Top. Meteor. Oceanog., 8(1):5-54,21 Un Método para el Pronóstico de Lluvias en Costa Rica: Agrupación de años con características pluviométricas semejantes para la creación de escenarios climáticos ROBERTO VILLALOBOS F. JOSÉ A. RETANA B. 1 Gestion de Desarrollo, Instituto Meteorologico Nacional (Recibido 5 de diciembre, 2; aceptado 1 de enero 21) ABSTRACT This is a proposal of a simple statistical method, with the purpose of predicting the rainy periods for agricultural applications. Although it was developed for the Pacific slope, the method has given good results in other regions of the country. This method joins years with similar pluviometric characteristics, with the purpose of finding early a pattern that can define the behaviour of the precipitation distribution between the year in course. According with the total annual precipitation information, the method gathers the records in dry, normal or rainy years. If the annual distribution is not normal, the grouping approach are the terciles. Three scenarios are alaborated (dry, normal and rainy) this way. Acccording with the real behaviour of the first months of the year, the scenarios es assigned that better it corresponds. The forescaste will be the average behaviour of the scenario with its respective boundaries. The scenarios have allowed to analyze the influence of the ENOS phases and to looking for behaviours of associate rain in terms of probability. The method was used operatively during the ENOS phenomenon of 1997-1998, and in subsequent climatological studies. These have allowed to different groups of growers to take foresights regarding the climate for the development of their activities. 1. Introducción La Gestión de Desarrollo del Instituto Meteorológico Nacional (IMN) propuso una metodología para caracterizar la precipitación de cualquier estación meteorológica de la red nacional. La finalidad fue implementar sistemas de alerta temprana en apoyo a la agricultura. La hipótesis inicial se basó en el supuesto que la distribución mensual y el total de precipitación anual eran estadísticamente semejantes para ciertos años, de forma tal que se podían agrupar los años en categorías. De esta forma, si el año en curso se podía clasificar tempranamente dentro de una categoría, era posible entonces proyectar un comportamiento promedio para los meses restantes. Radulovich (1987) demostró la existencia de una relación entre la lluvia de inicio de temporada (abril y/o mayo) con la lluvia de final de temporada (noviembre) para algunas estaciones de la Vertiente Pacífica de Costa Rica. La metodología utilizada por Radulovich aplica una relación para diferentes rangos de precipitación (bajo, medio y alto) entre mayo y noviembre. De esta manera, la ubicación en un rango en mayo, da una estimación de lo que podía suceder en noviembre. Nitsche et al (1985), citados por Brunini et al (2), utilizaron el promedio y las desviaciones estándar de los registros de la lluvia anual, como criterio para definir tres rangos (seco, normal y lluvioso) y así poder pronosticar la tendencia de la estación lluviosa en el noreste de Brasil. De acuerdo a Brunnini (2), el uso de cuartiles como medida de estimar la probabilidad de ocurrencia de lluvias, ha sido usado en Brasil con fines agrometeorológicos. En nuestro país, al presentarse en mayo-junio de 1997, el fenómeno de El Niño (ENOS), se utilizó el concepto de agrupamiento de años con características pluviométricas semejantes para analizar el comportamiento de la precipitación durante la fase cálida de ENOS. Complementariamente, se inició una fase operativa del método para brindar información al sector agropecuario con la finalidad de divulgar al mayor grado posible las oportunidades de toma de decisiones que este método permite. Con base en el agrupamiento de años análogos se diseñaron escenarios pluviométricos a nivel mensual y se calculó la probabilidad de que El Niño causara un comportamiento pluviométrico parecido a alguno de estos escenarios. 1 Corresponding autor address: Ing Roberto Villalobos, Gestión de Desarrollo, Instituto Meteorológico Nacional (IMN). Tel. 222-5616. Fax 223-1837. E-mail: rvilla@meteoro.imn.ac.cr.
A partir de la segunda mitad de 1997, el IMN brindó información sobre el comportamiento de la precipitación con relación a El Niño y su proyección hasta diciembre de ese año. El concepto de agrupamiento de años con características pluviométricas semejantes se generalizó para ayudar a diferentes grupos agrícolas distribuidos en el territorio nacional. Se realizaron estudios para frijoleros de la zona norte (Retana et al 1997, Villalobos et al 1998, Retana y Villalobos 1999), tabacaleros del Valle Central (Villalobos et al 1997a) bananeros del Atlántico (Villalobos et al 1997b) y arroceros del Pacífico Norte (Villalobos et al 1997c). Posteriormente, esta metodología ha sido aplicada en el IMN para realizar análisis climatológicos en estudios sobre las fases de ENOS (cálida y fría) y variabilidad climática en general (sequías e inundaciones), cambio climático y análisis agrometeorológicos. El objetivo de este trabajo es explicar la metodología aplicada en esos estudios climatológicos de uso operativo para el sector agrícola, y que han probado ser una valiosa herramienta para la toma de decisiones. 2. Método La estación meteorológica de la región agroclimática que se analice, debe cumplir con cinco características mínimas: a. Representatividad de la zona (que pueda servir como base del clima regional) b. Calidad del registro (preferiblemente a paso diario) c. Extensión del registro (la OMM recomienda 3 años mínimo para obtener estadísticas confiables) d. Actualización (que sea una estación que se pueda actualizar con facilidad) e. Permanencia (que sea una estación que se ha mantenido funcionando en el tiempo) Los registros deben ser llevados a formato mensual, eliminando datos dudosos y rellenando datos faltantes por medio de algún método apropiado. Existen muchos métodos para rellenar datos faltantes, desde sustituciones por promedios o valores de estaciones cercanas, hasta la aplicación de fórmulas o modelos de generación climática (Alfaro y Pacheco 2). Se calculan las precipitaciones anuales en mm y con base en esa información se analiza la distribución, con el fin de seleccionar el criterio por el cual se agrupará. Si la distribución de la precipitación anual es normal, se utiliza el promedio y la primera y segunda desviación estándar para hacer tres grupos de años de acuerdo al siguiente criterio de clasificación: Escenario seco: x<(φ-φ) Escenario Normal: (Φ-Φ)<x<(Φ+Φ) Escenario Lluvioso: x>(φ+φ) Si la distribución no es normal, se utilizan los percentiles para definir los escenarios. En este caso se usan terciles para tres escenarios: Escenario seco: x< primer tercil Escenario Normal: primer tercil<x<segundo tercil Escenario Lluvioso: x>segundo tercil Si se quieren establecer escenarios de transición se debe de usar la segunda desviación estándar en el caso de distribuciones normales o quintiles en el caso de distribuciones no normales. Una vez que se tienen agrupados los años de acuerdo al grupo pluviométrico, se promedian los valores mensuales para obtener el comportamiento promedio mensual de un escenario en particular. De acuerdo al tipo de análisis que se pretenda, se puede substituir el valor promedio mensual por una probabilidad de lluvia mensual al 75%. Esto es recomendable para hacer proyecciones o pronósticos (Retana y Villalobos 1999). Si se quieren hacer relaciones con fenómenos de variabilidad como las fases de ENOS, se debe de contar con un registro detallado del año y mes en que sucedió el evento. De esta forma se puede determinar (ubicando los eventos en los años), la frecuencia con que estas fases se han presentado en los diferentes escenarios. La probabilidad porcentual de ocurrencia en cada escenario se calcula según Gilbert (1981) donde: Pa = na/n+1 P a = probabilidad delevento a n a = número de casos del evento a n= número de casos totales 3. Resultados: El cultivo de frijol en la Zona Norte de Costa Rica, un caso de estudio. Desde 1996, los diferentes períodos de sequía e intensas lluvias, han perjudicado diferentes etapas de la actividad frijolera en la zona norte de Costa Rica (SEPSA 1992, Corrales 1999, Rojas 1999). Se ha afectado la preparación del terreno, la siembra, la cosecha y el secado de grano. La prolongada sequía durante 1997 y 1998, hizo perder casi la totalidad del área sembrada. Debido a este panorama incierto, a partir de 1997 los tomadores de decisiones del Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG) solicitaron estudios agrometeorológicos aplicados al cultivo de frijol en la zona norte del país. Estos estudios se basaron en el diseño de escenarios para las estaciones de Los Chiles y Upala y el análisis de probabilidad de ocurrencia de El Niño, o La Niña en cada uno de estos escenarios estimados. En el gráfico 1, se presentan los diferentes escenarios utilizados para la estación de Los Chiles. -51-
mm 5 4 3 2 1 LLUVIOSO NORMAL SECO 5 estimados. El área sombreada indica el rango de movimiento de lo que se considera un escenario normal, mientras que los límites de esta área corresponden a los escenarios seco y lo lluvioso. La línea negra corresponde a la precipitación real. E F M A M J J A S O N D Gráfico 1. Escenarios climáticos para Los Chiles, Zona Norte de Costa Rica. Serie pluviométrica 1963-1998 4 3 2 CASOS Se determinó la probabilidad de ocurrencia de la fase cálida en cada escenario. En el gráfico 2 se muestra la distribución del total de precipitación anual en cada uno de los tres escenarios estimados (barras) y la frecuencia porcentual de casos El Niño (línea y etiquetas). 25 2 15 1 5 22% 34% 44% S N LL Gráfico 2. Frecuencia porcentual de El Niño en tres escenarios climáticos. Los Chiles, Zona Norte El comportamiento de la lluvia anual con relación a la fase cálida de ENOS, es errático en la Zona Norte (Villalobos 1999). Sin embargo, de acuerdo al análisis de frecuencia de El Niño en los escenarios propuestos (gráfico 2) hay más probabilidad de que este evento se manifieste con precipitaciones normales o sobre el promedio (escenarios normales o lluviosos), que con precipitaciones deficitarias (escenario seco). Existe un 22% de posibilidades de que El Niño se manifieste seco, mientras que hay un 44% de posibilidades de que se manifieste lluvioso y un 34% como normal. Con base en este criterio, los diferentes estudios que se han realizado para la Zona Norte del país, se han centrado en analizar el comportamiento de la lluvia del año en curso con las probabilidades de ocurrencia de las fases de ENOS y los escenarios establecidos. Esta información estadística, se usó como base para dar sugerencias en cuanto al manejo de las fechas de siembra y cosecha del cultivo con relación a lo que se podría esperar si la lluvia mantenía un comportamiento acorde con alguno de los escenarios. En el gráfico 3, se resume la condición lluviosa en Los Chiles desde 1997 hasta el 2, en comparación con los escenarios 5 4 3 2 1 % CASOS ENOS 1 E97 M M J S N E98 M M J S N E99 M M J S N E2 M Gráfico 3. Seguimiento de la Escenarios precipitación Real mensual para la Zona -52- Norte de Costa Rica Al contraponer el comportamiento promedio de los escenarios con el comportamiento real de la precipitación, se pudo proyectar la cantidad de lluvia por caer de acuerdo al escenario en el que se enmarcó el año. En la Zona Norte del país, la preparación y siembra de frijol se recomienda en noviembre y diciembre. La cosecha y secado de grano se da entre febrero y marzo. Por lo tanto, el período de análisis se centró en los meses finales e iniciales de cada año. De esta forma se alertó tempranamente al sector sobre un período seco prolongado durante los meses finales de 1997 y los iniciales de 1998 (Retana et al 1997). También se alertó tempranamente sobre las condiciones lluviosas de los inicios tanto de 1999 como del 2 (Villalobos et al 1998, Retana y Villalobos 1999). Esta información fue particularmente valiosa cuando se incorporó a un modelo de simulación de crecimiento, desarrollo y rendimiento del cultivo de frijol (CROPGRO Dry Bean) contenido en el sistema de análisis DSSAT (Sistema de Soporte de Decisiones para la Transferencia de Agrotecnología en sus siglas en inglés) el cual fue previamente calibrado y validado (Villalobos y Retana 1997). El escenario climático se introdujo al modelo de simulación con el fin de comparar el rendimiento esperado para diferentes fechas de siembra. De esta forma, se sugirió trasladar la temporada de siembra con el fin de obtener mejores rendimientos. Los resultados de este tipo de estudios, han contribuido en aumentar los rendimientos de.3 t/ha en 1996 a 1. t/ha en 1999, aún y cuando las condiciones climáticas han sido adversas a la actividad (gráfico 4). Las decisiones tomadas con base en los estudios (principalmente en el uso de diferentes fechas de siembra), han contribuido en la disminución de la vulnerabilidad del sector tal y como se puede inferir de los rendimientos reportados por el Consejo Nacional de Producción para estos cantones. Además, de acuerdo con Rojas (1999) y Corrales (1999) las pérdidas en el cultivo causadas por las variaciones
del clima como consecuencia de las fases cálidas y frías del fenómeno ENOS han disminuido. En el gráfico 4, se presentan los rendimientos de frijol desde 1996 hasta 1999 reportados por el Consejo Nacional de Producción para Pocosol, Zona Norte del país. t/ha 1,8,6,4,2 1996 1997 1998 1999 Gráfico 4. Rendimiento de frijol en Pocosol, Zona Norte de Costa Rica (CNP) Durante el ciclo agrícola 1996-1997, las fuertes lluvias atribuidas en parte a La Niña 95-96, hicieron perder casi la totalidad del área sembrada. Un año más tarde, la sequía provocada por El Niño, fue la principal causa de una sensible disminución en los rendimientos y volúmen de producción del frijol en la Zona Norte. En 1998 y 1999, la fase fría de ENOS ya declarada, condujo a condiciones lluviosas en casi todo el territorio nacional. A pesar de esta variabilidad climática, los rendimientos del grano han mostrado una recuperación importante y una de las herramientas que ha contribuido con la planificación agrícola, ha sido la información climatológica. 4. Conclusiones El desarrollo de una metodología que permita caracterizar el régimen de precipitación de cualquier región en el país, es sumamente importante para todo proceso de planificación de actividades. Cobra mayor importancia, si este método considera los fenómenos de variabilidad climática como parte de su análisis. La variabilidad climática, por otra parte, no puede ser tratada solo en función de ENOS. Las diferentes fases de ENOS son parte, apenas, de una serie de factores y fenómenos que periódicamente afectan el clima. Además, no todas las variaciones del clima tienen explicación con las fases de este fenómeno. Por otra parte, para una gran mayoría de zonas del país que cuentan con registros climatológicos, el comportamiento de ENOS en el tiempo es errático y apenas puede explicarse en términos de probabilidad de ocurrencia de eventos. En otras palabras, eventos de semejante magnitud, han ocasionado efectos diferentes en una misma región. Por lo tanto, el tema de variabilidad climática debe ser tratado en forma diferente. El uso de escenarios climáticos que puedan explicar en términos de probabilidad el comportamiento esperado de la lluvia, resultan de gran valor para el estudio de la variabilidad climática en una región y para el establecimiento de sistemas de pronóstico y alertas tempranas. Existen múltiples formas y métodos de cálculo de escenarios climáticos. La que se expone en este trabajo es apenas una entre muchas. Por su simpleza y operatividad este método ha demostrado buenos resultados al ser aplicados a diferentes actividades del sector agrícola del país. La combinación de escenarios climáticos, pronósticos y modelos de simulación de crecimiento de cultivos, son una interesante propuesta para el establecimiento de sistemas de alerta temprana. RESUMEN Se propone un método estadístico simple, con el fin de pronosticar los períodos lluviosos para aplicaciones agrícolas. A pesar de que fue desarrollado para el régimen de lluvia del Pacífico, el método ha dado buenos resultados en otras regiones del país. Agrupa años con características pluviométricas semejantes, con el fin de encontrar un patrón que pueda definir tempranamente el comportamiento de la distribución de la precipitación durante el año en curso. De acuerdo con la distribución (normal o no) de los totales de precipitación anual, se agrupan los registros en años secos, normales o lluviosos. Si la distribución de la precipitación anual es normal o muy cercana a lo normal, el criterio de agrupamiento es el promedio y la desviación estándar. Si la distribución no es normal, el criterio de agrupamiento son los terciles. De esta forma se elaboran tres escenarios (seco, normal y lluvioso). De acuerdo con el comportamiento real de los primeros meses del año, se asigna el escenario que mejor corresponda. El pronóstico será el comportamiento promedio del escenario con sus respectivos límites. Los escenarios han permitido analizar la influencia de las fases de ENOS y buscar comportamientos de lluvia asociados en términos de probabilidad. El método se usó operativamente durante el fenómeno El Niño de 1997-1998 y en posteriores estudios climatológicos. Estos han permitido a diferentes grupos de productores agrícolas tomar previsiones con respecto al clima para el desarrollo de sus actividades. Referencias Alfaro, R., y Pacheco, R. 2. Aplicación de algunos métodos de relleno a series anuales de lluvia de diferentes regiones de Costa Rica. Tópicos meteorológicos y oceanográficos. 7(1):19-26. Brunini, O.; Pinto, H.; Zullo, J.; Barbano, M.; Camargo, M.; Alfonsi, R.; Blain, G.; Pedro, M.; Pellegrino, G. 2. Drought cuantification and preparedness in Brazil. The example of Sao Paulo State. In: Wilhite, D.; Sivakumar, M.; Wood, D. 2. Early warming systems for drought preparedness and drought management. WMO. AGM-2. Geneva, Switzerland. 89-13pp. -53-
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