REPORTE TÉCNICO Estancia de Capacitación en Modelación Climática en el Instituto de Investigación Meteorológica. Tsukuba, Japón de agosto, 2006

Transcripción

1 REPORTE TÉCNICO Estancia de Capacitación en Modelación Climática en el Instituto de Investigación Meteorológica. Tsukuba, Japón de agosto, 2006 Elaborado por Edgar Pérez Pérez y Juan Matías Méndez Pérez 14 de septiembre, 2006

2 I. Elementos que determinan el clima de México Debido a su posición geográfica, México es afectado por sistemas meteorológicos de latitudes medias como sistemas frontales y nortes en invierno, y por sistemas tropicales como huracanes y ondas del este en verano. Además, por extenderse su territorio desde regiones tropicales hasta latitudes medias, y debido a una topografía compleja, en México se tiene una gran variedad de climas, desde los cálidos con temperatura media anual superior a los 30 o C, hasta los fríos con temperatura media anual por debajo de los 10 o C como ocurre en algunas zonas montañosas. Precipitación en Verano El régimen de precipitación en verano, es determinado básicamente por los siguientes elementos: Zona Inter-Tropical de Convergencia (ZITC) La posición, intensidad y densidad de la convección profunda en esta región puede resultar en periodos de fuertes lluvias o severas sequías para México. Es en esta zona donde también tiene lugar la mayor actividad ciclogenética del planeta, formándose huracanes intensos. Sin embargo, se sabe que la ZITC experimenta periodos de intensa y débil actividad convectiva, a veces modulada por el paso de ondas tropicales. Durante veranos El Niño, la ZITC emigra hacia latitudes mas bajas, alejándose las lluvias de las costas Mexicanas, por lo que en México se experimentan periodos de sequías. Monzón Mexicano Durante el periodo de junio a septiembre, el noroeste de México recibe cerca del 60% de la precipitación anual. Algunas teorías sobre este monzón, sugieren que es resultado de aire húmedo advectado del Golfo de México y el mar Caribe, debido a cambios en los vientos de la troposfera media de oeste a este. Sistemas tropicales (huracanes y ondas del este) México se encuentra en medio de dos regiones ciclogenéticas muy activas: el noreste del Pacífico tropical y el Mar Caribe. La actividad de huracanes constituye un elemento esencial en la temporada de lluvias en México. Una reducción en su actividad en el Mar Caribe y Golfo de México, tal y como ocurre durante veranos El Niño, resulta en sequías severas en el noreste de nuestro país.

3 Precipitación de invierno II. Base de datos observados La primera parte del análisis consistió en revisar la capacidad del modelo de reproducir los patrones espaciales del clima de México. Para lo cual se utilizaron datos diarios de precipitación, temperaturas máxima y mínima, para el periodo de Se eligieron aquellas estaciones con registros largos (al menos 70%) y continuos. En la figura 1 se muestra las 422 estaciones seleccionadas para el análisis. Fig. 1 Localización de estaciones III. Variabilidad Estacional del Clima en México Precipitación en Verano Durante el verano se recibe la mayor parte de las lluvias en nuestro país, principalmente en el sur y en la región del monzón mexicano (Fig. 2a), lluvias asociadas a sistemas tropicales como ondas del este, ciclones tropicales, etc. El clima presente, simulado por

4 el modelo, se ajusta muy bien con las observaciones, con el patrón típico de lluvias en la región del monzón y sur de México, así como en la parte central (Fig. 2b). En el futuro, se espera una reducción de las lluvias en el sur de México durante el verano, mientras que un incremento de las lluvias en el noroeste (Figs. 2c,d). Una posible explicación a esta reducción de las lluvias, estaría relacionada con un desplazamiento de la ITZC hacia latitudes mas bajas, alejándose del territorio mexicano. Se espera que ante un calentamiento global, los eventos de El Niño serán cada vez mas frecuentes e intensos. Durante eventos El Niño, la ITCZ tiende a emigrar hacia el sur, alejándose de México. Con registros de precipitación anual de los últimos sesenta años se observa una tendencia a un aumento en el norte de México, mientras que en el sur se ha observado a una reducción de las lluvias (Fig. 3). Si se extrapola esta situación, el modelo muestra esa misma tendencia para el clima futuro. Fig. 2 Precipitación estacional de verano (Junio-Septiembre) a) Observada, b) Presente, c) Futuro y d) Futuro Presente, en mm/día.

5 Fig. 3 Tendencia de precipitación anual observada (en mm/100) durante el periodo Temperatura en Invierno Temperatura de Verano Las temperaturas mas altas se registran durante los meses de verano, siendo en la región semiárida en el noroeste de México donde se registran temperaturas por encima de 40 o C (Fig. 4a). Este patrón de temperatura es descrito muy bien en el clima presente (Fig. 4b). En el clima futuro se espera un aumento de temperatura en todo el país en promedio de 2.5 o C, destacando las regiones del norte de México donde se esperan aumentos de temperatura de mas de 3.5 o C (Figs. 4c,d).

6 Fig. 4 Temperatura media estacional de verano (Junio-Septiembre) a) Observada, b) Presente, c) Futuro y d) Futuro Presente, en o C IV. Ciclo anual de precipitación y temperatura Ciclo anual de precipitación Una vez que se revisó la capacidad de reproducir el patrón espacial de la precipitación y temperatura de verano e invierno, es importante analizar si logra reproducir el ciclo anual. Para esto, se seleccionaron algunas estaciones con diferente ciclo anual de lluvias (Fig. 5).

7 Fig. 5. Estaciones seleccionadas para analizar el ciclo anual de precipitación y temperatura El primer sitio corresponde a Ensenada, BCN, que cual se caracteriza por lluvias durante los meses de invierno, mientras que en verano es relativamente seco (Fig. 6, línea negra). El modelo reproduce muy bien el ciclo anual en este sitio, aunque sobreestima la cantidad de lluvia al final del año (Fig. 6, línea azul). Fig. 6. Precipitación diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Ensenada, BCN

8 Para la región del monzón, se eligió a la estación de Hermosillo, Sonora. Esta región se caracteriza por lluvias intensas durante el periodo de julio a septiembre (Fig. 7, línea negra). En el caso del clima presente reproducido por el modelo, este muestra un máximo de lluvias durante ese periodo aunque tiende a sobreestimar la cantidad de lluvia (línea azul). La condición para el futuro, se espera un ligero aumento de la precipitación durante esta época del año (línea roja). Fig. 7. Precipitación diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Hermosillo, Sonora En el sur de México hasta Centro América, como parte del ciclo anual de las lluvias de verano, se observa un primer máximo de precipitación en Junio y un segundo máximo durante septiembre, por lo tanto se registra un mínimo relativo durante los meses de julio y agosto (Fig. 8, línea negra). A este patrón climático se le conoce como la Sequía de Medio Verano (Magaña et al 1999), canícula o veranillo, de acuerdo a cada región. Para esto, se eligió a la estación de Nejapa, Oaxaca. El modelo muestra la reducción de las lluvias a mitad del verano (línea azul). La condición que se espera en esta región para el futuro, es una disminución de la lluvia lo que sugiere que se experimente una canícula mas intensa (línea roja).

9 Fig. 8. Precipitación diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Nejapa, Oaxaca Finalmente, en el centro de México se caracteriza por lluvias de verano, tal y como se observa en la estación de Atlanga, Tlaxcala (Fig. 9, línea negra). En el clima presente, simulado por el modelo, sobreestima la cantidad de precipitación (Fig. 9, línea azul). Se espera un ligero incremento de precipitación en el futuro (Fig. 9, línea roja) Fig. 9. Precipitación diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Atlanga, Tlaxcala

10 Ciclo anual de temperaturas máxima y mínima. Un análisis similar se realizó con las temperaturas máxima y mínima (Figs ). En general, el modelo reproduce bien el ciclo anual de la temperatura del clima presente (línea azul) y en todos los sitios seleccionados representativos de las regiones, se espera un aumento de temperatura en promedio de 2.5 o C. Fig. 10. Temperatura máxima diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Ensenada, BCN Fig. 11. Temperatura máxima diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Hermosillo, Sonora

11 Fig. 12. Temperatura máxima diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Nejapa, Oaxaca Fig. 13. Temperatura máxima diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) Atlanga, Tlaxcala

12 Fig. 14. Temperatura mínima diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Ensenada, BCN Fig. 15. Temperatura mínima diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Hermosillo, Sonora

13 Fig. 16. Temperatura mínima diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Najapa, Oaxaca Fig. 17. Temperatura mínima diaria promedio observada (línea negra), presente (línea azul) y futuro (línea roja) de Atlanga, Tlaxcala.

14 V. Ocurrencia de eventos extremos Eventos extremos de precipitación Es sabido que la frecuencia e intensidad de eventos extremos de precipitación, tales como lluvias intensas o sequías, se incrementará en algunas regiones del mundo, incluyendo a México, debido a cambios en la intensidad o en el patrón del ciclo hidrológico, conforme el calentamiento global progrese. Por lo tanto, proyecciones futuras confiables utilizando los modelos climáticos cobran gran importancia. Con el escenario de cambio climático se han calculado índices extremos de precipitación y temperatura. En el caso de precipitación se utilizaron 3 índices: Intensidad Simple de Precipitación Es la suma de la precipitación acumulada durante el año, dividida entre el número de días con lluvia (> 1.0 mm). Las unidades son mm/día. Duración media de periodos secos Máximo número de días al año sin precipitación (<1.0 mm). Máximo número de días consecutivos sin lluvia Máximo número de días consecutivos sin lluvia. A continuación solo se muestran los cambios a futuro de los índices mencionados arriba. En el futuro habrá un ligero aumento en la intensidad de las lluvias en el noroeste de México y en los estados de Michoacán, Guerrero y parte de Oaxaca, mientras que en el Noroeste se presentarán lluvias más intensas (Fig. 18). Este incremento en la intensidad de las lluvias podría explicar el aumento de las lluvias en el sur de México y una disminución en el norte, tal y como se mostró previamente (Fig. 2). En cuanto a la duración de periodos secos, no se esperan mayores cambios con excepción de Baja California Norte (Fig. 19). Por otro lado, habrá un aumento en el número consecutivo de días secos en el centro y sur de nuestro país, mientras que hacia el noroeste habrá una disminución (Fig. 20). Este último índice complementa una posible explicación de los cambios en las lluvias en norte y sur de México mencionados anteriormente, por un lado en el noroeste de México las lluvias serán más frecuentes y más intensas, reflejándose

15 en un aumento en lluvia anual. Por otro lado, en el sur de México se presentarán lluvias menos intensas y una reducción en el número de días con lluvias, como consecuencia de estos dos elementos, habrá una reducción en la lluvia anual. Fig.18 Cambio en la intensidad de precipitación (en mm/día)

16 Fig. 19 Cambio en duración media en días de periodos secos Fig. 20 Máximo número de días consecutivos sin lluvia

17 Eventos Extremos de Temperatura Para el caso de temperatura, se utilizaron los siguientes índices: Días de heladas Número de días al año con temperatura mínima por debajo de 0 o C. Noches tropicales Número de días al año con temperatura mínima por encima de 25 o C. Días tropicales Número de días al año con temperatura máxima por encima de 30 o C En cuanto al número de días con temperaturas mínimas por debajo de 0 o C, en el futuro disminuyen en el norte de México, con una clara componente orográfica, tal y como se observa en la región de Sonora con la Sierra Madre Occidental (Fig. 21). En lo que se refiere a noches tropicales, los mayores cambios ocurrirían en las zonas costeras del noroeste, así como en el litoral del Golfo de México hasta la Península de Yucatán (Fig. 22). Finalmente, se observa un aumento en el número de días tropicales en casi todo el país, con excepción de las zonas montañosas de México (Fig. 23). Fig. 21 Cambio de número de días con heladas al año

18 Fig. 22 Número de noches tropicales al año Fig. 23 Cambio en el número de días tropicales

19 Es importante aclarar que los umbrales de temperatura, que definen estos índices extremos, son constantes para todo el dominio, por lo que en un futuro se deberán calcular estadísticamente estos valores umbrales (por ejemplo utilizando percentiles) en cada punto de la malla. Conclusiones Las simulaciones de precipitación y temperatura del clima presente para la región de México es comparable con las observaciones. El modelo tiene la capacidad de reproducir muy bien la variabilidad estacional y el ciclo anual de precipitación y temperaturas máximas y mínimas en diferentes regiones de México.