Actualización del mapa de niveles ceráunicos de Cuba

En Cuba la fulguración constituye la primera causa de muerte por fenómeno natural y en varias zonas del país pueden producirse hasta 150 días con tormenta al año como promedio. La realización de mapas de distribución espacial de tormentas es materia de amplio estudio a nivel mundial, por la necesidad de elaborar a partir de esta información, sistemas de protección contra descargas eléctricas y las diferencias entre estas distribuciones están fundamentalmente en la información base que se usa para caracterizar el fenómeno. En los primeros tiempos se usaban los registros dados por las estaciones meteorológicas (OMM, 1956; Changnon, 1988; Dai, 2001a; 2001b), pero con la creación y desarrollo de nuevas tecnologías se imponen las climatologías realizadas con la información de dispositivos detectores de tormentas y con datos de satélites (Orville et al., 2002; Virts et al., 2013; Cecil et al., 2014; Albrecht et al., 2016). En Cuba, sin embargo no se cuenta con este tipo de información, por lo que sus mapas de ocurrencia de tormentas se realizan a partir de los códigos de estado de tiempo presente y pasado reportados desde las estaciones meteorológicas de superficie.

Aunque existen estudios para regiones específicas como los realizados por Alfonso (1980) para la Isla de la Juventud y el de Alfonso y Florido (1993) para Matanzas, el estudio más abarcador sobre aspectos climáticos de fenómenos y variables meteorológicas lo constituye el presentado por Lecha et al. (1994), donde se describe el comportamiento de diferentes fenómenos con énfasis en las tormentas eléctricas, donde se identificaron máximos de ocurrencia en zonas montañosas e interiores llanas, con un máximo absoluto en la estación de Pinares de Mayarí con más de 140 días y mínimos de actividad en las regiones costeras con valores inferiores a 40 días con tormentas.

La primera distribución espacial de frecuencia de ocurrencia de observaciones con tormenta y número promedio anual de días con tormenta, se realizó utilizando 25 años como promedio de registros de código de estado de tiempo presente reportado por las 68 estaciones meteorológicas activas en ese momento en el país (Álvarez, 2006; Álvarez et al., 2009). Allí se obtuvieron distribuciones semejantes a las obtenidas por Lecha y colaboradores (1994), pero se destacaba una zona de máxima actividad en la llanura Habana - Matanzas con 130 días promedio anual y como salida del estudio se tenía una rejilla con resolución de 4 kms, de valores interpolados de las variables asociadas a tormentas, sobre el territorio nacional. Después de estos trabajos primarios se han realizado dos actualizaciones del mapa de niveles ceráunicos (Álvarez et al., 2012; Álvarez-Escudero y Borrajero Montejo, 2018) cambiando el periodo base y los métodos de interpolación para construir una rejilla regular de puntos de alta resolución a partir de los valores promedios en las estaciones. Todos estos trabajos se realizaron teniendo en cuenta el código de tiempo presente debido a que los registros estaban incompletos, muchas estaciones no hacían observaciones de noche y madrugada (01, 04 y 22 hora local) lo que producía 4 observaciones menos del estado de tiempo pasado al día, además de existir otros faltantes de información que podían introducir sesgo en los resultados (Álvarez-Escudero et al., 2014). Al asumir periodos más hacia el actual, se pudo llegar a un compromiso entre la información faltante y el uso del estado del tiempo pasado para caracterizar las tormentas; así García-Santos y Álvarez Escudero (2018), lograron trabajando con las series de las estaciones correspondientes a las provincias de La Habana, Artemisa y Mayabeque llegar a la conclusión de que las tormentas contabilizadas a partir del código de estado de tiempo pasado, aportaban una información significativa tanto al cálculo de la frecuencia de ocurrencia de observaciones con tormenta con un aumento del 3%, como al número promedio anual de días con tormentas con un aumento de 25 días para el área de estudio y que los valores de ocurrencia crecían de las costas hacia tierra adentro; se recomendó entonces extender el estudio a todo el país.

Álvarez-Escudero y colaboradores (2019) [en prensa] demostraron que el periodo 2005 - 2016 (12 años) contiene alrededor del 99% de la información posible tanto para el código de tiempo presente, como para el pasado, no hay sesgos ni mensuales ni horarios y las series son más actuales, por lo que recomendaron su uso para estudios de marcha anual y diaria y distribución espacial de las tormentas.

El objetivo del presente trabajo es caracterizar la distribución espacial de variables asociadas a tormentas, como el por ciento de ocurrencia de observaciones y el número promedio anual de días, para el territorio cubano, teniendo como periodo base 2005 - 2016 y contabilizando las tormentas a partir de los registros de código de estado de tiempo presente y pasado.

La base de información para el estudio lo constituyen los registros de código de estado de tiempo presente y pasado para 68 estaciones meteorológicas del territorio cubano, en el periodo 2005 - 2016 (12 años) que se encontró, es el periodo con información más completa para ambos códigos, donde no hay sesgos ni mensuales ni horarios y las series son más actuales (Álvarez - Escudero et al., 2019 [en prensa]). Los datos fueron tomados de la Base de Datos “Nueva_THOR” (Álvarez et al. 2012) a la que se le agregaron los registros correspondientes al periodo 2011 - 2016, obtenidos de la Base de Datos del Centro del Clima del INSMET. A estos registros agregados se le realizaron las debidas validaciones para lograr la uniformidad en la información. La distribución espacial de las estaciones meteorológicas se refleja en la figura 1.

Para la identificación del fenómeno tormenta eléctrica a partir del tiempo presente según la Tabla 4678, sobre “Tiempo presente, comunicado desde una estación meteorológica dotada de personal”, del Manual de Claves (OMM, 1988) se seleccionaron los siguientes códigos: 17, 29, 91, 92, 95, 96, 97 y 99 que se refieren a la tormenta eléctrica con o sin lluvia, de cualquier intensidad a la hora de la observación o una hora antes, mientras que para la identificación del fenómeno tormenta eléctrica a partir del código de estado de tiempo pasado se tomó según la Tabla correspondiente del Manual de Claves (OMM, 1988), donde solo se tendrá en cuenta el código “9”, aunque este no brinda mayores especificidades.

Las variables para trabajar fueron:

La distribución espacial del por ciento de ocurrencia de observaciones con tormenta y número promedio anual de días con tormenta y su desviación estándar, se representaron como mapas de isolíneas, siguiendo el método de interpolación dado por Álvarez y colaboradores (2012), con los cambios y adaptaciones sugeridos por Álvarez-Escudero y Borrajero-Montejo (2018), manteniendo como las bases de los campos de referencia el relieve del terreno y la distancia a la costa con una resolución de 30 segundos de grado (0.92 km) y usando los datos de la base GEBCO (GEBCO, 2003).

A partir de los valores de por ciento de ocurrencia de observaciones con tormentas y número promedio anual de días con tormentas en las estaciones se obtuvieron los mapas de estas dos variables en una rejilla que abarca todo el territorio cubano (entre 19.8 y 23.2⁰ de latitud norte y 74.1 y 84.9 de longitud oeste) y un mapa de desviación estándar con respecto a la media para la misma rejilla. Las representaciones se realizaron para una carta base a escala de 1:250000 que abarca todo el Territorio Nacional y que se redujo según el formato de impresión.

La distribución espacial del por ciento de ocurrencia de observaciones con tormenta se muestra en la figura 2. El mapa guarda parecido con el obtenido por Álvarez-Escudero y Borrajero-Montejo (2018), aunque hay diferencias visibles. Los valores de por ciento crecieron desde un 9 hasta un 14 % debido al aporte de los registros de tiempo pasado. En general se observan zonas de máximo al sur de Pinar del Río con énfasis en la zona de la estación de San Juan y Martínez, al centro de Matanzas y Mayabeque con un marcado crecimiento de las costas hacia el interior, el centro y sur de la provincia Ciego de Ávila, que se extiende al sur de Camagüey y en zonas montañosas de las provincias Granma, Santiago de Cuba, Guantánamo y Holguín. La Isla de la Juventud muestra un decrecimiento del noroeste hacia el sureste con mínimo en la estación de Punta del Este (324). La principal diferencia con la versión anterior está en el crecimiento de la ocurrencia al norte de las provincias Ciego de Ávila, Camagüey y oeste de Holguín, lo que hace que se cree un mínimo marcado de menos del 8% del total de observaciones al centro de la provincia de Camagüey.

Por estaciones los valores más altos se registran en San Juan y Martínez (314) con 14.5 %, Veguita (377) con 14.4 %, Gran Piedra (366) con 13.6 % y que fue el máximo de la anterior versión del mapa (Álvarez-Escudero y Borrajero-Montejo, 2018) y Pinares de Mayarí (371) con 13.1 %. Los mínimos se localizan en Punta de Maisí (369) con solo 5.8 % y en Sancti Spiritus (349) con 5.9 %. Para todas las estaciones el promedio es de 9.3 %, superior al obtenido si solo se tienen en cuenta los registros de tiempo presente que es de 5.21 %. Este máximo para la estación de San Juan y Martínez (314) se corresponde con lo reflejado por la climatología realizada a partir de los dispositivos satelitales LIS y OTD (Albrecht et al., 2016), que dan como sitio de máxima ocurrencia en Cuba y lugar 33 en el planeta, a un punto próximo al poblado de San Luis muy cercano a la mencionada estación.

La interpolación realizada por el método dado en Álvarez-Escudero y Borrajero-Montejo (2018) mostró un error promedio para todas las estaciones de 0.01 % con un máximo para la estación de Gran Piedra (366) de 0.52 %.

El número de días promedio anual (nivel ceráunico) medio para todas las estaciones es de 141 días, con máximo de 192 días para la estación de Pinares de Mayarí (371) y San Juan y Martínez (314) con 189. Los mínimos están en Cayo Coco (339) con solo 99 días, seguidos de Punta de Maisí (369) con 104 días. Con respecto a la versión anterior (Álvarez-Escudero y Borrajero-Montejo, 2018) el número de días se eleva como promedio de 160 a 190 días máximo y la inclusión del tiempo pasado trae un aumento de 40 días con respecto a utilizar solo la información de tiempo presente.

La distribución espacial (figura 3) muestra al igual que el por ciento de ocurrencia, máximos al sur de Pinar del Río, centro sur de Ciego de Ávila y sur de Camagüey y zonas montañosas de las provincias orientales del país; sin embargo el mínimo de la región central de Camagüey se extiende al norte del Golfo de Guacanayabo y existen mínimos de alrededor de 130 días, al norte y centro de las provincias Villa Clara y Sancti Spiritus. La Isla de la Juventud muestra una distribución bastante uniforme con valores ligeramente más elevados hacia el sur de la isla debido a que las estaciones de Santa Fe (321) y Punta del Este (324) tiene el mismo nivel ceráunico.

La interpolación arrojó un muy pequeño error promedio para todas las estaciones de 0.001 días, con máximo error para la estación Gran Piedra (366) con 0.2 días.

La desviación estándar (figura 4) muestra un máximo de alrededor de 36 días al norte y centro de la provincia Camagüey y otros aproximadamente 25 días alrededor de la zona de la estación Paso Real de San Diego (317), sur de Sancti Spiritus y alrededor de la estación Punta de Maisí (369). En la Isla de la Juventud los valores crecen hacia el sur.

La estación con máxima desviación estándar es Punta de Maisí (369) con 50 días, seguida por Camagüey (355) con 37. El mínimo de 7 días se localiza en la estación de El Yabú (343) seguido de Colón (332) con 9.

Aquí los valores promedio son también superiores a los dados por Álvarez-Escudero y Borrajero-Montejo (2018) ya que llegan a los 50 días, a diferencia de la versión anterior del mapa que alcanzaba solo 30 y la distribución cambia bastante a lo largo del país. Debe destacarse que las zonas de alta variabilidad coinciden en muchos puntos con los mínimos de ocurrencia de tormentas por lo que a la hora de hacer diseños de protección contra descargas se debe de tener en cuenta la desviación estándar porque aunque un punto pueda presentar valores bajos de ocurrencia en su marcha interanual puede alcanzar valores altos en años específicos. La introducción del tiempo pasado aporta aquí como promedio 7 días de desviación estándar.

En la interpolación de este mapa el error promedio para todas las estaciones fue de 0.012 días con máximo de 0.89 para la estación de Punta de Maisí (369)

La inclusión de los registros de código de tiempo pasado en la contabilización de las tormentas ha provocado en crecimiento del 4% para la ocurrencia de observaciones con tormenta, de 40 días para el nivel ceráunico y 7 para la desviación estándar.

El por ciento de ocurrencia de observaciones con tormenta presenta zonas de máximo al sur de Pinar del Río con énfasis en la zona de la estación de San Juan y Martínez, al centro de Matanzas y Mayabeque con un marcado crecimiento de las costas hacia el interior, el centro y sur de la provincia Ciego de Ávila, que se extiende al sur de Camagüey y en zonas montañosas de las provincias Granma, Santiago de Cuba, Guantánamo y Holguín.

La distribución espacial del número promedio anual de días con tormenta presenta máximos al sur de Pinar del Río, centro sur de Ciego de Ávila, sur de Camagüey y zonas montañosas de las provincias orientales del país.

La desviación estándar muestra un máximo de alrededor de 36 días al norte y centro de la provincia Camagüey y las zonas de alta variabilidad coinciden en muchos puntos con los mínimos de ocurrencia de tormentas.