Artículo Original Recibido 19|09|05 - Aceptado 11|05|06
Resumen
Docentes de la Cátedra de Climatología Agrícola Facultad de Ciencias Agrarias. UNR
C.C. Nº 14 (S2125ZAA) Zavalla Santa Fe - Argentina E-mail: acoronel@unr.edu.ar
La disponibilidad de agua es indispensable para el crecimiento y desarrollo de los cultivos. En la zona de estudio, situada en el sur santafesino, la producción de cultivos extensivos se realiza bajo condiciones de secano, de manera que el déficit o exceso de precipitación es un factor limitante en la producción de granos y forrajes. En este trabajo se detectaron eventos secos y húmedos que afectaron la región durante el período 1973-2002 a través del Indice de Precipitación Estandarizado (IPE) a escala trimestral, que permitió realizar un diagnóstico de estos eventos en cuanto a su duración, intensidad, época de ocurrencia y anomalías de temperatura. Se encontraron 15 eventos secos y 13 húmedos. Finalmente se analiza la existencia de posibles relaciones entre las anomalías de precipitación de la región de estudio con las anomalías de temperatura superficial del Océano Pacífico que están relacionadas con la ocurrencia del fenómeno El Niño – Oscilación Sur. Los trimestres que acusaron correlaciones significativas fueron septiembre - octubre - noviembre y octubre - noviembre - diciembre
Palabras claves:
precipitaciones, anomalías, “El Niño”
CLIMATOLOGÍA DE EVENTOS SECOS Y
HÚMEDOS EN EL SUR SANTAFESINO
Summary
Water availability is essential for crop growth and development. ln the area under study, located in the south of Santa Fe province, extensive crop production is made under dry land conditions so that the deficit or excess of precipitation is a limiting factor in grain and forage production. In this work, dry and wet events that affected the region during the period 1973-2002 were detected through the Standardized precipitation Index (SPI) on a quarterly scale. This allowed us to rnake a diagnosis of these events concerning their duration, intensity, time of occurrence and temperature anomalies. There were 15 dry events and 13 humid ones. Finally, the relationships between potential anomalies in the rainfall regime of the region under study and the anomalies in the surface temperatures of the Pacific Ocean were also analyzed. The latter are related to the occurrence of the “El Niño -Southern Oscillation” phenomenon. The september - october - november and october - november - december quarterlies showed significant correlations.
Key words:
Rainfall, anomalies, "El Niño”
Introducción
La producción agropecuaria depende fun-damentalmente del conjunto de elementos y factores climáticos predominantes en cada región y de la variabilidad de los mismos. En particular, en el sur de la provincia de Santa Fe, región ubicada dentro de la Pampa Húmeda, la precipitación se destaca como factor limitante en la producción de granos y forrajes, ya que en esta zona la producción agrícola se realiza principalmente bajo condiciones de secano.
La localidad de Zavalla presenta precipita-ciones anuales que varían entre 678 mm. y 1338 mm., con un régimen pluviométrico semi-monzónico cuya secuencia de mayor a menor lluvia es verano-primavera-otoño-invierno. Se observa además una gran variabilidad interanual en todas las estaciones del año, principalmente en invierno (Sacchi et al, 2002).
La variabilidad interanual de las precipi-taciones estaría ocasionada por la presencia frecuente de eventos secos o sequías y eventos húmedos que en algunas ocasiones producen graves inundaciones. Asimismo las consecuencias de estos eventos se mani-fiestan en forma contundente tanto en sus costos económicos como sociales, y de alguna manera en un cambio del medio ambiente.
En general se han desarrollado índices para detectar la aparición de sequías más que de eventos húmedos extremos, entre ellos podemos citar Indice de Palmer (Palmer, 1965), distribución de deciles (Gibbs y Maher,
1967), Indice de Precipitación Estandarizado (McKee et al, 1993), entre otros.
Estos índices permiten detectar el inicio, fin, intensidad, duración, frecuencia de los eventos extremos en distintas regiones del país y del mundo (Balling Jr., 1996; Ravelo, 2000; Seiler y Bressan, 2000; Quiring y Papakryiakou, 2003; Coronel et al, 2004).
Estos fenómenos locales y/o regionales de eventos hídricos extremos tienen una estre-cha relación con la circulación atmosférica, y especialmente con sus anomalías, en escala sinóptica y global. Malaka y Nuñez (1980) determinan las causas sinópticas que provocaron la sequía que afectó la Argentina en 1962; Coronel et al. (2004) describen las características de la circulación atmosférica en el país durante un evento seco acontecido en 1998 tomando como base el sur de la provincia de Santa Fe; Scian (2000) relaciona la variabilidad de la lluvia en la zona semiárida pampeana con algunos índices de cir-culación, entre ellos el Indice de Oscilación Sur. Penalba (1998) destaca que en la región de la Pampa Húmeda las precipitaciones muestran valores por encima de los normales en los eventos “El Niño” y precipitaciones por debajo de lo normal en los eventos “La Niña”.
El presente trabajo evalúa los eventos secos y húmedos en el sur de la provincia de Santa Fe, basándose en el Indice de Precipitación Estandarizado y analiza su relación con la ocurrencia de “El Fenómeno del Niño Oscilación Sur (ENOS)” y de “La Niña”.
Materiales y Métodos
Se toma como estación representativa del sur santafesino a la estación agrometeorológica de Zavalla (33º01´S, 60º53´O). La misma se encuentra ubicada en el Campo Experimental de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Rosario, formando parte de la red del Servicio Meteorológico Nacional y del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria y es representativa de una zona eminentemente agrícolo-ganadera.
Para llevar a cabo el trabajo se analizan las series de: precipitaciones mensuales,
temperaturas medias mensuales, ambas correspondientes a Zavalla y la serie trimestral del Oceanic Niño Index (ONI) (NOAA, 2005), correspondientes al período 1973-2002.
Se utiliza el Indice de Precipitación Estandarizado (IPE) como indicador de la intensidad del déficit o exceso de precipitación y su cálculo se basa en la normalización y estandarización de una serie de precipitaciones histórica para distintas escalas de tiempo. La escala temporal elegida en este trabajo es de tres meses, ya que se considera que un déficit o exceso de Climatología de eventos secos y húmedos en el sur santafesino
agropecuaria. El registro de precipitaciones acumuladas en tres meses es ajustado a una distribución de probabilidad Gamma incompleta y luego es transformada a una distribución normal estándar, de este modo IPE negativo indica déficit e IPE positivo exceso.
La serie de IPE para la escala de 3 meses se identifica como IPE3 y se considera que el valor de IPE3 para el mes k representa lo acontecido en cuanto a la precipitación durante el período comprendido por el mes k y los dos meses previos al mismo (k-2, k-1 y k). Los trimestres resultantes son: enero-febrero-marzo (3 ó EFM), febrero-enero-febrero-marzo-abril (4 ó FMA), marzo-mayo (5 ó MAM), abril-mayo-junio (6 ó AMJ), abril-mayo-junio-julio (7 ó MJJ), junio-agosto (8 ó JJA), julio-septiembre (9 ó JAS), agosto-octubre (10 ó ASO), septiembre-noviembre (11 ó SON), octubre-diciembre (12 ó OND), noviembre-diciembre-enero (1 ó NDE) y noviembre- diciembre-enero-febrero (2 ó DEF).
De acuerdo al valor alcanzado por el IPE, McKee (1993) determina las intensidades de los déficit y excesos de precipitación. En la tabla 1 se pueden observar las categorías propuestas por el mencionado autor, utilizadas en este trabajo.
Debido a que evento seco o comunmente conocido como “sequía” y evento húmedo en ocasiones asociado a “inundación” son conceptos muy amplios, se toma el siguiente criterio para definir a estas variables, en el cual se encuentra implícito que el exceso o deficiencia de agua ha sido suficiente como para ocasionar un daño económico: Evento
lo menos un IPE3 alcanza un valor de -1.5 o menos (1.5 o más).
A partir de la serie de IPE3 se calculan las frecuencias porcentuales correspondientes a las distintas categorías de intensidades del índice definidas en la tabla 1.
Luego se calculan las frecuencias absolutas de las categorías extremas y severas para cada uno de los trimestres analizados. A fin de determinar si existe independencia entre los trimestres y las intensidades del IPE3 o si por el contrario se destaca alguna configuración especial, se aplica el test de "chi cuadrado” (Panofsky and Brier, 1958) con un =0.05.
De acuerdo a la definición de evento seco (húmedo) considerada en este trabajo se detectan todos los eventos ocurridos en el período analizado, y se determinan su duración y época de ocurrencia.
A fin de establecer las condiciones térmicas reinantes durante estos eventos se analizan las anomalías trimestrales de temperatura. Para ello se define como anomalía de temperatura del mes k de un año determinado a la diferencia entre el valor de temperatura del mes k de dicho año con el valor de temperatura promedio del mes k para todo el período de análisis. Luego, para cada trimestre del evento se calculan las anomalías trimestrales de temperatura como el promedio de las anomalías mensuales corres-pondientes a los meses que integran el trimestre.
El ONI es un índice para determinar la ocurrencia del Fenómeno de “El Niño Oscilación Sur”, que es actualmente utilizado por el Centro de Predicción del Clima de NOAA, y define operacionalmente el fenómeno ¨El Niño¨ cuando el promedio de tres meses de las anomalías de las temperaturas superficiales del Océano Pacífico (ATSM) en la región NIÑO 3.4 es mayor o igual a +0.5°C. En forma inversa define al fenómeno “La Niña” cuando el promedio de tres meses de ATSM es menor o igual a 0.5ºC, y en el resto de los casos se determina como un evento Neutro. Como el ONI corresponde a un promedio de tres meses se define al ONI del mes k como el valor m e d i o d e l a s a n o m a l í a s d e AT S M correspondientes al mes k y a los dos meses previos al mismo (k-2, k-1, k).
IPE CATEGORIAS
-2.0 o menos Extremadamente seco
-1.5 a -1.99 Severamente seco
-1.0 a -1.49 Moderadamente seco
-0.99 a 0.99 Normal
1.0 a 1.49 Moderadamente húmedo
1.5 a 1.99 Severamente húmedo
Con la finalidad de detectar si los cambios ocurridos en la circulación de gran escala sobre el Océano Pacífico están relacionados estadísticamente con déficits y excesos de precipitación en Zavalla representados a través del IPE3, se calculan los coeficientes de correlación entre los IPE3 y los ONI mediante las fórmulas estándar de correlaciones (Jenkins y Watts, 1968). Un coeficiente de correlación positivo (negativo) indica una relación lineal positiva (negativa) entre las variables consideradas, es decir, un ONI positivo estaría asociado con excesos de lluvia y un ONI negativo con déficit de lluvia.
Para llevar a cabo este proceso estadístico se
separa a la serie total de IPE3 en 12 series correspondientes a cada uno de los trimestres analizados, obteniendo de este modo las series IPE3i (i = 1, 12). El mismo procedimiento se aplica a la serie de ONI, resultando las series ONIj (j = 1, 12). Luego se realizan las correlaciones cruzadas entre cada serie de IPE3i con cada una de las series ONIj, tomando como coeficiente de correlación correspondiente al lag 0 (r(0)) si j es menor o igual a i, y al lag 1 (r(1)) si j es mayor que i. Si estas correlaciones resultan estadísticamente significativas las condiciones reinantes en el Océano Pacífico en trimestres previos son un posible predictor de los excesos y déficit de precipitación en Zavalla.
Climatología de eventos secos y húmedos en el sur santafesino
CORONEL Alejandra y SACCHI Oscar
Resultados y Discusión
En la figura 1 se observa que en la localidad de Zavalla las intensidades de IPE3 dentro de las categorías severa y extremadamente secas representan el 10% del total de la serie, mientras que en el otro extremo las categorías severa y extremadamente húmedas ocurren en un 7% de los casos.
Si sólo se tienen en cuenta las categorías severa y extremadamente secas, en la tabla 2 se observa que en los trimestres FMA, AMJ,
JJA y ASO las intensidades de los IPE3 correspondieron en su totalidad a la segunda categoría. Los otros trimestres presentaron ambas intensidades en proporción variable. En cuanto a las categorías húmedas se observan sólo 2 casos extremadamente húmedos en todo el período de análisis que ocurrieron en los trimestres JAS y SON. En c a m b i o s e p r o d u j e r o n 2 2 c a s o s extremadamente secos a lo largo de todos los trimestres sin excepción. En general en todos
Figura 1: Frecuencias porcentuales de cada categoría de IPE3 para todos los trimestres del período 1973-2002.
EFM FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDE DEF
Sev.seco 1 0 1 0 2 0 2 0 2 1 3 1
Ext.seco 2 2 3 3 1 2 2 2 1 2 1 1
Sev.húmedo 1 1 1 1 2 2 1 2 1 2 2 3
Ext.húmedo 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0
extremadamente secas que severa y extremadamente húmedas.
Al aplicar el test “chi cuadrado” con un nivel de significancia del 5% para determinar si la tabla de contingencia analizada (tabla 2) presenta i n d e p e n d e n c i a e n t r e l a s v a r i a b l e s i n v o l u c r a d a s , s e d e t e r m i n a q u e e l comportamiento es totalmente aleatorio, de manera que se infiere una variabilidad intertrimestral significativa en la aparición de intensidades severas y extremas de déficit y excesos de lluvia.
A pesar que estadísticamente no se observe una configuración especial a lo largo de los trimestres en cuanto a la ocurrencia de intensidades extremas de IPE, es significativo destacar la importancia de casos severa y extremadamente secos en verano, otoño y primavera que son las épocas de mayor precipitación en la zona. Estas situaciones podrían ocasionar pérdidas importantes en la economía regional, de aquí la importancia de su predicción con suficiente antelación para que los productores de la zona tomen los recaudos necesarios para la implementación de riego en caso de cultivos intensivos.
Del mismo modo los excesos de precipitación severos y extremos detectados en el período
contenido de humedad que podría favorecer la aparición de hongos, o por la posible d i s m i n u c i ó n d e l f o t o p e r í o d o y d e l termoperíodo.
De acuerdo a la definición de evento seco o húmedo enunciada en este trabajo se determinó que en Zavalla se produjeron 15 eventos secos y 13 eventos húmedos durante el período analizado (tabla 3). Si observamos el trimestre en que comienzan dichos eventos se detecta que en ningún caso los eventos secos comienzan durante los trimestres de NDE, DEF, EFM y MJJ, los tres primeros trimestres corresponden a la época del año con mayores precipitaciones. Los eventos húmedos no comienzan en los trimestres MJJ, JAS y NDE, los dos primeros trimestres corresponden al período del año con menores lluvias.
La duración en cantidad de trimestres que c o m i e n z a n e n m e s e s c o n s e c u t i v o s (trimestres definidos como se explicó en el cálculo de IPE3) varía entre 2 (abarcando 4 meses) y 18 (abarcando 20 meses) para los eventos secos y entre 3 (abarcando 5 meses) y 12 (abarcando 14 meses) para los húmedos (Figura 2). La duración con mayor frecuencia es 10 y 5 trimestres para los eventos secos y húmedos respectivamente.
Secos Húmedos
ATSM Comienzo Fin ATSM Comienzo Fin
* JAS-73 AMJ-74 & EFM-73 JJA-73
* ASO-74 MAM-75 ** OND-76 FMA-77
* SON-75 NDE-75 & MJJ-77 EFM-78
*** MAM-77 AMJ-77 *** MJJ-78 NDE-78
*** FMA-78 AMJ-78 & DEF-83 FMA-83
*** JJA-81 OND-81 *** MJJ-85 AMJ-86
** OND-82 JAS-83 *** ASO-90 DEF-90
*** MAM-84 JJA-84 & AMJ-92 JAS-92
* OND-84 AMJ-85 *** FMA-94 MJJ-94
* AMJ-88 AMJ-89 ** SON-97 EFM-98
** JJA-94 OND-94 & FMA-00 NDE-00
& FMA-95 NDE-95 *** JJA-01 OND-01
*** MAM-96 ASO-97 ** JJA-02 NDE-02
& FMA-98 EFM-99
* JAS-99 EFM-00
En general los eventos comienzan en el primer trimestre con intensidades que no llegan a definirse como severas o extremas, sino que las mismas van creciendo a medida que evoluciona el evento. De este modo se observa en la figura 3 que deben transcurrir entre 1 y 8 trimestres y entre 1 y 7 trimestres para que ocurra la máxima intensidad del evento seco y húmedo respectivamente. La máxima intensidad se presenta al cabo de 2 trimestre para los eventos secos y de 3 trimestres para los húmedos, o sea estos últimos necesitan más tiempo para definir su máxima intensidad.
A partir de la figura 4 se observa que las anomalías de temperatura media corres-pondientes a los eventos secos y a los eventos húmedos toman valores tanto positivos como negativos y estadísticamente la distribución de frecuencias de la mismas no difiere en forma significativa de una distribución normal
al aplicar el test de chi cuadrado de bondad de ajuste con un nivel de significancia del 5%. Dichas anomalías varían entre -2,5ºC y 2ºC para los eventos secos, y para los eventos húmedos toman valores entre -1,5ºC y 1,5ºC. Esta diferencia en el rango de las anomalías entre los eventos podría deberse a la mayor nubosidad asociada a los eventos húmedos, que generaría un balance radiativo tal que las temperaturas varían en menor proporción que en días despejados.
De los resultados encontrados se infiere que si bien la cantidad de eventos secos y húmedos no difiere en gran cantidad, solo en 2 casos a favor de los primeros, la diferencia fun-damental radica en que los eventos asociados a déficit de precipitación tienen una mayor duración y presentan mayor intensidad que los asociados a excesos de lluvia.
Climatología de eventos secos y húmedos en el sur santafesino
CORONEL Alejandra y SACCHI Oscar
Figura 2: Frecuencias absolutas de la duración de cada evento expresada en número de trimestres.
A nivel regional el análisis de las pre-cipitaciones ocurridas en la región pampeana indica un continuo aumento de las mismas que se ve reflejado en el desplazamiento de las isohietas hacia el oeste (Hoffman et al, 1987 y Castañeda y Barros, 1994). Sin embargo esto no se observa en la serie de precipitaciones anuales de Zavalla durante el período 1973-2000 (Sacchi et al, 2002). Esto podría justificarse en la mayor duración e intensidad de los eventos secos en Zavalla respecto de los eventos húmedos. Pero sí se destaca la ocurrencia sostenida de eventos húmedos en los últimos tres años de análisis (tabla 3). Esta consecutividad de tres eventos húmedos no se presentó en ningún otro período, ni tampoco para los eventos secos, ya que como máximo se observan hasta dos eventos similares consecutivos.
A continuación se relacionan la ocurrencia de déficit y excesos de precipitación en esta
región de estudio con lo que acontece en la circulación atmosférica en una escala global, específicamente relacionada con los fenómenos “El Niño” y “La Niña”.
Teniendo en cuenta la clasificación realizada por NOAA de las condiciones existentes en el Océano Pacífico en los distintos trimestres analizados (NOAA, 2005), se observó que 6 eventos secos coinciden con La Niña, 5 con neutralidad, 2 con El Niño y por últimos 2 eventos con combinaciones de fenómenos (tabla 3). En el caso de eventos húmedos, 5 casos corresponden a condiciones de neutralidad, 3 a El Niño y 5 a condiciones combinadas (tabla 3).
Climatología de eventos secos y húmedos en el sur santafesino
CORONEL Alejandra y SACCHI Oscar
Figura 6: Coeficientes de correlación para el lag 0 entre: IPE3 del trimestre SON y ONI correspondiente a los trimestres EFM a SON. La línea vertical en 0,36 corresponde al límite de significancia del 5%, a partir del cual las correlaciones son significativas estadísticamente.
significancia del 5% se determina que existe independencia entre los eventos secos y húmedos y las condiciones existentes en el Océano Pacífico, debido a que estos eventos extremos ocurren también con una alta frecuencia bajo condiciones de neutralidad.
El análisis estadístico de la relación entre las condiciones en el Océano Pacífico y los eventos secos y húmedos en Zavalla muestran que la mayor correlación se observa entre la anomalía de precipitación del trimestre OND, dada por el IPE3 OND, con el ONI del trimestre JJA, si bien las correlaciones ya son significativas desde el trimestre AMJ (figura 5). Otros valores significativos corresponden al IPE3 SON con los ONI de los trimestres JAS a SON (figura 6). El resto de los trimestres no presentan correlaciones estadísticamente significativas con las anomalías de la temperatura de la superficie del Océano Pacífico.
Estas correlaciones significativas indicarían que el ONI puede llegar a explicar entre un 14% y un 36% de la variabilidad de la precipitación trimestral de SON y OND, de la región de estudio. Este resultado no difiere en
mayor grado de lo encontrado por Scian (2000) en la región de la pampa semiárida, si bien la autora detecta además correlaciones significativas en invierno aunque de menor magnitud que en verano.
El porcentaje de varianza de los déficit y excesos de precipitación en Zavalla explicado por el ONI, muestra que la precipitación en la localidad analizada depende no sólo de los procesos de circulación en el Océano Pacífico sino de otros factores, que podrían ser los locales (influencia de espejos de agua, vegetación, etc.) o de la circulación proveniente del Anticiclón Subtropical del Atlántico que es la principal fuente de humedad de la zona. Sin embargo resulta muy importante la relación lineal encontrada para el comienzo de la estación estival a fin de realizar un pronóstico climático de la precipitación en la localidad analizada.
Además si se conocen con antelación los ONI puede estimarse la condición de las anomalías de lluvia de primavera y comienzos del verano, ya que los IPE3 de SON y OND presentan correlaciones significativas con ONI de trimestres anteriores (figura 5 y 6).
Conclusiones
El Indice de Precipitación Estandarizado permite identificar la intensidad del déficit o del exceso de precipitación en escala trimestral en la localidad de Zavalla. A través de su estudio se han detectado 15 eventos secos y 13 húmedos durante el período 1973-2002, los que pueden ocurrir en cualquier época del año. La duración y la intensidad
alcanzada por los eventos secos son en promedio mayor que la de los eventos húmedos, definiendo el comportamiento de la precipitación en la localidad en el período analizado.
nubosidad asociada a estos últimos.
Se ha detectado una relación lineal importante entre las anomalías de lluvia en Zavalla, en primavera y comienzo del verano, y la circulación del Océano Pacífico, caracterizada a través del ONI, llegando a explicar en algunos casos hasta un 36% de la variabilidad total de las precipitaciones. A su vez la ocurrencia de déficit y excesos de precipitación durante los trimestres SON y OND podrían anticiparse con los valores del
Los eventos secos y húmedos en Zavalla pueden ocurrir tanto en situaciones de “El Niño”, “La Niña” o “Neutralidad”. En términos generales se pronostica para toda la región pampeana excesos de precipitación ante la ocurrencia de “El Niño” y déficit ante “La Niña”, de manera que a partir de los resultados encontrados se infiere la necesidad de analizar a nivel local las relaciones existentes entre la precipitación y las anomalías atmosféricas de gran escala.
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