Kendall (Mann 1945; Kendall, 1975) a las series de acumulados (precipitación, evapotranspiración y escurrimiento) y promedios (temperatura máxima y mínima) en el año agrícola (octubre-septiembre), primavera-verano (abril- septiembre) y otoño-invierno (octubre-marzo). La interpolación de los mapas fue mediante el método de distancia inversa ponderada (IDW) (Díaz et al, 2008). La tendencia en la variable precipitación de lluvia se obtuvo de series acumuladas en los periodos primavera-verano, otoño-invierno y año agrícola. Se construyeron mapas de tendencias mostrados en las Figuras 4 a 7. (5, 6) El porcentaje de área de tendencia en cada municipio se obtuvo de la aportación del área de influencia de cada estación (Cuadro 1) mediante los polígonos de Thiessen.

La tendencia en la temperatura máxima y mínima se obtuvo a partir de las series promedios en primavera-verano, otoño-invierno y año agrícola a las cuales se les aplico la prueba de Mann-Kendall para detectar tendencia (Figuras 8 a 13) (9, 10, 11, 12).

La evapotranspiración fue calculada mediante el método de Turc a partir de la temperatura media en el periodo del año agrícola y se evaluó mediante la prueba de Mann-Kendall para detectar tendencia (Figuras 14 y 15).

En una evaluación de la respuesta de la cuenca se ha analizado también las series de escurrimientos acumulados en el año agrícola (Figuras 16 y 17) mediante la prueba de Mann-Kendall.

En el análisis local se evaluó la evolución grafica de las temperaturas mínima y máxima (Figura 18 y 19) en el municipio de Tapachula. El promedio mensual del municipio se obtuvo mediante la aportación del área de influencia de cada estación de acuerdo a los polígonos de Thiessen.

Resultados

De la serie de acumulados de lluvia en el año agrícola se determinó que 12 de las 51 estaciones presentan decremento, la región que presenta una tendencia generalizada es el Soconusco (Figura 4) ya que 11 de 41 estaciones presentan decremento. Los municipios y sus respectivas tasas de decremento anual donde están ubicadas estas estaciones son Mapastepec (14 mm/año), Acapetahua (25 mm/año), Huehuetan (16 mm/año), Mazatán (20 mm/año), Tapachula (2mm/año) y Suchiate (2 mm/año).

También se encontró un incremento en 2 estaciones ubicadas en la región Soconusco en el municipio de Escuintla (33 mm/año). En la serie de acumulados primavera-verano y en otoño-invierno son 11 y 6 estaciones que superaron el nivel de confianza estadística de 95% con una tendencia negativa, también se encontraron 4 y 6 estaciones respectivamente con tendencia positiva. Es importante destacar que en promedio la región Soconusco tiene una tendencia negativa pues gran parte de los municipios que la integran presentaron decremento en el acumulado en año agrícola, primavera-verano y otoño-invierno. En la Figura 5 se observa el decremento del acumulado en el año agrícola registrado en la estación 7199. Sin embargo, el factor que ha incrementado el potencial destructivo de este tipo de decremento en las lluvias es la degradación sistemática de las cuencas.

Tendencia en la temperatura mínima

Se observaron en promedio las mismas zonas con incremento y decremento en las series de promedio en año agrícola, primavera-verano y otoño-invierno (Figuras 9, 12 y 13). Principalmente en la región norte del Soconusco se presentó tendencia negativa en 24% de las estaciones de esa región. Los municipios con dichas estaciones con decremento son Motozintla (0.1 °C/año), Tuzantán (0.03 °C/año), Huehuetan (0.01 °C/año), Cacahoatan (0.03 °C/año) y Unión Juárez (0.09°C/año). Esta disminución podría indicarnos el aumento en la frecuencia e intensidad de olas de frío en la zona sierra, este es uno de los problemas que enfrenta la agricultura en zonas con temperaturas bajas afectando potencialmente su rendimiento.

Las zonas que presentaron tendencia positiva son principalmente los municipios al sur de la región sur del Soconusco y la región Istmo. La tasa de incremento para los municipios en la región Soconusco son; Mapastepec (0.01 °C/año), Mazatán (0.02 °C/año), Tapachula (0.01 °C/año), Tuxtla Chico (0.01 °C/año) y Frontera Hidalgo (0.02 °C/año). De la región Istmo se tiene Tonalá (0.01 °C/año) y Pijijiapan (0.001 °C/año). Estos aumentos en las temperaturas de las noches, pueden incidir también negativamente, acelerando el metabolismo de las plantas, incrementando la tasa de respiración y finalmente ocasionando pérdidas en la calidad y productividad de diferentes cultivos (Alpi y Tognoni, 1991).

Tendencia en la temperatura máxima

Se observó una tendencia en general de incremento a lo largo de toda la Costa de Chiapas (Figuras 8, 10 y 11), en la región Soconusco y en la serie de temperatura promedio en año agrícola son 17 estaciones; esto es 41% de las estaciones en esta región; sin embargo, se obtuvo un mayor número de estaciones con tendencia positiva para la serie de promedios en primavera-verano con 21 estaciones, representando 51% de las estaciones en la región. Las estaciones que presentaron éste incremento en la región Soconusco son Villa Comaltitlán (0.01 °C/año), Huehuetan (0.02 °C/año), Mazatán (0.01 °C/ año), Tapachula (0.03 °C/año) y Suchiate (0.02 °C/año). De la región Istmo se tiene Pijijiapan (0.01 °C/año) y Tonalá (0.01 °C/año). El municipio con una mayor tasa de incremento es Tapachula perteneciente a la región Soconusco. Es preciso poner atención a las zonas susceptibles de incremento pues en forma generalizada podría tener múltiples impactos sobre los sistemas productivos y ambientales de la región más aun en la agricultura ya que temperaturas ambientales superiores a las óptimas pueden disminuir la tasa fotosintética, incrementar las tasa respiratoria, acelerar el desarrollo y crecimiento de los cultivos y acortar la duración del ciclo fenológico (Lawlor, 2005). También puede tener impacto en el incremento en del consumo de agua por plantas y animales, la alteración de ciclos biológicos de diferentes organismos y cambios en la distribución ecológica.

Tendencia en la evapotranspiración

La evapotranspiración presentó tendencias positivas en la región Soconusco en general (Figura 14). Los resultados de la prueba de Mann-Kendall a las series de porcentajes de evapotranspiración indican que en la región Soconusco presentó incremento en 10 de 41 estaciones esto es 24%, por otra parte en la región Istmo presentó tendencia sólo 1 de las 10 estaciones por lo que se asume que en general no existe tendencia en el Istmo. La tasa anual de porcentaje de evapotranspiración de las estaciones del sur del Soconusco son: 7078 (0.16%), 7199 (0.15%), 7200 (0.11%), 7326 (0.30%), 7336 (0.70%), 7342 (0.90%), 7334 (0.40%). En el norte del Soconusco fueron 7333 (0.50%) y 7339 (0.30%). En la comparación de los periodos de 1960 -1985 y 19862010 se obtuvieron cambios importantes en el incremento del porcentaje de evapotranspiración: 7078(70% a 76%), 7199(30% a 36%), 7199 (47% a 50%), 7326 (50% a 56%), 7336 (50% a 69%), 7342 (33% a 60%), 7334 (49% a 61%), 7333 (40% a 55%) y 7339 (25% a 35%). En general el soconusco ha presentado incremento de la evapotranspiración lo cual causará déficit en la humedad del suelo y más aún sumado a la disminución de la precipitación, hará que sea necesario el suministro de una mayor cantidad de agua a los cultivos agrícolas por lo que se requerirá una buena administración del recurso por parte de la CONAGUA.

Los resultados de la prueba de Mann-Kendall en las series de escurrimientos acumulados en el año agrícola indican una fuerte correlación con las zonas susceptibles a tendencias identificadas en las variables climátieas. Ya que se observó que de las 12 estaciones hidrométricas (Figura 16) 6 presentaron tendencia negativa; 50% de las estaciones de la región Costa de Chiapas. La tasa de decremento en las estaciones con tendencia es la siguiente; estación 23011 (740 m³/año), 23014 (1 341 m³/año), 23009 (961 m³/año), 23008 (996 m³/año), 23020 (1 922 m³/año) y 23022 (962 m³/año). Ésta tendencia negativa en está relacionada directamente con la disminución de la lluvia y el aumento de la evapotranspiración. El impacto negativo de la disminución en el volumen escurrido incidirá directamente en la agricultura y en la ganadería, actividades económicas de las cuales dependen los habitantes de región.

Análisis local

En una escala local se tiene mayor variabilidad climática, como ejemplo el municipio de Tapachula, ya que en la Figura 18 se puede observar la evolución de la temperatura mínima con rangos que oscilan desde los 15.6 °C hasta los 20.8 °C, y aún más notable en la temperatura máxima. En la Figura 19 se observa la tendencia estacional con rangos que oscilan entre los 27.2 °C hasta los 33.6 °C.

El incremento de la temperatura mínima y máxima puede incidir directamente en la agricultura (Sánchez et al, 2012), éstas consecuencias se están haciendo notar pues el rendimiento de los cultivos se ve afectado, pues en el municipio de Tapachula se observa una tendencia negativa en el rendimiento por año de los cultivos por temporal de café cereza, caña de azúcar, mango y de plátano (Figuras 20 a 23) (21, 22), con ello se deberá optar por semillas mejoradas ante eficiencias hídricas (Castañeda y Muños, 1987; Arredondo y Aragón, 1997; Pérez et al., 1999; Reyes et al., 2000).

Conclusiones

Los resultados de la aplicación de la prueba de tendencia de Mann-Kendall a las variables de precipitación de lluvia, temperatura máxima, temperatura mínima, evapotranspiración y escurrimiento en la región denominada Costa de Chiapas indican la existencia de zonas con tendencia temporal en las series de acumulados y promedios en los periodos de año agrícola, primavera-verano y otoño-Invierno. De las series de precipitación de lluvia se tiene una tendencia negativa en la región Soconusco específicamente en la parte sur. De la temperatura mínima se observó una tendencia negativa en la región norte del Soconusco y tendencia positiva en el sur de la región Soconusco e Istmo. En el caso de la temperatura máxima se observó una tendencia generalizada de incremento a lo largo de toda la Costa de Chiapas. La tendencia en la evapotranspiración fue específicamente de incremento en la región Soconusco. La tendencia en la serie de escurrimientos indica una fuerte correlación con las zonas susceptibles a tendencias de las variables climatológicas.

La importancia de detectar zonas con tendencias son útiles para el diseño de medidas de adaptación y mitigación ante cambios en el patrón climatológico los cuales se observan ya en la Costa de Chiapas, mismos que pueden afectar seriamente en el corto plazo las actividades económicas y sociales de sus habitantes, por lo que es necesario que las autoridades competentes tomen las medidas pertinentes para lograr el desarrollo sustentable de las cuencas.

Literatura citada

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