Cartografía del comportamiento de la temperatura media del aire por encima y por debajo de 25 C durante el período de referencia en Cuba.

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1 Cartografía del comportamiento de la temperatura media del aire por encima y por debajo de 25 C durante el período de referencia en Cuba. Dr. Orlando H. Álvarez Hernández 1, Lic. Teresita de J. Gutiérrez Gárciga 2, Dr. Oscar Solano Ojeda 3, Tec. Marlene Peñate Fernández 4, Pável Morales 5 1. Departamento de Meteorología, Facultad de Gestión Ambiental. Instec. MES. e mail: oalvarez@instec.cu. 2. Centro de Meteorología Agrícola, Instituto de Meteorología, CITMA. teresita.gutierrez@insmet.cu 3. Centro de Meteorología Agrícola, Instituto de Meteorología, CITMA. oscar.solano@insmet.cu. 4. Centro de Meteorología Agrícola, Instituto de Meteorología, CITMA. marlene.penate@insmet.cu 5. Facultad de Gestión Ambiental. Instec. CITMA. e mail: pavel@instec.cu. Resumen. Se presentan los resultados correspondientes a análisis del comportamiento del paso de la temperatura del aire por encima y por debajo de los 25 C como indicadores de comienzo de los períodos cálido y frío del año en Cuba, así como de la duración del verano e invierno utilizando la cantidad de días con temperaturas por encima y por debajo de ese umbral de temperatura utilizando el período de referencia , para lo cual se utilizaron los valores de las tendencias de dichos indicadores para un total de 56 estaciones meteorológicas. Se analiza la distribución espacial de diferentes indicadores. Se presentan conclusiones referentes al comportamiento del paso de la temperatura por encima y por debajo de los 25 C, de la cantidad de días por encima y por debajo, así como de las tendencias de éstos dos últimos indicadores. Abstract. It is presented the results of an analysis about the behave of the pass of the air temperature over and below 25 C, taken as indexes of the beginning of the hot and cold periods of the year in the Region Isla de la Juventud, Cuba, as well as the duration of summer and winter using the number of days with temperatures over and below of the value of 25 C, for the reference period comprises between 1961 and 1990, using the tendencies of the indexes for 3 Meteorological Stations of the region. As conclusion it can be affirmed that the hot period of the year in this region presented a tendency to begin and finish later, and to be less prolonged. It is presented conclusions about the behavior of the step of temperature over and underneath the 25 C, of quantity of days over and underneath, and tendencies of these two last indicators. 1. Introducción De acuerdo con lo que se plantea en el Informe Synthesis and Assessment Product 3.3, Weather and Climate Extremes in a Changing Climate del U.S. Climate Science Program's, el impacto de los extremos climáticos puede ser severo y variar en un amplio rango. Los extremos afectan todos los sectores de la economía, incluida la agricultura, los servicios, el transporte, los recursos hídricos, e incluso, la industria de los seguros, en la cual, y según el informe antes mencionado, los costos de los desastres relacionados con el tiempo pueden ser considerables, y citan que durante el período , los Estados Unidos experimentaron

2 67 desastres relacionados con el tiempo y cuyos daños excedieron $1 billón de dólares solamente en el momento de los desastres. Existe evidencia medio ambiental que los cambios en el tiempo y los climas extremos tienen importantes impactos en los ecosistemas, tanto naturales como protegidos. Adicionalmente, a partir de modelos de simulación, hay supuestos de que un calentamiento global gradual estará acompañado por cambios en la variabilidad y frecuencia de extremos en el tiempo y el clima. En Cuba, Fonseca (1989) encontró tendencias significativas positivas en una serie de temperaturas superficiales medias anuales para algunas localidades cubanas. Por todas estas razones, la vigilancia de los cambios y variaciones de los extremos en el tiempo y el clima y la ampliación de lo que se sabe y se desconoce es importante con vistas a futuros cambios para los intereses tanto socio económicos como medio ambientales. Debido a que estos eventos extremos envuelven a muchas variables y factores climáticos, un aspecto importante es identificar aquellas variables que permiten brindar información de importancia relacionada con impactos socio económicos y medio ambientales. La temperatura del aire en Cuba no constituye un factor limitante para el desarrollo de los cultivos agrícolas, ya que durante casi todo el año se mantiene por encima de los ceros biológicos, es decir, la temperatura que establece un umbral térmico del comienzo de la actividad vital de animales y plantas. No obstante el conocimiento de la distribución en tiempo y espacio de esta variable ha sido considerado, en investigaciones anteriores, de gran utilidad en la actividad práctica de la agricultura (Palenzuela, 1982). Por lo anteriormente expresado, el pbjetivo del trabajo es analizar el comportamiento del paso de la temperatura media del aire por encima y por debajo de 25 C en la marcha anual de esta variable, con el objetivo de determinar si está ocurriendo un corrimiento en el inicio y final del período de crecimiento intensivo de los cultivos, dado por el paso de la temperatura por encima de 25 C, y la tendencia de incremento o decrecimiento de los mismos, debido a los efectos que producen en diferentes cultivos en Cuba, y cuyos potenciales cambios, resultantes de un cambio climático global, tendría implicaciones desde el punto de vista socio económico de no tomarse las medidas adecuadas. 2. Desarrollo 2.1. Materiales y métodos Para el desarrollo del presente trabajo, se utilizaron los valores diarios de las temperaturas máximas y mínimas del aire en el período , considerado como período de referencia para los estudios del cambio climático, correspondientes a 56 estaciones de observación de la Red del Instituto de Meteorología utilizando la fórmula: t x tn t m Donde: 2

3 tm - Temperatura media diaria; tn - Temperatura mínima diaria; tx - Temperatura máxima diaria La cantidad de estaciones utilizadas en esta serie de trabajos se presentan en la tabla siguiente: Región Cantidad de Est. Met. Cant. de datos Occidental Central Sancti Spíritus Oriental Isla de la Juventud Total A partir de los datos de temperaturas máximas y mínimas se calcularon las temperaturas medias diarias en el Centro de Meteorología Agrícola del Instituto de Meteorología, utilizando la fórmula: t x tn t m Donde: tm - Temperatura media diaria; tn - Temperatura mínima diaria; tx - Temperatura máxima diaria Posteriormente se obtuvieron las temperaturas medias cada diez días (década), las cuales sirven de base para la estimación del día del paso de la temperatura por encima de 25 C lo cual, según Palenzuela y otros (1982), marca el inicio del crecimiento intensivo de algunos cultivos perennes como los cítricos y la caña de azúcar, así como el día del paso de la temperatura por debajo de esta temperatura que marca el comienzo del inicio de la época de siembra de los cultivos anuales y de los preparativos para la recolección de la cosecha de la caña de azúcar (Palenzuela y otros, 1982). En cualquier caso, y así se considera en el presente trabajo, se toman desde el punto de vista térmico, como el paso al período cálido y frío respectivamente. Para el cálculo del día del año en que la temperatura pasa por encima o por debajo de 25 C en la marcha anual de esta variable, es necesario determinar, en primer lugar, la década del año en que se considera ocurre el paso, que se toma cuando, durante tres períodos consecutivos de diez días, el valor de la temperatura media es superior (inferior) a este valor. Posteriormente se utiliza la fórmula de Palenzuela modificada por Gutiérrez que se muestra a continuación: Dia 2 25,0 T T n T n n

4 Donde: Tn - Temperatura media de la década en que ocurre el paso (por encima o por debajo) de 25,0 C; Tn-1 - Temperatura media de la década anterior en que ocurre el paso (por encima o por debajo) de 25,0 C; Día Día de la década correspondiente al paso (por encima o por debajo) de la temperatura de 25,0 C Se calcularon las fechas del paso por encima y por debajo de 25 C para cada estación meteorológica en cada año del período Una vez que se ha planteado el problema, con los métodos de estimación cuantitativos se pretende conocer los componentes de una serie y su forma para realizar una estimación del futuro. Dentro de estos métodos se consideran dos grandes enfoques alternativos: el análisis univariante y el análisis causal. El análisis univariante, en una primera aproximación, considera tres grandes grupos: métodos de descomposición, métodos de alisado exponencial y modelos ARIMA univariantes (Espallargas, D.; 2005; Gujarati, D., 2004; Neninger, D., 2004; Otero, J.M., 1993).. En los métodos de descomposición se parte de que el patrón de una serie temporal se puede descomponer en varios componentes: tendencia, factor cíclico, movimiento estacional y movimiento irregular. Se debe recordar que en los métodos de descomposición se parte de un esquema previo y se trata de aislar cada uno de los componentes, siendo la tendencia y la estacionalidad los que se pueden aislar con más facilidad. Los métodos de alisado exponencial permiten calcular los valores de una tendencia de carácter local, debido a que en cada punto se hace una revisión en función de las observaciones más recientes. Algunos métodos de alisado exponencial se pueden contemplar también como casos particulares del método de mínimos cuadrados ponderados. Tanto los métodos de descomposición como de alisado exponencial, el analista establece un esquema a priori y después procede a los cálculos estadísticos correspondientes. En el alisamiento exponencial los pesos o ponderaciones que se asignan a períodos anteriores para formar el pronóstico disminuyen en forma exponencial. Este método genera pronósticos acertados para muchas variables de series de tiempo y reconoce el impacto decreciente de períodos cada vez más lejanos en el pasado, permite suavizar los datos reduciendo el grado de variación de ellos, y dar mayor importancia a casi todas las cifras recientes. Este es un procedimiento que puede ser muy útil para la descripción de la tendencia, particularmente en series con grandes oscilaciones y más útil aún en la elaboración de pronósticos. Se debe significar que los métodos de alisado exponencial son considerados como casos particulares de los Modelos ARIMA. Esta técnica, que está diseñada especialmente para emplearse en el análisis de Series de Tiempo, tiene la ventaja que no se sustenta en supuestos, de aquí la selección de su empleo en el presente trabajo.

5 Para la cartografía de las variables se utilizaron el Sistema de Información Geográfica ENVI 4.2 y el CAD SURFER 8, utilizando la Proyección Lambert Norte para Cuba en coordenadas de latitud y longitud geográficas a escala aproximada 1: Discusión Se calcularon los valores de la media aritmética (Xm), la mediana (Me), el mínimo (Min) y el máximo (Max) del día de paso de la temperatura media del aire por debajo y por encima de 25 C, así como los promedios para todas las estaciones meteorológica de las diferentes regiones de Cuba en el período , utilizadas en el presente trabajo y los mismos estadígrafos para la cantidad de días con temperaturas por debajo y por encima de 25 C, así como los promedios para todas las estaciones meteorológica de las diferentes regiones de Cuba en el mismo período. Los datos fueron suavizados utilizando el método de Alisamiento Exponencial aditivo considerando un = 0,5. En todos los casos la utilización de estos métodos se debió a la existencia de puntos de ruptura en las series originales. Paso de la temperatura media del aire por encima y por debajo de 25 C durante el período de referencia en Cuba. Como se pudo apreciar en los análisis correspondientes a las diferentes regiones en las cuales se dividió al país, el comportamiento del paso de la temperatura por debajo y por encima de los 25 C no es homogéneo entre ellas, e incluso, dentro de cada región existen estaciones que se alejan del general en las mismas. De aquí que, además de considerar las tendencias para el total de estaciones incluidas en el trabajo, se estimó necesario cartografiar las variables a fin de poder compararlas espacialmente. En la figura 1, se muestran los valores medio y mediano con Alisamiento exponencial para el paso de la temperatura por debajo de 25 C para todas las estaciones y cada uno de los años incluidos en el presente trabajo ( ). Se puede observar que para ambos estadígrafos la tendencia de las series temporales es positiva, por lo cual el paso de la temperatura por debajo de 25 C ocurrirá más tarde en general para todo el país.

6 Dia del Año Dia del Año y = 0.191x y = 0.213x No. de Orden Xm Me Lineal (Xm) Lineal (Me) Figura 1. Ecuaciones de regresión lineal para la media (Xm) y la mediana respecto a los valores originales (Me) para el día del paso de la temperatura por debajo de 25 C. Sin embargo al observar la figura 2, donde se muestran los valores medio y mediano con Alisamiento exponencial para el paso de la temperatura por encima de 25 C para todas las estaciones y cada uno de los años incluidos en el presente trabajo ( ), para ambos estadígrafos la tendencia de las series temporales es igualmente positiva, por lo cual el paso de la temperatura por encima de 25 C ocurrirá también más tarde en general para todo el país, además de que los valores de las pendientes son mayores, por lo cual la cantidad de días pertenecientes al período cálido del año no solamente comienza y termina con posterioridad sino que también es más corto y = 0.342x y = 0.274x Xm Me No. Orden Figura 2. Ecuaciones de regresión lineal para la media (Xm) y la mediana respecto a los valores originales (Me) para el día del paso de la temperatura por encima de 25 C. Consecuente con la afirmación anterior, en la figura 3 se observan los valores medio (Xm) y mediano (Me) de las series cronológicas de la cantidad de días con temperaturas por debajo de

7 CS IR SJ PS LP SL BH GM GN BT BA BN MS CB SV CO JV JG UR IH Pe Lf Fr SG YB CN AP CF TR EJ TC SS JC CA CC FL SZ ES NV PO CY LT PP VL PL LJ CZ MZ JU PM VE CM SC SC GU PN No. de dias 25 C de las estaciones de Cuba incluidas en el presente trabajo, así como las líneas de tendencia de ambos estadígrafos, constatándose que en ambos casos los valores son negativos y = x Cantidad de dias con t <25 C CUBA ( ) y = x No. de Orden Xm Me Figura 3. Ecuaciones de regresión lineal para la media (Xm) y la mediana respecto a los valores originales (Me) para la cantidad de días con la temperatura media por debajo de 25 C. En la figura 4 se muestran los valores de los coeficientes de tendencia para la cantidad de días con la temperatura media por debajo de 25 C, correspondientes a cada una de las estaciones meterológicas incluídas en el presente trabajo, ordenadas de Oeste a Este. Aquí se puede observar que hay un comportamiento diferente en la región central, con los valores mayores y menores de estos coeficientes, al tiempo que se presenta una disminución de la cantidad de días en esta dirección. 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00-1,50-2,00 y = x Figura 4. Coeficientes de la tendencia de cada una de las estaciones para la cantidad de días con la temperatura media por debajo de 25 C, organizadas de occidente a oriente, así como la tendencia en la dirección Oeste - Este.

8 No. de dias En la figura 5 se observan los valores medio (Xm) y mediano (Me) de las series cronológicas de la cantidad de días con temperaturas por encima de 25 C de las estaciones de Cuba incluidas en el presente trabajo, así como las líneas de tendencia de ambos estadígrafos, constatándose que para la media el valor de la tendencia es negativo, y para la mediana el valor de la tendencia es positivo. A partir de estos resultados se confirma la conclusión obtenida utilizando los días del paso por debajo y por encima de 25 Cº, es decir, la disminución de los días con temperaturas por debajo de 25 C y el aumento de los días con temperaturas por encima de este valor. También se incluyen los valores de los coeficientes de tendencia para la cantidad de días con la temperatura media por encima de 25 C, correspondientes a cada una de las estaciones meterológicas incluídas en el presente trabajo, ordenadas de Oeste a Este donde se observa un comportamiento diferente de las regiones occidental e Isla de la Juventud con respecto a las regiones central y oriental (Fig. 6) y = x y = 0.022x Xm Me No. Orden Figura 5. Ecuaciones de regresión lineal para la media (Xm) y la mediana respecto a los valores originales (Me) para la cantidad de días con la temperatura media por encima de 25 C.

9 CS IR SJ PS LP SL BH GM GN BT BA BN MS CB SV CO JV JG UR IHPe Lf Fr SG YB CN AP CF TR EJ TP SS JC CA CC FL SZ ES NV PO CY LT PP VL PL GO LJ CZ MZ JU PM VE CM GP SC GU PN 2,00 1,50 1,00 y = x ,50 0,00-0,50-1,00-1,50-2,00-2,50-3,00 Figura 6. Coeficientes de la tendencia de cada una de las estaciones para la cantidad de días con la temperatura media por encima de 25 C, organizadas de occidente a oriente, así como la tendencia en la dirección Oeste - Este. En las figuras 7 y 8 se muestran los mapas que permiten analizar el comportamiento de las variables Día del paso de la temperatura media por encima de 25 C y Día del paso de la temperatura media por debajo de 25 C en los cuales se observa el comportamiento diferenciado especialmente en la región central con pasos por encima tardíos y por debajo adelantados con respecto al resto del país e incluso dentro de la propia región. Al mismo tiempo se constata que en la región oriental el paso de la temperatura por encima de 25 C ocurre en los cuatro primeros meses del año al igual que en la occidental y en la Isla de la Juventud, sin embargo, en estas dos últimas regiones, el paso por debajo ocurre antes que en la región oriental. En las figuras 9 y 10 se muestran los mapas que permiten analizar el comportamiento de las variables Cantidad de días con temperatura media por encima de 25 C y Cantidad de días con temperatura media por debajo de 25 C se puede observar que en la región oriental abundan los días con temperaturas por encima de esta temperatura, siendo superior la cantidad de días por debajo de la misma que en las regiones occidental, Isla de la Juventud y central. En las figuras 11 y 12 se muestran los mapas de las variables Tendencia de la cantidad de días con temperatura media por debajo de 25 C y Tendencia de la cantidad de días con temperatura media por encima de 25 C. En estas figuras se pueden distinguir claramente tres regiones en las cuales están aumentando la cantidad de días con temperaturas por encima de 25 C, a saber, la mayor parte de la región occidental, Isla de la Juventud y la zona Sureste de la región central (Sur de Camagüey Ciego de Ávila) que continúa en el Oeste de la provincia Granma, así como una cuarta zona al Sur de la Bahía de Nipe.

10 Fig. 7. Mapa del día del paso de la temperatura media por encima de 25 C Fig. 8. Mapa del día del paso de la temperatura media por debajo de 25 C. Fig.9. Mapa de la cantidad de días con temperatura media por encima de 25 C.

11 Fig. 10. Mapa de la cantidad de días con temperatura media por debajo de 25 C. Fig. 11. Mapa de la tendencia de la cantidad de días con temperatura media por debajo de 25 C. Fig. 12. Mapa de la tendencia de la cantidad de días con temperatura media por encima de 25 C. Conclusiones 1. Se observa el comportamiento diferenciado el paso de la temperatura por encima y por debajo de 25 C especialmente en la región central con pasos por encima tardíos y por debajo adelantados con respecto al resto del país.

12 2. En la región oriental el paso de la temperatura por encima de 25 C ocurre en los cuatro primeros meses del año al igual que en la occidental y en la Isla de la Juventud, sin embargo, en estas dos últimas regiones, el paso por debajo ocurre antes que en la región oriental. 3. En la región oriental abundan los días con temperaturas por encima de 25 C, siendo superior la cantidad de días por debajo de la misma en las regiones occidental, Isla de la Juventud y central. 4. Se pueden distinguir claramente tres regiones en las cuales están aumentando la cantidad de días con temperaturas por encima de 25 C, a saber, la mayor parte de la región occidental, Isla de la Juventud y la zona Sureste de la región central (Sur de Camagüey Ciego de Ávila) que continúa en el Oeste de la provincia Granma, así como una cuarta zona al Sur de la Bahía de Nipe. Bibliografía - Espallargas D. y Solís M Guía de Econometría y Series Temporales. Dpto. Estadística e Informática. Facultad de Economía. Universidad de la Habana. 50 pp. - Gujarati, D., Econometría. Editorial McGraw-Hill, 1002 pp. - Neninger, D.; González, E. y otros, Análisis de Regresión y Series Cronológicas. La Habana. Ed Félix Varela,. 392 pp. - Otero Moreno, José Ma, Econometría. Series Temporales y Predicción. Editorial AC. Madrid,. - Otero Moreno, José María, Econometría. Series Temporales y Predicción. Ed. Alfa Centauro, S.A. 1. ed. (02/1993), 471 páginas; 24x17 cm ISBN: X ISBN- 13: Palenzuela, E., Menéndez, C., Pérez, E. y Fuentes, P., Guía Climática Abreviada para los especialistas de la Agricultura, Cap. I, pp Instituto de Meteorología. Academia de Ciencias de Cuba. Junio Review of the U.S. Climate Science Program's Synthesis and Assessment Product 3.3, "Weather and Climate Extremes in a Changing Climate", Solano, Gutiérrez, Álvarez, Peñate y Morales, Análisis del paso de la temperatura media del aire por encima y por debajo de 25 C durante el período de referencia en la Región Occidental de Cuba. Inédito.

13 ANEXO 1 Relación de Estaciones Meteorológicas de la República de Cuba Código Nombre Latitud longitud Altura (m) Cabo San Antonio La Bajada (Radar) Santa Lucia Isabel Rubio San Juan Y Martínez Pinar del Rió La Palma Paso Real de San Diego Bahía Honda Amistad Cuba-Francia Santa Fe Punta del Este Güira de Melena Batabanó Güines Bainoa Tapaste Melena de Sur Bauta Casa Blanca Santiago de las Vegas Unión de Reyes Varadero Indio Hatuey Jovellanos Jagüey Colon Playa Girón Aguada de Pasajeros Cienfuegos Santo Domingo Sagua la Grande El Yabú Caibarién Trinidad El Jíbaro Topes de Collantes Sancti Spiritus Júcaro Venezuela Camilo Cienfuegos Florida Santa Cruz del Sur Esmeralda

14 78353 Nuevitas Palo Seco Camagüey Las Tunas Puerto Padre La Jíquima Punta Lucrecia Pinares de Mayarí Pedagógico Velasco Manzanillo Cabo Cruz Jucarito Veguitas Pilón (Radar) Contramaestre Santiago de Cuba Gran Piedra Guantánamo Maisí

15 ANEXO 2 Tabla 1. Estadígrafos relacionados con el día del paso de la temperatura media del aire por debajo y por encima de 25 C correspondientes a las diferentes estaciones meteorológica seleccionadas. Paso por encima de 25 C Paso por debajo de 25 C Nombre Xm Me Min Max Xm Me Min Max Cabo San Antonio Isabel Rubio San Juan y Martínez Paso Real de San Diego La Palma Santa Lucía Bahía Honda Guira de Melena Guines Batabanó Bauta Bainoa Melena del Sur Casablanca Santiago de las Vegas Colón Jovellanos Jaguey Grande Unión de Reyes Indio Hatuey Región Occidental Punta del Este La Fé Cuba - Francia Isla de la Juventud Sagüa La Grande Yabú Caibarién Aguada de Pasajeros Cienfuegos Ciego de Ávila Camilo Cienfuegos Florida Santa Cruz Esmeralda Nuevitas Palo Seco Camagüey

16 Región Central Trinidad El Jíbaro Topes de Collantes Sancti Spíritus Provincia Sancti Spíritus Las Tunas Puerto Padre Velazco Punta Lucrecia La Jíquima Cabo Cruz Manzanillo Jucarito Pinares de Mayarí Veguitas Región SW-N Oriental Contramaestre Gran Piedra Santiago de Cuba Guantánamo Punta de Maisí Región SE Oriental CUBA

17 ANEXO 3 Tabla 1. Estadígrafos relacionados con la cantidad de días de la temperatura media del aire por debajo y por encima de 25 C correspondientes a las diferentes estaciones meteorológica seleccionadas. Cantidad de días por encima de 25 C Cantidad de días por debajo de 25 C Nombre Xm Me Min Max Xm Me Min Max Cabo San Antonio Isabel Rubio San Juan y Martínez Paso Real de San Diego La Palma Santa Lucía Bahía Honda Guira de Melena Guines Batabanó Bauta Bainoa Melena del Sur Casablanca Santiago de las Vegas Colón Jovellanos Jaguey Grande Unión de Reyes Indio Hatuey Región Occidental Punta del Este La Fé Cuba - Francia Isla de la Juventud Sagüa La Grande Yabú Caibarién Aguada de Pasajeros Cienfuegos Ciego de Ávila Camilo Cienfuegos Florida Santa Cruz Esmeralda Nuevitas Palo Seco Camagüey

18 Región Central Trinidad El Jíbaro Topes de Collantes Sancti Spíritus Provincia Sancti Spíritus Las Tunas Puerto Padre Velazco Punta Lucrecia La Jíquima Cabo Cruz Manzanillo Jucarito Pinares de Mayarí Veguitas Región SW-N Oriental Contramaestre Gran Piedra Santiago de Cuba Guantánamo Punta de Maisí Región SE Oriental CUBA