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Introducción
La investigación ambiental ha priorizado la escala global o macrorregional sobre la escala urbana o metropolitana (escala micro) (MEA, 2005).1 Este trabajo busca, justamente, contribuir a paliar este desbalance y se enfoca a analizar la variabilidad climática local en la zona metropolitana de Toluca (ZMT), con el fin de comprender mejor el calentamiento en las ciudades, en el contexto del deterioro ambiental y la crisis actual de sostenibilidad (UNEP, 2016).2 La premisa inicial de nuestro planteamiento es que las ciudades son agentes modificadores del sistema climático regional-intraurbano (i.e. local), que actúan en un entorno de cambios ambientales globales (CICS/UNESCO, 2013). Por razones metodológicas requerimos hacer un corte de escalas espaciotemporales, ya que sería inviable adoptar una visión holística. Por tanto, la investigación se enfoca en las escalas meso y micro en la zona metropolitana de Toluca (ZMT). Al enfocarnos a las escalas meso y micro que, además, son metropolitanas, podemos decir que se trata de un estudio de escalas meso-micropolitanas.
El objetivo de este trabajo es examinar el comportamiento termopluviométrico en la ZMT para el periodo 1960-2009, a partir de las tendencias de dos variables: temperatura y precipitación. Con particular interés en dos temas: i. Identificar la incidencia espaciotemporal de los comportamientos climáticos de la ZMT; y, ii. Correlacionar factores de deterioro ambiental en la transición a un nuevo estado de variación atmosférica en la ciudad (que tienen importantes implicaciones socioeconómicas para su desarrollo), con el fin de incrementar la capacidad de anticipación, adaptación/mitigación de la ZMT ante variaciones climáticas rápidas e inesperadas.3 Al lograr el objetivo, esperamos demostrar que el régimen termopluviométrico es un indicador-nodo que interconecta los contextos ambiental, económico y social, ante el riesgo climático inducido por las áreas urbanas.
El trabajo se divide en cinco secciones. En la primera, se revisan fenómenos atmosféricos que determinan el sistema climático, ya que la alteración de sus variables por actividades antrópicas pueden incidir en el calentamiento local y global, así como en el contexto ambiental, económico y social local de las ciudades. En la segunda sección se interrelacionan las variables ciudad y clima a escalas macro, meso y micro. Esta interrelación es multidimensional, ya que incide en la variación y distribución espaciotemporal de las condiciones atmosféricas a diversas escalas. En esta investigación se pone especial atención a las islas de calor y de precipitación, en el marco meso-microclimático de la ZMT.
En la sección tres, se presentan las fuentes de información y se explica el método utilizado en el análisis empírico, que incluye cuatro ejes: el primero se diseñó para analizar la serie de datos (1960-2009) de temperatura y precipitación en espacio y tiempo; el segundo para mostrar los perfiles de tendencias (regresión lineal) de decremento e incremento de los datos termopluviométricos; el tercero para modelar las tendencias espaciotemporales (mediante la técnica Mann-Kendall Tau) en un ambiente de Sistemas de Información Geográfica (SIG: IDRISI-Selva), y el cuarto eje, relaciona los multifactoriales de transición a un nuevo estado de variación termopluviométrica. En la cuarta sección se discuten los principales resultados por eje. Finalmente, en la sección cinco se sintetizan los principales hallazgos y aportes del trabajo. El texto cierra con un listado de la bibliografía consultada.
Elementos preliminares
En la historia geológica del planeta se han producido numerosos y drásticos cambios climáticos de amplia duración. Se sabe que han ocurrido tanto periodos glaciares como periodos extremadamente cálidos, algunos de ellos hace no mucho tiempo. Por ejemplo, la llamada Pequeña Edad de Hielo fue un periodo frío en el hemisferio norte que se inició en el siglo xiv y duró hasta mediados del siglo xix, o como el periodo conocido como óptimo climático medieval que fue notablemente caluroso, también en el hemisferio norte, que comenzó en el siglo x y llegó hasta el siglo xiv (Diamond, 2007). La particularidad de estos periodos de cambio drásticos en el clima es que se derivaron de causas naturales (e.g. actividad solar, ciclos orbitales, actividad volcánica). Es decir: los cambios climáticos no son una novedad. Sin embargo, lo que sí es nuevo en la actualidad, es la atribución dominante del calentamiento global a causas antrópicas (e.g. ciertos desarrollos tecnológicos: automotores e instalaciones que generan altas emisiones de CO2, agricultura y ganadería industrializada).4 El origen antrópico de cambios acelerados en ciertas variables como la temperatura y la precipitación en el sistema climático global, es convencionalmente referido como cambio climático (IPCC/OMM/PNUMA, 2013; Martín-Vide, 2017, Molina et al., 2017).
El cambio del clima en nuestro planeta se está produciendo a un ritmo mayor al de su evolución natural, principalmente por efectos de la radicación solar que está elevando las temperaturas (Molina et al., 2017). Este calentamiento global por causas antrópicas, puede afectar el clima de manera irreversible.5 En conjunto, el uso de combustibles fósiles, diversas actividades industriales, económicas y agrícolas, la deforestación y el crecimiento poblacional, han incrementado las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y su acumulación en la atmósfera (Bruckman y Ramos, 2009; Díaz y Aldaz, 2017). Su permanencia puede durar años o incluso siglos, lo cual plantea problemas de justicia con las generaciones venideras. Adicionalmente, los impactos ocasionados por el cambio ambiental global son cada vez más evidentes a todas las escalas espaciotemporales, sin distinción de grupos sociales (Ángel et al., 2010; CICS/UNESCO, 2013).6
El actual periodo geológico denominado Antropoceno (del griego ἄνθρωπος anthropos, “ser humano”, y καινός kainos, “nuevo”), sitúa a la humanidad (de manera individual y colectiva) como fuerza determinante del funcionamiento y alteración sustancial del clima a escala global.7 Los cambios climáticos son producto de intrincados mecanismos de causalidad, donde las concentraciones globales de GEI se distribuyen en espacio y tiempo de manera independiente al lugar donde fueron generados. Son de tal intensidad, que el entorno no los puede absorber adecuadamente mediante los mecanismos naturales que mantenían en equilibrio la composición química de la atmósfera, antes de la acción del hombre (Crutzen y Stoermer, 2006, Molina et al., 2017).
Por tanto, el problema del calentamiento global antrópico no ocurre de manera aislada del entorno, sino como un sistema complejo de interconexiones, retroalimentaciones y evolución discontinua, que vincula múltiples procesos interdependientes causa-efecto en las dimensiones ambiental, económica y social, tanto en el espacio (e.g. local, regional, mundial) como en el tiempo (i.e. pasado, presente y futuro) (CICS/UNESCO, 2013).
El clima desempeña un papel fundamental en la construcción de un entorno sostenible ya que determina la naturaleza, variación y efectos de las variables meteorológicas (e.g. temperatura y precipitación), que, a su vez, inciden en el contexto ambiental, económico y social. Por tanto, a escala micro, las ciudades representan un medio local de incremento rápido de presión de recursos (i.e. demanda de bienes y energía) y de modificación de condiciones atmosféricas en su espacio geográfico, que luego se regionalizan y globalizan (Emmanuel, 2011; Gil y Olcina, 2017).
En este sentido, la magnitud de trasformación de sistemas naturales a sistemas artificiales (ciudades), alteran los mecanismos naturales de regulación ambiental. El deterioro ambiental de esta compleja sinergia entre sociedad y medio ambiente desequilibra el sistema climático urbano y contribuye a catalizar la producción de nuevas amenazas e impactos potenciales de riesgo climático por episodios meteorológicos extremos, amplificados y recurrentes (e.g. olas de frío y calor, sequías, inundaciones, tornados) (Mitchell, 1994). Esta tendencia de ajuste de los sistemas naturales ligados con las actividades y modelos de desarrollo económico y social, se orienta a un inminente resultado: la multiplicación de la vulnerabilidad y la agudización de la pobreza (Castro, 2011; López Soria, 2015).
Aquí resulta relevante recurrir a lo que Raworth (2012) denomina “espacio seguro y justo para la humanidad”. Éste es el espacio circunscrito por los límites planetarios y sociales dentro de los cuales la humanidad puede seguir prosperando sin poner en peligro la resiliencia de la Tierra, y el bienestar y la seguridad de sus habitantes actuales y venideros (Figura 1). Es decir, que la percepción y resolución de la problemática ambiental en el continuo local-global, debe tender a la sostenibilidad, al manejo precautorio de riesgos y a la reducción de impactos ambientales de la producción de bienes, como fórmula vinculante entre las dimensiones ambiental, económica y social.8
Ciudad y clima: interrelaciones mutuas
Las ciudades son un complejo conjunto de fuentes de emisión de calor. La variación y distribución espaciotemporal de las emisiones caloríficas en las áreas urbanas depende de incrementos térmicos por la absorción y emisión de radiación desde la superficie, debidos, fundamentalmente, a los factores siguientes: i. Usos del suelo y creciente densidad de población y edificaciones; ii. Intensidad de las actividades económicas, industriales y habitacionales; iii. Magnitud del parque vehicular y tipos de sistemas de transporte; iv. Topografía; v. Disminución de áreas verdes, y vi. Emisión de GEI (García Codrón et al., 2004; Alexandre et al., 2013).
La configuración y expansión de las ciudades generan condiciones climáticas diferenciadas en su entorno atmosférico, y en sus áreas periurbanas y rurales.9 La influencia de los espacios urbanos sobre la dinámica y estado del tiempo atmosférico ejerce una alteración significativa en los elementos del clima, por lo que la ciudad representa un factor multidimensional clave en el estudio del cambio ambiental local y global (Grimmond, 2007; Blake et al., 2011; Hebbert, 2014; Georgescu et al., 2014; Miguel Velasco et al., 2017;Tol, 2017).
El microclima urbano es producto de la modificación antrópica del clima debido, entre otros factores, al aumento de población, la superficie urbanizada y las actividades (Lombardo, 1997; Romero Lankao, 2007; Fernández, Galán y Cañada, 2012; Ferrelli et al., 2017). Las ciudades son las principales emisoras de CO2 a la atmósfera (Velasco y Roth, 2010, Molina et al., 2017). A mayor transformación de superficie natural por superficie asfaltada y edificaciones, mayor el incremento de la temperatura local (Román et al., 2017). Esto modifica el balance energético (interacción entre la superficie terrestre y la atmósfera), destacando el tipo de superficie (e.g. rugosidad, cobertura, capacidad térmica) y la generación térmica diferenciada por fuentes de combustión, desaceleración de enfriamiento por edificios e impurezas atmosféricas (Oke, 1987; Foken, 2008; Contreras Cardosa et al., 2008; Moreno García y Serra Pardo, 2017; Zhong et al., 2017). La cubierta vegetal favorece la regulación de la temperatura superficial y su disminución favorece el calentamiento (Jáuregui, 1990; 1995; Wong y Yu, 2005; Capelli de Steffens et al., 2006; Goetz et al., 2007). Cambios microclimáticos modifican las condiciones hidrológicas e hidrometeorológicas, lo que incrementa el riesgo y la vulnerabilidad en las ciudades (Shepherd et al., 2002; Mote et al., 2007; Quereda Sala et al., 2007; WMO/GWP, 2008; Huong y Pathirana, 2013). Todo esto significa que la intervención de actores sociales urbanos resulta clave para avanzar en la mitigación y adaptación ante la variabilidad del clima, como prioridad para el desarrollo de las ciudades y su entorno (Oltra et al., 2009; CICS/UNESCO, 2013).
Como resultado de la expansión urbana y la transformación de la ciudad (e.g. la sustitución progresiva de la cubierta natural por tejido urbano), se eleva la temperatura al interior de la ciudad. Esto produce microclimas urbanos bajo procesos no climáticos, como el efecto de contraste térmico urbano denominado isla de calor (urban heat island), que es un fenómeno nocturno que se acentúa al amanecer y cuyo flujo usualmente converge hacia el centro de la ciudad. Las islas de calor urbanas tienen diversas consecuencias por las variaciones climáticas que generan: provocan cambios adaptativos de especies animales y vegetales, modifican el calendario fenológico, incrementan el consumo de energía (sobre todo en verano), afectan el patrimonio monumental y arquitectónico, minan el confort climático en las noches de verano, elevan el estrés térmico, incrementan la morbilidad y la mortalidad humana, especialmente entre los adultos mayores (Martín-Vide, 2017). La intensidad de las islas de calor se relaciona directamente con el tamaño de la ciudad (Jáuregui y Heres, 2008).
No sólo las dimensiones de la ciudad afectan la generación e intensidad de islas de calor, también la morfología urbana tiene implicaciones importantes. Por ejemplo: produce calor antrópico derivado de actividades y modelos de crecimiento económico concentrado y sistemas de transporte que alteran la composición atmosférica; afecta la absorción de radiación solar y el almacenamiento de calor durante el día, debido a la alta capacidad calorífica de los materiales de construcción de la geometría urbana; disminuye la pérdida de calor por la reducción de la velocidad del viento; altera el balance de radiación (entrada y salida de energía) debido a incrementos térmicos por reemisiones de radiación hacia una atmósfera usualmente contaminada (efecto invernadero); obstruye las edificaciones y el pavimento, cuya pérdida de energía térmica (intercambios de calor, masa y momento) dependen de la profundidad, materiales de construcción y angostura de los denominados cañones urbanos; incide en la concentración espacial de las Islas de Calor en zonas de mayor actividad humana e infraestructura urbana, que pueden incrementar la temperatura hasta en 7.0 grados centígrados en promedio, en urbes con población de un millón de habitantes (Martín-Vide, 2017).
Otro fenómeno climático que produce la ciudad son las denominadas islas de precipitación, que son un efecto directo del ciclo hidrológico por la presencia de partículas contaminantes y el calor generado por las ciudades. Una atmósfera más caliente, mantiene mayor cantidad de vapor de agua, lo que favorece mecanismos de formación de nubes (de tipo convectivo) que producen lluvia. Estas modificaciones se reflejan en la cantidad y formas de precipitación, con tendencia cada vez más recurrente a registrar mayor intensidad y menor frecuencia (Jáuregui et al., 1991; Molina et al., 2017).
El ciclo hidrológico se compone, entre otros elementos, de la evaporación y la precipitación, cuya distribución espacial y temporal es heterogénea. El agua atmosférica es un factor modulador del clima, donde la variable meteorológica de mayor importancia es la precipitación (IPCC/OMM/PNUMA, 2013). Las islas de precipitación afectan el adelanto o retraso del periodo de lluvias y la intensidad de las precipitaciones, que son una de las principales causas de disminución en la disponibilidad de agua o de inundaciones urbanas (Landa et al., 2008).
Las condiciones extremas de temperatura y precipitación en el espacio y en el tiempo alteran la disponibilidad de agua, que es clave para la seguridad hídrica de las ciudades. La baja disponibilidad de agua en numerosas áreas urbanas del mundo (e.g. varias de las grandes ciudades de México) es agravada por los incrementos de la temperatura. Se estima que un aumento de temperatura en 2 °C puede derivar en una disminución de hasta 15 % en la disponibilidad de agua (Austria y Gómez, 2007; Landa et al., 2008).
Por tanto, si el clima afecta la disponibilidad de agua, no es exagerado afirmar que el clima es un elemento estratégico para el éxito o fracaso de las ciudades, de su población, de sus actividades. El incremento y variabilidad de condiciones de temperatura y precipitación en las ciudades y sus regiones (debido a la estructura y procesos urbanos) representan un enorme desafío ambiental, de riesgo, de salud pública y de seguridad hídrica (Sjögersten et al., 2013; Díaz y Aldaz, 2017; Landa et al., 2008).
Conocer la variación espaciotemporal y los valores extremos de las variables climáticas (i.e. temperatura y precipitación) en la ciudad, plantea oportunidades y desafíos en el modelado y la proyección climática. La disponibilidad de buenos modelos climáticos reduce la incertidumbre y facilita planear y coordinar acciones de gestión, administración y mejoramiento del clima a escala intraurbana, urbana-metropolitana y regional (Jaramillo y Nazemi, 2017)
El contexto climático de la ZMT: escalas macro, meso y micro
A escala macro, la ubicación de México (i.e. latitud, inclinación del eje de la Tierra y estratigrafía de la atmósfera) provoca que reciba mayor radiación que otras regiones, calentándose de manera diferencial por la influencia de los océanos que rodean al país y la geomorfología de su territorio, que en conjunto generan un clima de tipo monzónico caracterizado por dos estaciones: un invierno seco y un verano lluvioso, pero también una amplia variedad de microclimas (Molina et al., 2017).
A escala macromeso, la dinámica atmosférica en México está asociada principalmente con ciertas estructuras meteorológicas, destacándose la zona intertropical de convergencia (ZITC), el monzón mexicano y las ondas del este, lo que favorece la generación de huracanes. Adicionalmente, se registran fenómenos climáticos relevantes, como la ocurrencia de El Niño(a), que se relacionan con el calentamiento-enfriamiento del Pacífico oriental ecuatoriano. En presencia de El Niño los veranos tienden a presentar lluvias por debajo de lo normal y sequías, mientras que con La Niña se retorna a condiciones normales o a lluvias por arriba de lo normal. Estos fenómenos pueden casar inundaciones severas. Aunque el fenómeno es recurrente, sus ciclos son erráticos y van de dos a ocho años. Los fenómenos mencionados, y otros de menor importancia, favorecen la formación de huracanes en costas mexicanas, que inciden en la dinámica ambiental regional y se constituyen como una de las principales fuentes de agua para nuestro país (Magaña, 1999). Así, la ZMT con base en García y Conabio (1998) registra cuatro tipos básicos de clima en el espacio meso-micropolitano, destacando que la zona urbana se asienta en los dos tipos de clima templado (Figura 2):
C(w1): Templado, subhúmedo, temperatura media anual entre 12 °C y 18 °C, temperatura media del mes más frío entre -3 °C y 18 °C, y temperatura del mes más caliente debajo de 22 °C. Precipitación en el mes más seco menor de 40 mm, lluvias de verano con índice P/T entre 43.2 y 55, y porcentaje de lluvia invernal del 5 % al 10.2 % del total anual;
C(w2): Muy similar al C(w1). Sólo varía el índice P/T que es mayor a 55;
Cb'(w2): Semifrío, subhúmedo con verano fresco largo, temperatura media anual entre 5 °C y 12 ° C, temperatura del mes más frío entre -3 °C y 18 °C, temperatura del mes más caliente debajo de bajo 22 °C. Precipitación en el mes más seco menor de 40 mm. Lluvias de verano y porcentaje de lluvia invernal del 5 al 10.2 % del total anual, y
E(T)CHw: Frío, temperatura media anual entre -2 °C y 5 °C, temperatura del mes más frío de 0 °C y temperatura del mes más caliente entre 0 °C y 6.5 °C. Con lluvias de verano.
Fuente: elaboración propia, con base en la clasificación de Köppen, modificado por García y Conabio (1998).
A escala meso-micropolitana, estas alteraciones del tiempo atmosférico se reproducen al interior de las ciudades, formando islas de calor, que generan en la época de lluvias un incremento diferenciado de alta humedad (islas de precipitación) (Morales et al., 2007). Nuestra zona de estudio, la ZMT registra ciertas particularidades geográficas y atmosféricas que vale la pena destacar: posee una rápida ventilación y dispersión de energía calorífica, alta insolación, elevada altitud, y convergencia de fenómenos atmosféricos tropicales y fríos. Sin embargo, parece que esto está cambiando. Debido a las alteraciones en las condiciones del acuífero y de los cuerpos de agua superficiales, la disminución de humedales y vegetación, el acelerado crecimiento poblacional, la explosiva expansión urbana, la contaminación atmosférica, el decremento de vegetación natural por procesos de deforestación, y los cambios del uso del suelo rural a urbano, entre otros (Figura 3) (Vilchis-Mata, et al., 2018a).
Metodología y fuentes de información
Explorar sistemáticamente el comportamiento termopluviométrico del entorno geográfico de la ZMT (conformada por 16 municipios) comprendió el análisis espaciotemporal de las variables atmosféricas temperatura (máxima, mínima y promedio) y precipitación.10 Los datos se tomaron de los reportes diarios generados por el CLImate COMputing Project (Clicom), provenientes de estaciones meteorológicas automáticas y tradicionales administradas por el Servicio Meteorológico Nacional (SMN). El periodo de estudio va de 1960 a 2009: cincuenta años son suficientes para apoyar los objetivos de este trabajo. La información se procesó en ambiente de Sistemas de Información Geográfica (SIG IDRISI-Selva), con el apoyo de la herramienta Earth Trends Modeler (ETM). Los cuatro ejes principales del análisis son los siguientes:
Primer eje: Construcción de la serie de datos. Calcular las medias mensuales e interanuales para cada variable: temperatura máxima (abril-mayo), temperatura mínima (diciembre-febrero), temperatura promedio (anual) y precipitación (acumulada mayo-octubre), a partir de datos diarios de las estaciones meteorológicas con periodos concomitantes (más de 30 años). Posteriormente generar y espacializar series cronológicas mediante superficies continuas (interpolación) tipo raster.
Segundo eje: Análisis de tendencias climáticas. Generar perfiles para conocer la sensibilidad de las tendencias (e.g. la pendiente de las rectas de regresión que sintetizan los datos) mediante una regresión lineal de mínimos cuadrados y vislumbrar incrementos o decrementos de cada variable por unidad de tiempo.
Tercer eje: Modelar tendencias climáticas. Evaluar en la escala micropolitana la consistencia de tendencia monotónica entre los valores de cada píxel bajo una prueba de correlación no-paramétrica Mann-Kendall Tau. El propósito es identificar áreas con frecuencias relativas significativas de incremento o decremento (concordancia-discordancia). El rango de variación va de -1.0 a 1.0. Si es positivo indica que la tendencia de la variable se agudiza a lo largo del tiempo; si es igual a cero la variable tiende hacia la estabilidad (la variable no aumenta ni disminuye), y si es negativo indica que la tendencia de la variable se suaviza a lo largo del tiempo. Formalmente, esto se puede expresar de la siguiente manera:
Donde:
n = longitud de la serie de datos
xi - xj = observaciones en el tiempo i y j respectivamente
Finalmente, se calcula la medida de correlación entre dos variables correspondiente a tau (τ), obteniendo valores crecientes o decrecientes, en un rango de -1.0 a 1.0.
Consideramos para la representación espacial de las variables un intervalo de confianza de 95 %, suficiente para minimizar la presencia de errores estocásticos.
Cuarto eje: Relaciones multifactoriales. Correlacionar las evidencias de variación y tendencia termopluviométrica, con diversos factores de incidencia de cambios que condicionan la transición de la ZMT a un nuevo estado crítico negativo de vulnerabilidad climática.
Resultados
Eje 1. Construcción de la serie de datos
El objetivo es preparar y confeccionar una base realizando un filtrado y control de calidad de datos termopluviométricos, evitando inferencias e interpretaciones erróneas derivadas de la naturaleza de la infraestructura de su adquisición. Esta base de datos fue la fuente de entrada de los diversos procesos analíticos de este trabajo. Las principales acciones que se realizaron fueron las siguientes:
1.1Obtener las medias mensuales e interanuales de las variables: temperatura máxima (Tmax en °C meses de abril-mayo), temperatura mínima (Tmin en °C diciembre-febrero), temperatura promedio (Tprom en °C anual) y precipitación (P en mm acumulada mayo-octubre).
1.2Espacializar los valores individuales de cada variable en series cronológicas de superficies continuas tipo raster (resolución espacial de 200 m), utilizando la función de interpolación (interpol) del SIG IDRISI-Selva.
1.3Elaborar series de tiempo (time series file) con 612 imágenes por cada variable para su incorporación en las distintas técnicas de análisis y funciones dentro del módulo ETM del SIG IDRISI-Selva.
Eje 2: Análisis de tendencias climáticas
El objetivo es mostrar de manera global el comportamiento termopluviométrico con base en los perfiles de tendencias (regresión lineal) de decremento e incremento de los datos observados. Nuestra hipótesis es que el comportamiento del régimen termopluviométrico se relaciona con el impulso del proceso de crecimiento urbano de la ZMT. Para su exploración se distinguen a mayor detalle y en dos fases las tendencias: a) de decremento, de 1960 a 1984; y b) de incremento, de 1985 a 2009, representadas en la Figura 4.
El comportamiento de la variable temperatura máxima para el periodo 1960-1984 se caracteriza por un decremento tendencial por debajo del promedio del orden de 1.38 °C, representando una tasa de decremento anual de -0.06 °C, con oscilación térmica de 3.12 °C, y valores que fluctúan entre 21.20 °C y 24.32 °C. Aun presentando 13 años con las temperaturas máximas más elevadas (1960, 1961, 1963, 1964, 1969, 1970, 1971, 1972, 1973, 1975, 1982, 1983 y 1984). En contraste, el periodo 1985-2009 registra un incremento tendencial por arriba del promedio del orden de 3.27 °C, una tasa de incremento anual de 0.13 °C, oscilación térmica de 4.85 °C, y valores que fluctúan entre 20.83 °C y 25.68 °C. Con presencia de 10 años con las temperaturas más elevadas (1988, 1991, 1998, 1999, 2002, 2003, 2005, 2006, 2008 y 2009).
La variable temperatura mínima para el periodo 1960-1984 muestra un decremento tendencial por debajo del promedio del orden de 1.71 °C, representando una tasa de decremento anual de -0.07 °C, con oscilación térmica de 2.9 °C, y valores que fluctúan entre -0.51 °C y 2.39 °C. Presentando 10 años con las temperaturas mínimas más bajas (1965, 1966, 1967, 1970, 1971, 1975, 1976, 1978, 1981 y 1983). En contraste el periodo 1985-2009 con incremento tendencial por arriba del promedio del orden de 1.69 °C, una tasa de incremento anual de 0.07 °C, oscilación térmica de 3.1 °C, y valores que fluctúan entre -0.25 °C y 2.85 °C. Presentando ocho años con las temperaturas mínimas más bajas (1986, 1988, 1989, 1996, 1997, 1998, 1999 y 2000).
Respecto a la variable temperatura promedio para el periodo 1960-1984 se observa un decremento tendencial por debajo del promedio del orden de 0.93 °C, representando una tasa de decremento anual de -0.04 °C, con oscilación térmica de 1.65 ° C, y valores que fluctúan entre 11.45 °C y 13.09 °C, bajo una amplitud térmica de 24.83 °C. Con quince años por debajo del promedio (1965, 1966, 1967, 1968, 1971, 1974, 1975, 1976, 1977, 1978, 1979, 1980, 1981, 1983 y 1984). En contraste el periodo 1985-2009 con incremento tendencial por arriba del promedio del orden de 0.98 °C, tasa de incremento anual de 0.04 °C, oscilación térmica de 1.73 °C, y valores que fluctúan entre 11.59 °C y 13.32 °C, bajo una amplitud térmica de 25.93 °C. Con 10 años por debajo del promedio (1985, 1986, 1987, 1989, 1990, 1996, 1997, 1999, 2000 y 2001).
Finalmente la variable precipitación durante el periodo 1960-1984 mantiene una tendencia acumulada en relativo equilibrio con 143.94 mm por arriba del promedio, representando una tasa de incremento anual de 5.76 mm, y valores que fluctúan entre 621.97 mm y 951.81 mm. Identificando sequía intraestival en 10 años (1960, 1961, 1962, 1966, 1974, 1975, 1979, 1980, 1982 y 1983). Sin embargo, el periodo 1985-2009 muestra un incremento tendencial acumulado por arriba del promedio del orden de 206.58 mm, con una tasa de incremento anual de 8.26 mm, y valores que fluctúan entre 731.84 mm y 1081.90 mm. Identificando sequía intraestival en 6 años (1987, 1988, 1989, 1993, 1997 y 2005).
En síntesis, a escala mesomicropolitana los datos analizados en cincuenta años de estudio, revelan un incremento térmico del orden de 0.61 °C y un incremento pluviométrico de 92.10 mm por arriba de los promedios de la ZMT.
Eje 3: Modelando las tendencias climáticas
El propósito de este análisis es modelar la incidencia y la magnitud de cambio espaciotemporal del comportamiento termopluviométrico, identificando heterogeneidades espaciales con base en las tendencias espaciotemporales (Mann-Kendall Tau) indicadas en la Figura 5.11
Figura 5: Distribución espaciotemporal del comportamiento tendencial de variables termopluviométricas en la ZMT (1960-2009) con un nivel de confianza del 95 %
El comportamiento tendencial observado de las variables termopluviométricas perfila escenarios futuros de transición a un nuevo estado de variación atmosférica y ambiental, que indudablemente aumentarán la incidencia espaciotemporal del riesgo y la vulnerabilidad en la escala mesomicropolitana de la ZMT. Fortalecer la capacidad de anticipación, adaptación/mitigación de la ciudad, obedece a entender ¿Cómo es que el patrón de distribución espaciotemporal de tendencias se correlaciona con las alteraciones derivadas de multifactores de deterioro ambiental?, las cuales por su relevancia son develadas a continuación.
Eje 4: Relaciones multifactoriales
Identificar cómo el deterioro ambiental conlleva a fluctuaciones atmosféricas momentáneas entre años relativamente cálidos, fríos, húmedos y secos, bajo mecanismos naturales de la Tierra y el cosmos, y de mecanismos antropogénicos.
Para la explicación de este eje es interesante hacer notar la relación de dichas tendencias espaciotemporales con la morfología y multifactores urbanos de influencia hacia un nuevo estado de variación termopluviométrica en la ZMT. Esto lo podemos develar si llevamos a cabo un análisis de contraste entre áreas intrametropolitanas altamente diferenciadas en su complejidad física: las áreas naturales protegidas, los asentamientos urbanos periféricos y los municipios centrales.
Las áreas naturales protegidas (ANP) registran una tendencia sistemática de incremento de temperatura y decremento de precipitación. Dicho cambio evidencia una anomalía térmica del efecto del gradiente térmico vertical (variación de temperatura vs incidencia altitudinal y las geoformas del relieve). Destacan el Área de protección de flora y fauna Nevado de Toluca, el Parque nacional Miguel Hidalgo y Costilla, los Parques estatales Sierra Morelos y Otomí Mexica del Estado de México y los Santuarios del agua y forestal (subcuenca tributaria río Mayorazgo-Temoaya, Subcuenca tributaria río San Lorenzo, subcuenca tributaria presa Antonio Alzate). Es muy probable que esta tendencia climática en las ANP se deba a cambios en el uso de suelo y en las coberturas boscosas y de vegetación natural, las cuales brindan servicios ecosistémicos importantes: regulación de la calidad el aire, mitigación del cambio climático, captación de agua de lluvia, infiltración de agua al acuífero de Toluca, entre otros.
En los asentamientos urbanos periféricos (AUP) la tendencia dominante es el incremento sostenido de temperaturas (con una mayor incidencia de días de invierno y noches de verano cálidas). La explicación más probable es que sea efecto de la transferencia y dispersión térmica de la isla de calor y elementos contaminantes en la atmósfera, con rápida ventilación por la influencia de vientos alisios dominantes sureste y este (alisios), que afectan los AUP, como se detalla en el Cuadro 1.
Cuadro 1 Asentamientos urbanos periféricos (AUP) con tendencia de incremento de temperatura
| Municipio | Pueblo, colonia, barrio, fraccionamiento, unidad habitacional |
|---|---|
| Almoloya de Juárez | Villa de Almoloya de Juárez, Conjunto Suteym, San José Amealco, Barrio San Pedro La Con- cepción, La Cabecera, San Mateo Tlalchichilpan, Santiaguito Tlalcilalcalli, San Miguel Almolo- yan, San Lorenzo Cuauhtenco, El Plan, Ex Hacienda Mextepec, Mayorazgo de León, Loma del Salitre, Ejido La Gavia, Los Carbajales 1a Sección, San Francisco Tlalcilalcalpan, San Isidro El Reservado, San Nicolás Amealco, Ejido El Estanco. |
| Calimaya | Zaragoza de Guadalupe. |
| Lerma | San Nicolás Peralta, Álvaro Obregón, Santa María Atarasquillo, Salazar, Cañada de Alférez, Agrícola Analco, San Agustín Huitzitzilapan, Guadalupe Victoria, San Francisco Xochicuautla. |
| Ocoyoacac | San Pedro Atlapulco. |
| Otzolotepec | Villa Cuauhtémoc, La Concepción de Hidalgo, La Única, Santa Ana Mayorazgo, La Purísima, Santa Ana Jilotzingo, Santa María Tetitla, San Mateo Mozoquilpan, San Agustín Mimbres, San Isidro Las Trojes. |
| Temoaya | Temoaya, San Pedro Abajo, San Lorenzo Oyamel, Molino de Abajo, San Diego Alcalá. |
| Tenango del Valle | San Miguel Balderas. |
| Toluca | Tres Caminos, San Miguel Apinahuizco, Unión, La Teresona, San Luis Obispo, Niños Hé- roes, Parque de San Mateo, Rincón del Parque, San Mateo Oxtotitlán, Los Rosales, Villas San Buenaventura, Jicaltepec Autopan, Santa Julia, Santiago Tlacotepec, San Juan Tilapa, Cristo Rey, Loma Bonita, Barrio El Calvario, Tollocan, Capultitlán, La Palma, Cacalomacán, Sixto Noguez, Ex Hacienda de Abajo, La Joya, San Antonio Buenavista, Tecaxic, Los Cipreses, San Martin Toltepec, San Marcos Yachihuacaltepec, El Cajón, Santa Cruz Azcapotzaltongo, Tla- chaloya 1a y 2da Sección, Balbuena, San José Buenavista El Chico, San Cayetano Morelos. |
| Xonacatlán | Xonacatlán de Vicencio, Emiliano Zapata, San Antonio La Fe, Santa María Zolotepec, La So- ledad. |
| Zinacantepec | San Miguel Zinacantepec, Vista Nevado Plus, San Miguel, Del Calvario, La Esperanza, San Lorenzo Cuauhtenco, San Luis Mextepec, Valle del Zamarrero, Vista Hermosa, Nueva Se- rratón, De La Veracruz, Deportiva, San Matías Transfiguración, Santa María, San Cristóbal Tecolit, El Coporo, San Bartolo El Viejo, San Bartolo El Llano, Loma De San Francisco, de México, La Huerta, Morelos, San Juan de Las Huertas, Santa Cruz Cuauhtenco, Dos de Marzo, Benito Juárez, Ex Hacienda Jalpa, Independencia, Tejalpa, San Antonio Acahualco, San Pedro Tejalpa, Cañada Grande. |
Fuente: elaboración propia.
Por su parte, en los municipios centrales (Almoloya de Juárez, Metepec, Toluca y Zinacantepec) que concentran 70 % de la población de la ZMT, se devela una tendencia de incremento de precipitación. Nuestra hipótesis es que esta situación se relaciona con la formación de islas de calor y el aumento de partículas contaminantes en esta área, que es la más poblada y activa de la zona metropolitana. La concentración e incremento de precipitación anual acumulada derivan de anomalías térmicas inducidas por la isla de calor urbana con presencia de zonas convectivas que crean un campo de baja presión, lo que provoca flujos de la periferia al centro del espacio urbano, cuya tendencia se caracteriza por la forma de precipitación: menor frecuencia y mayor magnitud. Esto es consistente con lo que han encontrado autores como Morales et al., 2007; Pérez et al., 2010; Romero Dávila et al., 2011.
¿Qué podemos deducir de los resultados para el futuro de la ZMT?
Explicar las notables variaciones en la temperatura y precipitación en la ZMT rebasa los límites de este trabajo. Sin embargo, a partir de la teoría presentada en las primeras secciones de este texto, es posible identificar algunos fenómenos que integrarían explicaciones probables. Estarían sujetos a comprobación empírica, por lo que podrían integrar una agenda de investigación. La explicación podría ser como sigue.
Primero, hacia 1970 el sistema lacustre de la ZMT bajó a su nivel crítico en un proceso histórico de desecación de las ciénagas de Lerma, con lo que disminuyó el nivel freático del acuífero, de sus humedales y de su vegetación natural (Albores, 1995). De manera paralela, la dinámica demográfica registró un acelerado crecimiento (la población de la ZMT se incrementó 420 % de 1960 a 2010) lo que implicó una redistribución espacial de la población (densidad de población). Por su parte, la mancha urbana pasó de 14.3 km2 en 1960 a 413.3 km2 en 2010 (la superficie urbana se multiplicó cerca de 29 veces). Esta expansión por competencia del espacio urbano-industrial tuvo un efecto transformador en los usos del suelo (agrícola y pecuario) y vegetación (forestal). El periodo 1970-1980 marca un impulso de ascenso al contexto urbano, con el establecimiento de corredores de tipo industrial (Toluca-Lerma), de servicios y de comercio, articulando de esta manera a los municipios que conforman la ZMT (Orozco y Sánchez, 2004).
Segundo, se deduce que las tendencias del microclima urbano en la ZMT son justamente resultado histórico de la combinación espaciotemporal de estos procesos y factores moduladores del clima. La transformación del territorio (superficie natural a urbana) incrementó la temperatura y por consiguiente estas alteraciones han conducido a que la ciudad sea más seca. Bajo la presión indiscutible de modelos económicos y actividades que emiten a la atmósfera cantidades significativas de calor y contaminantes, la recurrencia de condiciones climáticas extremas de riesgo y vulnerabilidad se eleva, a lo que se aúna la disminución de servicios ambientales de regulación.
Tercero, para el desarrollo futuro de las ciudades es necesario enfatizar la trascendencia estratégica que implica el comportamiento y variación del régimen termopluviométrico como indicador-nodo multiescalar (local-global) implicado tanto en el enorme desafío de mitigación y adaptación climática, como en el dinamismo y transformación de los contextos ambiental, económico y social. Sin embargo, ¿cómo podemos dimensionar estos cambios? Si la imagen objetivo de la ONU es de 2.0 °C y la imagen deseable es de 1.5 °C,12 la ZMT que se analiza en este trabajo ha tenido en el periodo de cincuenta años que va de 1960-2009 un aumento de temperatura de 0.61°C, y un incremento pluviométrico de 92.10 mm por arriba del promedio anual, lo cual parece aceptable considerando que representan fluctuaciones atmosféricas de ajuste, variabilidad natural y deterioro ambiental estrechamente relacionadas con la presencia de las islas de calor y de precipitación.
¿Pero cuál sería el escenario futuro? Veamos. Si suponemos un incremento en las tasas anuales (0.01 °C de calentamiento y 2.0 mm de precipitación) debido al crecimiento acelerado de la ZMT, se prevé un escenario para las próximas décadas de mayor deterioro ambiental con implicaciones de amenaza a la seguridad y justicia (hídrica y social), riesgo climático y vulnerabilidad para el bienestar de los habitantes de la ZMT, advirtiendo la incidencia de conflictos ambientales, económicos y sociales, que pudieran agravarse aún más si el umbral señalado se supera. Por tanto, el punto estratégico de sostenibilidad obedece a dar seguimiento a la asimetría y acercarse a un difícil equilibrio en una ciudad que no está preparada para mantener los incrementos bajo control, con manejo precautorio y reducción de impactos (tendencias espaciotemporales).
Finalmente, la tendencia, intensidad y el ritmo acelerado de variación en las condiciones meteorológicas en espacios urbanos implican respuestas anticipadas, proactivas y de largo aliento en materia de prevención, mitigación y adaptación. La participación de los habitantes de la ZMT es clave, especialmente ante fenómenos excepcionales de alto impacto (régimen estacional) no registrados o experimentados en el pasado.13 Por tal motivo se destaca el papel futuro que representa la ZMT como agente modificador mesomicroclimático bajo los indicadores siguientes.
La presión por demanda de bienes y energía de los 2.2 millones de habitantes es creciente y representan el 14 % del total estatal; cifra similar al total de habitantes del estado de Tabasco (Conapo, 2018). La cercanía de la ZMT a la Ciudad de México la hace un polo de atracción de población y actividades. Esta situación, mas la futura puesta en operación del Tren Interurbano México-Toluca (en 2018) sugiere que lo más probable es que la ZMT continúe creciendo en términos poblacionales y económicos.
La emisión de gases contaminantes, sólo de los cerca de 800 mil vehículos automotores de la ZMT (INEGI, 2016) es brutal. Esta cantidad de vehículos representa 13 % del total estatal y es superior al total de vehículos registrados en el estado de Yucatán, por ejemplo. La falta de un programa serio de transporte colectivo metropolitano hace que la ZMT tenga una de las proporciones más altas del país de vehículos automotores por cada 100 mil habitantes. La conclusión es sencilla: la emisión de gases contaminantes seguirá incrementándose en la ZMT.
La emisión de gases contaminantes derivados del desarrollo económico e industrial, conformado por 9 284 industrias manufactureras (17 % del total estatal, y cifra mayor que el total del estado de Baja California, por ejemplo), y 47 576 comercios (15 % del total estatal, y cifra mayor que el total del estado de Coahuila) (INEGI, 2017), terminan por explicar que la ZMT sea la segunda ciudad más contaminada de México (por debajo de Monterrey, pero por encima de la Ciudad de México).14 Los valores PM2.5 de la ZMT son similares a los reportados por ciudades conocidas por sus altos niveles de contaminación como Sarajevo (Bosnia y Herzegovina), Shenzhen y Kunming (China), Patiala (India), Teherán (Irán) o Dakar (Senegal), entre otras (OMS, 2016).
El crecimiento poblacional y económico a densidades constantes de la ZMT implica acelerados cambios y deterioro ambiental, especialmente en la periferia: urbanización de zonas agrícolas, reducción de cubierta forestal y humedales, pero también en municipios como Metepec y Zinacantepec, en los que numerosos predios y ejidos dedicados a la agricultura están entrando al mercado inmobiliario. Esto producirá impactos con la exponenciación del riesgo y vulnerabilidad.
Dada la composición de materiales impermeables en la ZMT, aunado al incremento de precipitación -por presencia de eventos extraordinarios-, se anticipa que aumente la vulnerabilidad e impacto de riesgo climático, ya que la evolución de la ciudad favorecerá el escurrimiento superficial y la saturación de las redes de drenaje (que se encuentran en el límite de la obsolescencia). La situación negativa de recarga de agua por infiltración al acuífero de Toluca agravará aún más el problema de seguridad hídrica de la región (Vilchis-Mata et al., 2018b).
La ZMT ya presenta un déficit de áreas verdes. Si esta variable no es considerada con seriedad en la planeación del crecimiento de la ZMT se comprometerán los aportes de servicios ambientales necesarios que ofrecen las áreas verdes a futuro como factor de regulación del clima urbano, los ecosistemas circundantes y su biodiversidad.
Conclusiones y aportaciones
Los territorios complejos y diferenciados representados por las ciudades son una pieza clave y destacan como un componente más del sistema climático. Tienen la capacidad de alterarlo tanto a escala microrregional, como a escala global, e igualmente crean condiciones y sufren las consecuencias. Los incrementos-decrementos termopluviométricos generados por las ciudades representan un importante factor de riesgo y colocan en situación de incertidumbre los límites de seguridad a escala global. Es justo en ese nicho donde con este trabajo perfilamos fortalecer la capacidad de anticipación y adaptación/mitigación ante escenarios futuros, destacando sobre otros trabajos similares el análisis y correlación de la influencia preponderante de la multifuncionalidad de las ciudades como fuentes y agentes antrópicos modificadores del sistema mesomicroclimático, ante el reto nada sencillo de mantener estable la tasa promedio de incremento anual e impactos de la temperatura y la precipitación, no limitados únicamente al contorno geográfico en la zona metropolitana de Toluca, ofreciendo una gran oportunidad de empoderamiento y fomento de capacidades de vinculación urbana en las tres dimensiones claves del desarrollo sostenible: la ambiental, la económica y la social.
Si bien es cierto que la consideración de variables termopluviométricas por sí mismas no bastan para comprender y revertir tendencias de su incremento, es necesario relacionarlas con indicadores de integración de acciones-soluciones en materia de sostenibilidad, que permitan frenar el deterioro y un posible colapso del sistema urbano en su conjunto. Por tanto, es imprescindible actuar y no esperar a que por omisión los escenarios proyectados se presenten, pues constituyen un punto sin retorno. Las opciones existen y radican en la importancia de implementar soluciones exitosas a nivel regional bajo los objetivos de desarrollo sostenible (ODS), la nueva agenda urbana y los acuerdos de la COP 23.
Un componente clave para el empoderamiento sostenible es la planeación adaptativa a mediano y largo plazo, con la participación y conciliación de intereses implicados en las esferas gubernamental y social (individual y colectiva). Dicho empoderamiento representa un mecanismo a través del cual se pueden dirigir y alcanzar objetivos, en la toma de decisiones estratégicas de efectos y consecuencias futuras, bajo procesos congruentes multifacéticos y multidimensionales capaces de propiciar la creación y fortalecimiento de patrones de desarrollo sostenible (interacciones mutuas y dinámicas entre lo ambiental, económico y social), para adaptarse, revertir y hacer frente al deterioro ambiental y riesgo climático de manera transparente e inclusiva (Singh y Titi, 1995).
Se debe reconocer que la zona metropolitana de Toluca se encuentra en un contexto de opciones reducidas (ambiental-económico-social) e inmersa en problemas a escala de megaciudades o megalópolis. Dos temas resultan estratégicos: 1. Disminuir la modificación mesomicroclimática, y 2. Planear la redefinición del clima regional. Máxime, si consideramos en ambas tareas que el cambio ambiental global es un problema social, cuya presión, ritmos y mecanismos de control-monitoreo y mitigación-adaptación, requieren una aproximación multiescalar en tiempo y espacio.
