EFECTO CLIMÁTICO DE LOS FENÓMENOS EL NIÑO Y LA NIÑA EN LA SABANA DE BOGOTÁ

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1 Meteorología Colombiana N" 10 pp Marzo 2006 Bogotá, O.e. ISSN: EFECTO CLIMÁTICO DE LOS FENÓMENOS EL NIÑO Y LA NIÑA EN LA SABANA DE BOGOTÁ CLlMATE EFFECT OF THE EL NIÑO AND LA NIÑA PHENOIVIENA ON THE SABANA DE BOGOTA 1. D. PARÓN Profesor Asociado Departamento de Geografía, Universidad Nacional de Colombia jdpabonc@unal.edu.co G. A. TORRES Programa de Posgrado en Meteorología, Departamento de Geociencias, Universidad Nacional de Colombia gatorress@gmail.com Pabón, J. D. &G. A. Torres. 2006: Efecto climático de los fenómenos El Niño y La Niña en la Sabana de Bogotá. Meteorol. Colomb. 10: ISSN Bogotá, D. C. - Colombia. RESUMEN Se conoce ampliamente que la variabilidad climática en sus fases extremas impacta en diversas formas diferentes regiones. En la escala interanualla señal más notoria es la asociada al ciclo ENOS, de la cual hay evidencias en muchas regiones del planeta. Algunos trabajos realizados para Colombia han demostrado el efecto climático del ciclo ENOS en diferentes regiones del país; no obstante, no se han realizado análisis específicos en determinadas regiones, como la Sabana de Bogotá en donde los impactos de esta variabilidad podrían ser importantes dada la gran actividad socioeconómica que se desarrolla en esta región. En consideración de lo anterior, se realizó el estudio de la variabilidad climática de la Sabana de Bogotá, tomando como base las anomalías de temperatura superficial del mar (TSM) en las zonas EN 1+2,3,4 Y 3 Y 4 del Pacífico tropical; de temperatura media mensual del aire (TMMA) y de precipitación mensual. Con base en el análisis de correlación, se estableció la asociación con El Niño y La Niña con las oscilaciones interanuales en la temperatura del aire y la precipitación en la sabana. Como resultado, fue posible establecer una relación inversa entre los índices de anomalías de TSM y la precipitación: condiciones cálidas (anomalías positivas de TSM) inducen reducción de la precipitación en la Sabana de Bogotá, y viceversa. En el caso de la relación de las anomalías de TSM y la TMMA se observó una correspondencia directa, es decir, a ascenso de la TSM en el Pacífico tropical corresponden ascensos en la TMMA de la Sabana de Bogotá. Palabras clave: El Niño, La Niña, series de tiempo, ondas intraestacionales, oscilaciones Madden-Julian. ABSTRAeT As is broadly known, the extreme phases of climate variability impact in several ways different regions. At interannual scales the most important signal is that associated to the ENSO cycle, on which there are several evidences for many regions in the world. Sorne

2 researches carried out for Colombia showed the climatic effect of ENSO in different regions of the country; however, there are no detailed studies for specific regions as the Sabana de Bogotá, where the impacts of this variability could be important because of the great socioeconomic activity developed ín thís regíon. With the previous considerations in mind, a study of climate variability over the Sabana de Bogotá was carried out, based on analysis of sea surface temperature (SSn anomalies in ENl +2, EN3 and EN4 sectors of tropical Pacific and its correlation with regional temperature and precipitation indexes. The results showed an inverse correlation between SST and monthly precipitation indexes, which means that to SST increases corresponds a reduction in regional precipitatíon.ln the case of monthly air temperature, de correlation is directo Key words: El Niño, La Niña, time series, intraseasonal waves, Madden and Julian oscillations. 1. INTRODUCCiÓN La variabilidad climática propia del sistema Tierra, en su escala interanual, presenta alteraciones extremas asociadas a dos fenómenos que recurrentemente aparecen en el Pacífico: El Niño y La Niña. Las fluctuaciones climáticas generadas por estos fenómenos, que se resumen con el término "ciclo ENOS" (El Niño-Oscilación del Sur, que generalmente incluye tanto la fase fría, La Niña, como la cálida, El Niño), inducen alteraciones temporales de las condiciones climatológicas de diferentes regiones del planeta, las cuales generan impactos de diversa índole. Varios autores (Wyrtki, 1975, 1982; Rasmusson and Carpentier, 1982; Enfield, 1989 y Philander, 1990, entre otros) han mostrado las evidencias de estos fenómenos; otros (Rasmusson and Carpentier, 1982; Rasmusson, 1985 y Ropelewski and Halpert, 1987) han demostrado que estos fenómenos causan alteraciones temporales de las condiciones climatológicas de diferentes regiones del planeta, las cuales, a su vez, generan impactos socioeconómicos de diversa índole en los países del mundo (Glantz, 1996; Arntzy Fahrbach, 1996). tanto socioeconómicos como ambientales (Idea m, 1997; Idea m, 1998; Cepal, 1999; CAF, 2000; Ideam y Dirección Nacional de Prevención de Desastres, 2002). Este conocimiento ha sido la base para disponer del escenario general que se desarrolla en tales eventos, lo que ha servido de herramienta para anticiparse a los impactos en los dos últimos eventos El Niño ( y ) Y La Niña ( ). La Sabana de Bogotá es una de las regiones del territorio colombiano donde el efecto climático del ciclo ENOS podría tener un impacto considerable debido a la concentración de la población y de sus actividades socioeconómicas en esta región del país. Tomando en cuenta esta situación, se consideró importante realizar un estudio detallado del efecto de los fenómenos El Niño y La Niña en la Sabana de Bogotá, a través del análisis de las series históricas de temperatura media mensual del aire y de acumulados mensuales de precipitación. 2. DESCRIPCiÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO Colombia, al estar situada en la cuenca del Pacífico, es una de las zonas donde tales fenómenos tienen un efecto (directo en la costa y a través de alteraciones en el clima de todo su territorio); por esta-razón, esos fenómenos traen a este país un impacto socioeconómico y ambiental considerable. Dada la importancia del tema, sobre las manifestaciones e impactos de los fenómenos El Niño y La Niña en Colombia se han realizado diversos estudios (Pabón, 1990; Montealegre y Pabón, 1992; Pabón y Montealegre, 1992; Poveda y Mesa, 1996) y de los impactos La Sabana de Bogotá o cuenca alta del río Bogotá se encuentra en el centro del país a m.s.n.m. sobre la cordillera Oriental, aproximadamente entre los 4 30' y 4 50' de latitud norte y 74 Y 74 30' de longitud oeste. Limita al norte con la cuenca del río Suarez; al oeste con las cuencas de los ríos Minero, Negro y la cuenca media del río Bogotá; al sur con el río Sumapaz y al oriente con el río Blanco, Gachetá y Machetá (ver Figura 1). La cuenca alta del río Bogotá posee un área de ha, con un total de 5671 km 2 Tiene una longitud de 335 km.

3 _73 B Cabeceras municipales Cuerpos de agua Área de estudio Vías Rangos de elevación Ríos 1.20H.600 Estaciones climatológicas [==:J Escala 1: JO (,0 Kilómetros FIGURA 1. localización y características fisiográficas del área de estudio y distribqción de las estaciones climatológicas utilizadas en el estudio.

4 El clima en general es frío dada la altitud sobre el nivel del mar en la que se encuentra la región. La temperatura media oscila entre oc y tiene una amplitud reducida en el ciclo anual. En la cuenca alta hay áreas húmedas en las subcuencas de los ríos Teusacá, Fucha, Tunjuelo y el Bogotá medio; también se encuentran áreas semiáridas en la subcuenca del río Balsillas y de tipo árido en las cuencas de los ríos Frío, Chicú yel Balsillas. La precipitación es de tipo bimodal aunque con excepción de la zona del embalse del Sisga que es unimodal. La precipitación media oscila entre 600 mm/año al suroccidente y mm/año en el sector oriental. El río principal es el Bogotá y las corrientes que hacen los mayores aportes a este son: ríos Tunjuelo, Teusacá, y Balsillas-Subachoque, con caudales medios de 4 m 3 /seg. En cuanto a las aguas subterráneas, el área total de recarga sobre la cuenca alta es de 388,7 km 2 y posee una capacidad de oferta de 39, m 3 /año. La población establecida en la región es de aproximadamente habitantes, de los cuales son de Bogotá. La Sabana de Bogotá posee una alta densidad de población, a excepción del suroeste, que se encuentra poco habitado (los municipios de Soacha, Sibaté, Funza, Facatativá y la Calera tienen densidades del orden de los 300 hab/km 2 ). En el área de estudio existe la jurisdicción de 42 municipios (CAR, 2001). Esta población desarrolla una intensa actividad en la región y demanda agua de las cuencas regionales (8,11 m 3 /año para consumo humano; para el consumo agropecuario es de 3,30 m 3 /año; y para el uso industrial es de 0,364 m 3 /año). Las subcuencas que también poseen gran demanda son los ríos Neusa, Teusacá, Tunjueloy Sisga-Tibitó; para cubrir esta demanda se toma el agua de cuenas externas a la región de estudio. También hay una fuerte demanda por las aguas subterráneas de la cuenca alta, ocasionada por el cultivo de flores. Como se aprecia, en la región de estudio la actividad socioeconómica es importante y está expuesta a alteraciones climáticas que generan impactos socioeconómicos de gran magnitud en la escala nacional. Como ejemplo particular se puede mencionar que la atención de las necesidades de agua en la región se ve recurrentemente afectada debido a los altibajos en la oferta natural que induce la variabilidad climática, especialmente en la precipitación. 3. MATERIALES Y METODOLOGrA El presente trabajo se basa en el análisis de información primaria de datos climatológicos. Inicialmente se efectuó el control de calidad de la información. Una vez verificada se calcularon índices a considerar dentro del análisis Control de calidad de la información En cuanto al análisis de series de precipitación y de temperatura del aire, se verificó para constatar que no existieran datos sobresalientes que posiblemente fueran errores en la incorporación de los datos a la base de datos. Después de esta verificación, quedaron datos faltantes. Para el relleno de datos faltantes se utilizó la curva de dobles masas para revisar los faltantes y la heterogeneidad en las series (Gabriels et ál., 2004). Se analizaron los mensuales multianuales, con los cuales se obtuvo la estación patrón no sin antes haber agrupado series entre diferentes estaciones por encima de 30 años que poseyeran altos coeficientes de correlación (p 0,65 con valor p < 0,05; se eliminó así la hipótesis nula) y distancias de City Blocks muy pequeñas (distancia CE 30); esta última se consideró para evaluar el grado de diferencia entre los datos de dos series y así tomar la decisión sobre la aceptación de una serie para la generación de un dato faltante en la otra (Anderson 1984; Canavos 1987). La fórmula es la siguiente: Distancia CE = t. X y; I (1 ) i~ 1 donde Xi es un valor de la serie X que corresponde en el mismo tiempo que el valor Y, y es un valor de la serie y que corresponde en el mismo tiempo que el valor Xi' Adicional a esto, se obtiene el promedio de este valor por el número de años del cual se obtuvo esta distancia entre datos, que es: Distancia 1 n n IX Y;/ (2) i-1 donde n es el número de datos analizados por serie.

5 Una vez rellenadas las series, se les aplicó la prueba de rachas para verificar la homogeneidad de cada una de ellas (Thom, 1966). Se eliminaron las series que no se enmarcaron dentro de los rangos permitidos arriba o debajo de la mediana. Se descartaron algunas estaciones y quedaron las estaciones que se muestran en la Figura 1. anomalías de T y P, con lo que se buscó identificar los sectores de la Sabana de Bogotá más afectados por tales fenómenos Análisis de correlación entre variables 3.2. Cálculo de índices Con base en información sobre las anomalías de temperatura superficial del mar (TSM) del Pacífico tropical, se identificaron los períodos durante los cuales se presentaron los fenómenos El Niño y La Niña. Esto se realizó utilizando los datos del sector El Niño 1 +2 (Pacífico oriental, adyacente a la costa Suramericana) y el Niño 3 (Pacífico central), suministrados por la National Ocean and Atmospheric Administration (NOAA) (ver noaa.gov/). Una vez disponibles las anomalías de temperatura y precipitación, se procedió a calcular el coeficiente de Pearson para estimar la correlación entre las anomalías de TSM de sectores del Pacífico tropical y las de temperatura del aire y precipitación en la Sabana de Bogotá, con lo que se cuantificó la respuesta de diferentes lugares de la Sabana de Bogotá a las condiciones anómalas registradas en aquel. 4. ANÁLISIS Y DISCUSiÓN DE RESUL lados El estudio del efecto climático de los fenómenos EN y LN se realizó con el análisis de las anomalías de temperatura del aire y de precipitación de las estaciones climatológicas distribuidas en la Sabana de Bogotá. Para el efecto se tomó la información de las estaciones climatológicas que operan en el área de estudio, del Ideam, la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca y la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá. Las anomalías se calcularon de la siguiente manera: En la Figura 2 se presentan las series temporales de anomalías de TSM en diferentes sectores del Pacífico tropical para el período , las cuales se suavizaron mediante la aplicación de una media móvil de 3 puntos. En esta figura es posible constatar la ocurrencia de los eventos El Niño (anomalías positivas) de (muy fuerte), 1987 (moderado), (fuerte), (muy fuerte) y (débil) y La Niña (anomalías negativas) de (fuerte), (débil), 1988 (fuerte), (moderado). y IP (3) donde: T' = anomalía de la temperatura media mensual del aire; T = temperatura en un mes determinado; T = promedio multianual de temperatura media del mes correspondiente; IP =índice de precipitación mensual; P = precipitación mensual; promedio multianual de la precipitación. ar y ap desviaciones estándar de las secuencia (de un mes determinado: los abriles, los julios, etc) tomada para el calculo de P. La estandarización se hace con el propósito de facilitar la realización de análisis comparativo cruzado con otras variables. Identificados los eventos El Niño y La Niña más destacados en cuanto a su efecto en el clima del área de estudio, se elaboraron mapas con la distribución espacial de las La variabilidad climática en la Sabana de Bogotá se representó con la secuencia de anomalías de temperatura media mensual del aire (TMMA) y las anomalías de precipitación. El análisis del comportamiento temporal de estas variables se expone a continuación. La Figura 3 muestra el comportamiento de las anomalías de TMMA para la estación climatológica OMN sobrepuestas a la curva de anomalías de TSM de EN3. Es posible observar que hay una estrecha correlación entre ambas variables: a Ips incrementos de TSM en el Pacífico corresponden aumentos de lmma en la Sabana de Bogotá; sin embargo, en algunos períodos (particularmente en el año 1978) las oscilaciones se presentan en contrafase, lo cual merece un análisis más detallado para este período.

6 El resultado del análisis de correlación entre anomalías TMMA de OMN y las anomalías de TSM se presenta en la Tabla 1, en la que se pueden observar coeficientes de correlación positivos (a calentamientos en el Pacífico corresponden ascensos de temperatura media mensual en la Sabana de Bogotá); aunque los valores de los coeficientes de correlación son bajos, se destacan algunos relativamente altos (valores de DA) que demuestran cierta relación entre los procesos de esas regiones. Al suavizar las series mediante media móvil de 3 puntos (exclusión de ondas intraestacionalesl los coeficientes de correlación se incrementan. Esto último sirve de soporte para mostrar que en realidad existe una relación entre los procesos del Pacífico tropical y la variabilidad climática interanual de la Sabana de Bogotá. Los coeficientes de correlación son más altos en la zona suroccidental de la Sabana de Bogotá (estación aeropuerto El Dorado), lo que significa que este sector posee mayor correspondencia con los procesos del Pacífico tropical. Sobre las regiones del nororiente de la Sabana de Bogotá los coeficientes de correlación disminuyen considerablemente (aeropuerto de Guaymaral, Checua, El Carrizal y río Neusa). TABLA 1. Coeficientes de correlación entre las anomalías de TSM de diferentes sectores del Pacífico tropical y las anomalías de TMMA en diferentes estaciones climatológicas de la Sabana de Bogotá. Series de anomalías de TSM V5. series de anomalías de TMMA Series de anomalías de TSM de las zonas en suavizadas (on media móvil de 3puntos vs. Series de anomalías El Niño El Niño El Niño ,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,4 0,4 0,4 0,3 0,2 0,2 0,1 0,4 0,5 0,4 0,2 0,1 ál ::E (/)... ~ -' «::E O z « O -t -2-3 FIGURA 2. Series temporales de anomalías de TSM en diferentes sectores del~acífico tropical para el período , suavizadas mediante la aplicación de media móvil de 3 puntos. (EN 1+2 oriental; EN 3 central; EN 4 - mmm occidental; EN 3y4 centrooriental). (Fuente de datos:

7 1 METEOROLOGíA COLOMBIANA W 10- MARZO 20061] En la Figura 5 se presenta la secuencia de anomalías de precipitación en cuatro de las estaciones tomadas para el estudio. Allí es posible corroborar que las oscilaciones de la variabilidad de la precipitación están en contrafase con las de las anomalías de TSM. Se destacan especialmente los eventos de El Niño de , , , , , en los que la precipitación en esta regiones estuvo por debajo de los valores normales; en el caso de La Niña de , 1974, , 1984, Y en algunas estaciones se alcanza a registrar el evento La Niña , en los que las precipitaciones estuvieron por encima de lo normal. El análisis de correlación entre la TSM del Pacífico y la precipitación mensual de la Sabana de Bogotá se presenta en la Tabla 2, en la que es posible observar que en todas las estaciones analizadas la correlación es negativa, lo que indica que aumentos de la TSM en el Pacífico centrooccidental ocasionan disminución de la precipitación en la Sabana de Bogotá, y viceversa; esto es particularmente notorio en el sector suroccidental de esta región. Al filtrar las oscilaciones de alta frecuencia en la precipitación y dejar solo las de largo período, el coeficiente de correlación se incrementa y presenta valores por debajo de -0,4. La distribución espacial de esta correlación se presenta en la Figura 5. 4~ ~ 3 2 ot lhi-ih ~ "q! -1 ';"<: roa. Anom OMN - 3 pero media móvil (Toa. Anom OMN) 3 pero media móvil (Anom NiñolÑO 3 y 4) FIGURA 3. Series de anomalías de TMMA de la estación OMN y su media móvil de 3 puntos y la serie de anomalías de TSM de EN3 y 4 suavizada con media móvil de 3 puntos (período ). (Fuente de datos: De las Tablas 3 y 4 Y de las Figuras 5 y 6 se puede concluir que en los períodos en los que están presentes los fenómenos El Niño o La Niña hay marcadas alteraciones de la precipitación media mensual. En el caso de El Niño se registran reducciones de la precipitación que en algunos meses pueden llegar a más del 60% del correspondiente volumen mensual (ver Figura 6); estas alteraciones están moduladas por la variabilidad intraestacional y, por ello, no siempre el déficit de precipitación es tan grande, aunque durante El Niño predomina el déficit, algunas veces agudo, otras veces no tan marcado. Una situación similar ocurre en la fase La Niña: predominio de excesos de precipitación modulados por ondas intraestacionales. El análisis detallado del comportamiento de la precipitación sobre la Sabana de Bogotá durante las fases El Niño y La Niña (Figuras 5 y 6) permite ilustrar la acción de las ondas intraestacionales. Como se puede observar, estas se presentan tanto en eventos de El Niño como de La Niña, lo que contradice las afirmaciones de algunos autores acerca de la ausencia de ondas intraestacionales (específicamente las oscilaci0l"jes Madden-Julian) en la fase El Niño.

8 I PABÓN & TORRES: EFECTO CLlMATICO DE LOS FENÓMENOS EL NIÑO Y LA NIÑA EN LA SABANA DE BOGOTA I 5r--~---~ _ --- ~~--~~~ ~ -~~----~-----~ , 4 - Pmm. Anom Tibaitata 3 per. media móvil (Anom Niño3) - 5 per. media móvil (Pmm. Anom Tibaítatá) ~--~-... ~ _, 6,00 4,00 2,00 0,00-2.od -4,00 L-.,...,..,....._..._._......_---i FIGURA 4. Series de anomalías de precipitación mensual de diferentes estaciones climatológicas de la Sabana de Bogotá y su media móvil de 5 puntos(mm5) y la serie de anomalías de TSM de EN3 suavizada con media móvil de 3 puntos (MM3) en el período

9 TABLA 2. Coeficientes de correlación entre las anomalías de TSM de diferentes sectores del Pacífico tropical y las anomalías de precipitación mensual en diferentes estaciones climatológicas de la Sabana de Bogotá. Estaciones Serie de anomalías de TSM suavizadas (on media móvil de 3puntos vs. Serie de anomalías de T5M V5. serie de anomalías de PM serie de anomalías de PM suavizadas (on media móvil de 5puntos, El Niño El Niño El Niño El Niño El Niño El Niño El Niño El Niño BojaciÍ -0,2-0,2-0,1-0,2-0,2-0,3-0,2-0,3 Carrizal 0,0-0,1-0,1-0,1 0,0 0,0-0,1-0,1 El Fute -0,1-0,2-0,1-0,2-0,2-0,3-0,2-0,3 El Hatillo ,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0-0,1-0,2-0,1-0,2-0,1-0,2-0,4-0,3-0,2-0,1-0,1-0,2-0,2-0,3-0,1-0,3 Guatavita 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0-0,1-0,1 la Boyera -0,1-0,2-0,2-0,1-0,2-0,3-0,3-0,3 la Iberia -0,1-0,1-0,1-0,1-0,1-0,1-0,3-0,1 la Ramada -0,1-0,2-0,2-0,1-0,3-0,4-0,4 -Q,4 los Arrayanes -0,2-0,2-0,3-0,1-0,3-0,4-0,4-0,4 Mosquera-Tibaitatá -0,2-0,2-0,1-0,2-0,3-0,4-0,4 -Q,4 OMN -0,2-0,2-0,2-0,2-0,2-0,3-0,4 -O, Represa Neusa -0,2-0,2-0,1-0,2-0,3-0,3-0,3 Represa Sisga 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 Salitre -0,1-0,1 i -0,1-0,1-0,2-0,1-0,1-0,2 San Jorge -0,2-0,2-0,2-0,2-0,4-0,4-0,4-0,4 San José -0,1-0,2-0,2-0,2-0,2-0,3-0,3-0, Torca -0,1-0,1-0,2-0,2-0,1-0,2-0,3-0,3 r----- Ventalarga -0,2-0,2-0,2-0,2-0,3-0,4-0,4-0,4 ~... FIGURA S. Alteración (%) de la Precipitación Media Mensual en las estaciones OMN y La Iberia durante La Niña Y (La alteración se calcula como el porcentaje del volumen mensual multianual del período ).

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