Cantidad de días con lluvia y eventos significativos de sequía en el centro de Cuba

La sequía es un fenómeno perjudicial y subrepticio que se produce a raíz de niveles de precipitación inferiores a lo esperado o a lo normal y que, cuando se prolonga durante una estación o durante períodos más largos, hace que las precipitaciones sean insuficientes para responder a las demandas de la sociedad y del medio ambiente (OMM, 2006).

El geopotencial de una superficie isobárica en cada punto suyo es el trabajo que debe invertirse al ir superando la gravedad, para elevar la unidad de masa de aire desde el nivel del mar hasta el punto dado. De esta forma, en cualquier punto de la superficie isobárica, en una latitud dada, existe un geopotencial determinado, que es proporcional a la altura de dicho punto sobre el nivel del mar. Los mapas de superficies isobáricas son mapas que representan las condiciones meteorológicas por niveles troposféricos, los cuales sirven de apoyo para el pronóstico del tiempo (Jromov, 1983).

El movimiento vertical de las masas de aire en la troposfera se determina mediante la velocidad vertical de presión Omega , expresado en Pascal por segundo (Pa/s). Omega positiva indica movimientos de descenso, lo que representa condiciones que desfavorecen los procesos de la lluvia y Omega negativo, movimientos de ascenso que la favorecen (Centella et al., 2006; Cutié & Lapinel, 2013).

El área de estudio se encuentra aproximadamente entre los 21º 15´ y 23º 06´ de latitud Norte y los 80º 30´ y 76º 15´ de longitud Oeste en el centro de Cuba. Limita al Norte con el Océano Atlántico, al Este con la provincia de Las Tunas, al Sur con el mar Caribe, y al Oeste con la provincia de Matanzas (Figura 1). Ocupa las provincias de Cienfuegos, Villa Clara, Sancti Spiritus, Ciego de Ávila y Camagüey, desde el punto de vista de la división político administrativo (Gutiérrez & Rivero, 1999; Sánchez, 1989).

Fueron empleadas 19 estaciones meteorológicas del Instituto de Meteorología (INSMET), distribuidas en toda la región central, tanto en zonas interiores como cercanas a la costa, para obtener datos de días con lluvia de alta calidad desde 1981 hasta el 2010, proporcionados por el Centro Nacional del Clima (CENCLIM) a partir de los acumulados diarios de lluvia en 24 horas, clasificados por intervalos (Figura 1). Se escogieron cinco intervalos (0.1 a 10 mm, 10 a 20 mm, 20 a 50 mm, 50 a 100 mm y ≥ 100 mm) a partir de los registros de las Tablas de asentamiento de las Observaciones Meteorológicas del CENCLIM y por referencia de otros trabajos relacionados con esta variable.

El procesamiento y validación de los datos de los periodos lluvioso (comprende los meses desde mayo a octubre) y poco lluvioso (abril hasta noviembre) se realizó mediante el software Microsoft Office Excel 2016 donde se calcularon los promedios de los días con lluvia total y por intervalos. Además, se realizó el mismo procedimiento y el estudio de las distribuciones percentílicas por estaciones, meses y decenios del periodo lluvioso, así como el cálculo de los coeficientes de variación del valor medio de días con lluvia. Se concentró el estudio en esta temporada porque los mayores acumulados anuales de las lluvias en Cuba ocurren en estos meses y resulta más importante en su variabilidad espacial y temporal (Lecha et al., 1994).

Los mapas de distribución espacial fueron procesados mediante el Sistema de Información Geográfico (SIG) QGIS v 2.14, sobre la base cartográfica de GEOCUBA y con la proyección Cónica Conforme de Lambert, así como el mapa de ubicación. En este último, se utilizaron imágenes del satélite ALOS-PALSAR (12.5 m de resolución) para confeccionar el modelo digital de elevación, obtenidas del sitio Earth Data de la NASA (National Aeronautics and Space Administration). Con el software estadístico Statgraphics v 5.1 se calculó la tendencia en los meses e intervalos del periodo lluvioso.

Para relacionar los días con lluvia y los eventos de sequía se identificaron aquellos periodos mayo-octubre más afectados en el área de estudio, tomados a parir de aquellos que presentaron mayores días deficitarios en cada estación y la mayor frecuencia de afectación simultánea entre todas las estaciones meteorológicas. También se detectaron los meses más deficitarios dentro de cada periodo, todo mediante el método de los deciles y bajo el criterio de días lluviosos igual o por debajo del rango Decil 2, según la escala de Gibbs & Maher (1967) (Tabla 1). Para la investigación detallada de cada periodo deficitario encontrado, se establecieron los llamados casos de estudio: 1989, 1993, 1994 y 2004. Asimismo, para cada mes identificado como más afectado se determinó la distribución de días con lluvia por intervalos, expresada en rangos deciles.

En vista de comprender y conocer mejor las causas del déficit de días con lluvia, se examinaron determinadas variables climatológicas que son de interés durante la ocurrencia de eventos de sequías. Entre las variables seleccionadas estuvieron los mapas de superficies geopotenciales y la velocidad vertical de presión Omega. Los mapas de geopotenciales con los valores medios y las anomalías en los niveles troposféricos de 925, 825, 700, 500, 300 y 200 hPa fueron confeccionados para un área que comprende desde los 10º N a 30º N y 260º W a 300º W, tomados a partir del Laboratorio de Investigaciones del Sistema Tierra (ESRL) de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Los datos de Omega proceden de este mismo sitio, pero del área que cubre los 20º N a 22. 5º N y 280º W a 282.5º W. De estos valores se obtuvieron gráficos mediante el Excel, comparando los perfiles medios históricos para el período lluvioso y meses respectivos con los perfiles correspondientes afectados. Estos perfiles se basaron en los valores de Omega en las superficies de presión de 1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150 y 100 hPa.

Para el período lluvioso se definió un promedio de 85 días con lluvia, que representa un 46 % de los 184 días evaluados para este período; mientras que en el poco lluvioso se obtuvieron solamente 38 días de los 181 correspondientes, lo que significa un 21 %. Esto confirma el gran contraste de días con lluvia de una temporada respecto a la otra, en una proporción de 2.2 veces más días en el período lluvioso. Al examinar este comportamiento por intervalos, se percibe que, en ambos períodos estacionales, la mayor cantidad de días con lluvia promedio se registran en el intervalo de 0.1 a 10 mm, alcanzando 56 días (66 %) en el período lluvioso y 30 días (79 %) en el poco lluvioso. Es de interés destacar que para el período lluvioso y el poco lluvioso, hasta los 50 mm se acumulen el 94 % y 98 % respectivamente. Estos valores representan la casi totalidad de los días con lluvia. A partir de los 50 mm y en adelante solo ocurre como promedio 5 y 1 días en cada período antes mencionado. Todo lo cual evidencia la escasa ocurrencia de días con lluvia con estas últimas magnitudes de lluvia (Tabla 2). Estos resultados tienen concordancia con lo investigado en Durán (2016) para el occidente de Cuba.

Aunque para el periodo lluvioso existe un promedio de 85 días con lluvia, existen zonas que pueden superar los 100 días, como ocurre en Tope de Collantes, con aproximadamente 114 días lluviosos como promedio. En las costas se presentan zonas con la menor cantidad de días con lluvia alcanzando apenas los 72 e incluso 64 días, como se aprecia en Nuevitas. Hay un fuerte contraste entre el este y el oeste del área de estudio, siendo mínimas hacia la costa norte de Camagüey, y mayores en las áreas montañosas al suroeste de la región, que comprende el sur de las provincias Cienfuegos, Sancti Spíritus y Ciego de Ávila (Figura 2 a).

Para el periodo poco lluvioso la norma es encontrar los mayores valores promedio de días con lluvia en la costa norte, para ir disminuyendo hasta alcanzar los valores mínimos en la costa sur. Existen zonas que pueden superar los 50 días, como ocurre en Sagua la Grande y Nuevitas. En las costas sur se presentan zonas con la menor cantidad de días con lluvia alcanzando apenas los 29 días, como se aprecia en Trinidad (Figura 2 b).

En el intervalo entre 0.1 y 10 mm, se alcanzan en la región como promedio 56 días con lluvia. En el mismo se concentra el mayor número de días con lluvia. Si bien en la región Montañas de Trinidad se alcanza hasta 74 días con lluvia, en la parte Norte y costera de Camagüey no sobrepasan los 50 días, disminuyendo incluso, hasta 46 días con lluvia (Figura 3 a).

El promedio entre 10 y 20 mm para la región es de 12 días con lluvia, predominando la mayor cantidad de días hacia el interior y la costa sur del territorio, destacándose áreas localizadas en la zona de Trinidad y El Jíbaro. Valores inferiores se presentan hacia las costas norte, como es el caso de Nuevitas (Figura 3 b).

El intervalo entre 20 y 50 mm, al igual que en el anterior, el promedio que se alcanza en la región es de 12 días con lluvia, localizándose la mayor cantidad de días hacia el interior y la costa sur del territorio. Por lo general en las zonas costeras disminuyen los días con lluvia promedio, más acentuadamente al Norte y Sur de Camagüey (Figura 3 c). Los mapas correspondientes a los intervalos 50-100 mm y 100 no se elaboraron porque la cantidad de días no ofrece resultado relevante. No obstante, se encontró que el valor promedio entre 50-100 fue de 3 días, representando solo un 4 % del total y a partir de este intervalo podemos considerar las lluvias como extremas. En el último rango solo se encontró dos días promedios y en ambos casos fueron mayores en las zonas montañosas de la región.

Al analizar la tendencia de los meses lluviosos, se evidenció que, la misma tiende ligeramente al aumento para los meses desde junio a octubre, excepto mayo que no manifestó un comportamiento específico, pero la tendencia no resultó ser estadísticamente significativa.

El análisis de este parámetro para el caso de los intervalos indicó que, en los intervalos de 0.1 a 10 mm, de 20 a 50 mm, de 50 a 100 mm y por encima de los 100 mm existe una ligera tendencia al aumento, solo estadísticamente significativa para el rango de 0.1 a 10 mm con un p-valor menor a 0.05 (Figura 4). Todo ello tiene relevancia si se tiene en cuenta que en este rango se acumula el 66% del total de días con lluvia. Sin embargo, el incremento en este intervalo no representa un aporte significativo al acumulado total de lluvias.

Al analizar el comportamiento del promedio total de días con lluvia por meses se obtuvo a septiembre con el mayor promedio, 16 días, seguido de agosto con 15 días y comparando estos resultados con el comportamiento de la lluvia en la región coincide con el mes de septiembre pero no con agosto, puesto que junio resulta el otro mes de mayor precipitación, pero en este caso es agosto, lo que puede ser consecuencia de eventos generadores de fuertes lluvias como ciclones tropicales y la vaguada de niveles medios que provocan grandes acumulados en pocas horas, mientras en agosto se generarían más días con lluvia de menor intensidad y lluvias menos intensas. El mes de menor promedio de días con lluvia es mayo, aún en tránsito hacia el período lluvioso y julio, coincide con el periodo intraestival o canícula, que es la etapa donde disminuyen las precipitaciones durante la época lluviosa respecto a su promedio y que coincide normalmente con una fuerte influencia anticiclónica (Figura 5).

Mientras, al calcular la cantidad de días con lluvia por intervalos se reflejó un comportamiento similar que el anterior pero solo en los primeros intervalos (0.1 a 10 mm y 10 a 20 mm), mientras en los intervalos superiores a los 20 mm, el mes de junio resultó ser el de mayor cantidad de días con lluvia al igual que septiembre. Esto indica que hay mayores días con lluvia y mayor frecuencia de lluvias por debajo de los 20 mm, pero superior a este valor los días con lluvia aumentan o las lluvias son más intensas, o sea, menos intensidad y mayor frecuencia hasta los 20 mm, luego la frecuencia disminuye, pero aumenta la intensidad. Mayo presentó menos valores hasta los 20 mm y luego aumentan respecto a otros meses, lo que puede ser consecuencia de la vaguada de niveles medios que aparece a fines de este mes. Julio siempre refleja la llamada sequía intraestival, mientras octubre desde los 20 a los 100 mm, es el de menor cantidad de días lluviosos, lo que puede estar condicionado por la transición de la temporada lluviosa a la poco lluviosa.

Se obtuvo el mayor por ciento promedios de días con lluvia en el intervalo de 0,1 a 10 mm, con un 63% aproximadamente. Los meses de agosto y septiembre están por encima de estos valores, mientras que mayo tiene el menor valor. Los intervalos de 10 a 20 mm y de 20 a 50 mm tienen menor porcentaje de días con lluvia con respecto al primer intervalo, con 14% y 13% respectivamente. En cuanto a los días con lluvia de 50 a 100 mm el por ciento es de 7%, pero los meses julio, agosto y octubre se mantienen por debajo de esta cifra. Sin embargo, para los días con lluvia >100 mm el promedio es 3%, aproximadamente, es decir que el 97% de días con lluvia promedio se encuentra en el rango de 0,1 a 100 mm. Esto indica que, a pesar de mayor cantidad de días con lluvia el acumulado de precipitaciones no es óptimo, es decir, mayor intensidad no coincide con mayor frecuencia (Tabla 3).

A través del cálculo de los valores medios de días con lluvia y el coeficiente de variación en el período 1981-2010 y también por decenios, se comprobó que la mayor variabilidad se presenta precisamente en los meses de tránsito estacional mayo y octubre, con valores correspondientes a 0.32 y 0.31, respectivamente. La menor variación pertenece a septiembre (0.1) y agosto (0.14). De manera general, el coeficiente fluctúa entre 0.10 a 0.32. En mayo y octubre, el coeficiente ha aumentado en el último decenio, a diferencia de junio, julio y agosto que ha disminuido (Tabla 4). Los días con lluvia de cada decenio en los diferentes meses, se mantienen constantes en mayo y en junio, el resto de los meses varían en el orden de un día con lluvia, principalmente aumentando en el tercer decenio, lo que puede estar indicando un aumento de días lluviosos hacia los últimos años. Estos resultados coinciden con los encontrados por Durán (2016) en el occidente del país.

Se seleccionaron los periodos lluviosos de cada estación que estuviera por debajo de la mediana (Decil 5) y el decil 2 que se toma como criterio crítico (ver Tabla 1). Esta comparación, tomando en cuenta la distribución percentílica, resulta conveniente, pues para el análisis de la lluvia como elemento meteorológico, el uso de la media aritmética es inapropiado. Los mayores déficits de días con lluvia se localizan en las estaciones de Tope de Collantes (27 días) y Camagüey (21 días); los menores en las estaciones Cienfuegos y Caibarién, ambas con 10 días. En cuanto a su distribución espacial, los mayores déficits responden a zonas del interior del área de estudio y viceversa (Figura 6).

En los casos de períodos lluviosos con déficit significativos (Decil ≤ 2) en el total de días con lluvia por intervalos, se aprecia que, en cada intervalo, la mayoría de las estaciones reflejan déficit de días con lluvia. La clase de 0.1 a 10 mm es evidente que es la más afectada ya que 18 de las 19 estaciones de estudio presentan déficit entre los deciles 1 y 3. En los otros intervalos, algunas estaciones reflejan valores que superan el Decil 5. Los intervalos de 50 a 100 y ≥ 100 mm, son los menos afectados, este último con solo una estación en el Decil 1 (Tabla 5).

Respecto a la primera clase se evidencia claramente el nivel de afectación de los días con lluvia promedio en relación con los períodos deficitarios en todas las estaciones meteorológicas. En el grupo de 10 a 20 mm, se observa una mayor diferencia de días con lluvia en las estaciones costeras. De 20 a 50 mm, en todo el territorio los días con lluvia de los períodos deficitarios son menores respecto a los históricos; a partir de los 50 hasta los 100 mm, el mayor déficit se registra en la estación Caibarién, no obstante, en la estación Cienfuegos el promedio del período deficitario es superior al histórico. En el caso de lluvias superiores a 100 mm las diferencias son muy pocas en toda la región, señalando únicamente a la estación Tope de Collantes como la única afectada. En las estaciones con promedios de días con lluvia en los períodos deficitarios superiores al histórico, pueden haber sido el resultado de procesos atmosféricos que han perturbado la lluvia y por ende a los días con lluvia en diferentes zonas, durante el período de estudio de 30 años (Tabla 5).

En resumen, salvo el intervalo superior a los 100 mm, todos presentan déficit en los períodos lluviosos escogidos, lo que confirma que los eventos de sequía no solamente están relacionados con los intervalos superiores a los 40 mm de acumulado de lluvia, como afirmaba Burlustky (1982) y que coincide con lo expuesto por Durán (2016, 2017).

Para identificar los períodos más afectados o casos de estudio , se tomaron en cuenta los que presentaron mayores días deficitarios en cada estación y los períodos lluviosos de mayor frecuencia de afectación simultánea entre todas las estaciones meteorológicas, correspondientes a los años 1989, 1993, 1994 y 2004. En los mismos, las zonas con déficit de días con lluvia se mostraron comunes, tanto en los períodos mayo-octubre, como en los meses más afectados. En los meses de los períodos lluviosos más deficitarios los días con lluvia por intervalos indican que todos son influenciados por los procesos de sequía significativos, los déficits en la cantidad de días con lluvia no dejan de manifestarse en cualquier intervalo. Por tanto, se deduce que la carencia de días con lluvia en los intervalos superiores no son los que únicamente contribuyen a estos procesos (Tabla 6).

Para comprender mejor las causas del déficit de días con lluvia se analizaron las características de las alturas geopotenciales en diferentes superficies de presión y los perfiles verticales de la velocidad vertical de presión (Omega), debido a que estas variables son sensibles frente a situaciones meteorológicas específicas. El período 1994 resultó ser un período contradictorio ya que en ocasiones las variables e índices empleados no reflejaron un comportamiento homogéneo en el mismo, ni en cada uno de sus meses deficitarios en días con lluvia. Esto se profundizó en el análisis por decenas y se comprobó que existieron varios días que aportaron gran cantidad de lluvia, pero en el mes en general los días con lluvia fueron pocos. Por lo que este caso de estudio no se aborda, ya que amerita un análisis más profundo y específico.

En los mapas que corresponden a los campos de geopotenciales relacionados con los períodos mayo-octubre y meses respectivos de mayores afectaciones en la región, se observa, predominantemente la influencia de acentuados procesos anticiclónicos. La marcada influencia del Anticiclón del Atlántico Norte y el Anticiclón mexicano favorecen el descenso de las masas de aire desde los niveles troposféricos superiores a los inferiores, proceso que dificulta al desarrollo de la lluvia. Septiembre de 2004 presentó una marcada influencia anticiclónica solamente en los niveles superiores de la tropósfera (300 y 200 hPa), no siendo así en los niveles bajos y medios (Figura 7).

Fueron evaluados los perfiles verticales de Omega sobre la región central, entre 1000 y 200 hPa, para los casos de estudio (3 períodos lluviosos y 9 meses afectados). Se comprobó que, en la mayoría de estos casos de estudio, las magnitudes de Omega positivas son mayores con respecto a la norma, es decir, más positivas que sus valores normales, resultados que demuestran la existencia de condiciones desfavorables para la lluvia y el déficit observados en la cantidad promedio de días con lluvia (Figura 8).