Variabilidad de las inundaciones costeras en Holguín ocasionadas por huracanes durante los siglos XIX - XXI

Descripción de los datos

Para la clasificación de las inundaciones costeras se empleó la tipificación propuesta por (Hidalgo et al., 2017Hidalgo, A., Mitrani, I. & Pérez, G. (2017). Nueva clasificación de las inundaciones costeras en Cuba. Revista Cubana de Meteorología, 23(2): 209-216 ).

Según (Hidalgo, 2016Hidalgo, A. (2016). Metodología para el estudio climático de las inundaciones costeras en Cuba. (Tesis de Maestría). Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas, La Habana.) la causa de la variabilidad de los eventos de inundación costera para esta región debe buscarse en la actividad ciclónica para el área, dada la relación causa‐efecto tan alta existente entre ambos fenómenos. Se consultaron trabajos de (Hidalgo y Mitrani 2012Hidalgo, A., & Mitrani, I. (2012). Particularidades hidrometeorológicas del litoral Gibara-Playa Guardalavaca. Revista Cubana de Meteorología, 18(2): 152-163, 2015Hidalgo, A., & Mitrani, I. (2015). Tendencias climáticas de las inundaciones costeras en el litoral Gibara-Playa Guardalavaca, provincia Holguín, Cuba. Revista de Climatología, 15: 93-102; Hidalgo et al., 2017Hidalgo, A., Mitrani, I. & Pérez, G. (2017). Nueva clasificación de las inundaciones costeras en Cuba. Revista Cubana de Meteorología, 23(2): 209-216 ) sobre la “Cronología de las inundaciones costeras en el litoral Gibara- Playa Guardalavaca”. De la cronología anterior se extrajeron sólo aquellos casos que fueron ocasionados por huracanes.

Se examinó la cronología confeccionada por (Pérez, 2013Pérez, R. (2013). Cronología de los huracanes de Cuba. Reporte de Investigación, La Habana: Instituto de Meteorología.). En estas sólo se recogen los huracanes que afectaron Cuba desde 1791 hasta la actualidad (utilizando en la presente investigación la serie desde el año 1852) cuyo centro pasa por el territorio cubano o cuando se registren vientos máximos sostenidos con fuerza de huracán, donde se incluyen organismos que afectaron Holguín pero se hace necesario revisar otras fuentes para detectar aquellos que pudieron causar inundaciones sin cumplir con este criterio.

Se consultó la base de datos HURDAT 2.0, que incluye la intensidad, presión central, posición, trayectoria y tamaño de los ciclones tropicales y/o subtropicales (Landsea y Franklin, 2013Landsea, C. W., & Franklin, J. L. (2013). Atlantic Hurricane Database Uncertainty and Presentation of a New Database Format. Monthly Weather Review, 141(10): 3576-3592), en la búsqueda de las trayectorias de huracanes que pudieron quedar excluidas de la cronología de estos eventos en Cuba por no cumplir con los requisitos de afectación a Cuba considerados en la investigación anterior.

Análisis estadístico

El análisis de la frecuencia absoluta decadal de los eventos moderados y fuertes reveló un incremento significativo a partir de 1980, es por ello que para probar el posible aumento o disminución de los episodios de inundación se comparó la frecuencia de estos eventos ocurridos desde 1980 hasta el 2020 con los del período 1852 - 1979, (periodos de prueba y referencia respectivamente) aplicándose la prueba de hipótesis de la proporción según (Guerra et. al., 2006Guerra, C., Menéndez, E., Barrero, R. & Egaña, E. (2006). Estadística. Segunda Edición ed., La Habana: Editorial Félix Varela.) a partir del siguiente estadígrafo.

Donde:

p,p₀ : Proporciones de los períodos de prueba y de referencia respectivamente.

x,n: Cantidad de eventos y tamaño de la muestra del período de prueba respectivamente. Para la aplicación de esta prueba el tamaño de la muestra debe ser mayor a 30 para que se cumple el Teorema Central del Límite, a partir del cual la distribución Binomial se puede aproximar a la Normal (Guerra et al., 2006Guerra, C., Menéndez, E., Barrero, R. & Egaña, E. (2006). Estadística. Segunda Edición ed., La Habana: Editorial Félix Varela.).

Si se desea probar como hipótesis nula (H₀) que p ≥ p₀, o sea que la proporción de prueba es mayor que la de referencia, está se rechazará para un nivel de significación del 5%; si se cumple la región crítica Z < -1,645; mientras que por el contrario si se analiza si las dos proporciones son iguales entonces H₀ se rechazaría para el mismo nivel de significación si |Z| > 1,96.

Descripción de la metodología propuesta

La técnica de los análogos, incluida dentro de los métodos estadísticos - climatológicos permite realizar estimaciones empleando las relaciones estadísticas entre las variables de predicción (predictores) y las variables a predecir (predictandos) sin ofrecer información de los procesos físicos (lineales o no lineales) que se encuentran involucrados. Aplicados al pronóstico de la trayectoria de un ciclón tropical, parten del concepto de que las mismas tienden a ser repetitivas por estar asociadas con patrones sinópticos igualmente repetitivos a través del tiempo. Por lo tanto, en lugar de tener en cuenta todos los ciclones tropicales que se desarrollaron anteriormente en la misma cuenca, se agrupan todos los organismos que describieron una trayectoria análoga. Entonces, los valores de la velocidad de traslación del ciclón tropical y la trayectoria descrita, deberían ser similares a las del organismo actual (Hope y Neumann, 1971Hope, J. R., & Neumann, C. J. 1971. Computer methods applied to Atlantic Area Tropical Cyclone Climatology. Mariners Weather Log, 15(2): 272-278. ) (Roy C. y Kovordanyi R., 2012Roy, Ch., & Kovordanyi, R. (2012). Tropical cyclone track forecasting techniques: A review, Atmospheric research, (104-105): 40-69,)

Los autores toman como hipótesis, que un análisis inverso permita evaluar hacia el pasado el comportamiento de las inundaciones costeras que pudieron tener todos los huracanes presentes en un registro histórico y que resultaron análogos a un huracán tipo que ya aconteció y del que existe registro de su comportamiento, ello permitiría establecer un estudio de la variabilidad, utilizando un enfoque retrospectivo a partir de la técnica de análogos.

En (Sneyers, 1990Sneyers, R. (1990). On the statistical analysis of series of observation. Geneva: World Meteorological Organization.) se recomienda emplear los test no paramétricos de Spearman, Mann-Kendall (M-K) y Pettitt para el análisis de tendencia y punto de cambio; sin embargo, estas pruebas no son válidas para variables discretas como es el caso del total de inundaciones costeras por año asociadas a huracanes. Es por ello que se emplea la prueba de la proporción según (Guerra et al., 2006Guerra, C., Menéndez, E., Barrero, R. & Egaña, E. (2006). Estadística. Segunda Edición ed., La Habana: Editorial Félix Varela.) para el análisis estadístico.

Discusión de la metodología propuesta

Los métodos propuestos resultan compatibles con los descritos en diferentes publicaciones sobre la temática (Hope y Neumann, 1970Hope, J. R., & Neumann, C. J. (1970). An operational technique for relating the movement of existing tropical cyclones to past tracks. Mon. Wea. Rev, 98(12): 925-933; Hsiao-Chung y Russell, 2014aHsiao-Chung, T., & Russell, L. E. (2014a). Applications of Situation-Dependent Intensity and Intensity Spread Predictions Based on a Weighted Analog Technique. Asia-Pac. J. Atmos. Sci., 50(4): 507-518; Hsiao-Chung y Russell, 2014bHsiao-Chung T., & Russell L. E. (2014b). Improved Tropical Cyclone Intensity and Intensity Spread Prediction in Bifurcation Situations. Asia-Pac. J. Atmos. Sci., 50(4):117-128; Hidalgo et al., 2020Hidalgo, A., Mitrani, I., Ramírez, W., Pérez, Y., Córdova, O., & Machado, A. (2020). Metodología para el estudio climático de las inundaciones costeras en Cuba. Aplicación en la costa norte de la región central y oriental. Revista de Cubana de Meteorología, 26(2): 209-216.). A medida que la serie se extiende hacia el pasado la información comienza a ser cada vez más limitada e incompleta, por lo que la singularidad de la metodología propuesta es que permite reconstruir la cronología de inundaciones desde el siglo XIX usando solamente datos de trayectoria de los organismos, a pesar de conocer que la inundación costera depende además de otros factores como la velocidad y persistencia del viento, su distribución espacial, las particularidades en el campo bárico y la configuración geográfica de la zona costera (Mitrani et al., 2017Mitrani, I., García, E., Hidalgo, A., Hernández, I., Salas, I., Pérez, R., Díaz, O. O., Vichot, A., Pérez, A., Cangas, R., Álvarez, L., Pérez, O., E., Rodríguez, J. A., Rodríguez, C. M., Pérez, A. L., Morales, A., Viamontes, J., & Pérez, J. (2017). Inundaciones costeras en Cuba y sus tendencias climáticas. La Habana: CITMATEL).

Aplicación de la metodología propuesta en el litoral Gibara - Playa Guardalavaca

Según (Rodríguez et al., 2009Rodríguez, R. A., Córdoba, E. A., Franco, J. A. & Rueda, A. (2009). La Erosión de las playas del litoral de Holguín, Cuba. Ciencias Holguín, 15(1)), el litoral holguinero tiene una extensión total de 897,2 km, incluyendo las 19 bahías, la costa exterior tiene una longitud de 277 km y a pesar de estar en su totalidad bajo influencia del oleaje ciclónico generado por organismos que se desplazan por el Canal viejo de las Bahamas y aguas aledañas a este. (Moreno, 1998Moreno, A. (1998). Desarrollo de las Técnicas de Predicción de las Inundaciones Costeras, Prevención y Reducción de su Acción Destructiva. Informe Final del Proyecto Cuba 94/003, no. Proyecto Cuba 94/003, La Habana: Instituto de Meteorología) concluyó que desde Cabo Lucrecia a Punta Maisí (excluyendo a Baracoa) existía una baja probabilidad de ocurrencia significativa de estos eventos por particularidades en la costa detalladas en (GEOCUBA, 2003GEOCUBA (2003). Derrotero de las costas de Cuba. La Habana:Agencia de Cartografía Náutica.), por lo tanto las inundaciones costeras en los 46 km entre el litoral de Gibara a Playa Guardalavaca, son representativas de las inundaciones en la provincia Holguín.

Tipificación de las trayectorias

Luego del Análisis de la Cronología de Huracanes que han afectado Cuba y de la base de datos HURDAT 2.0, se tipificaron las trayectorias conocidas de los organismos del siglo XIX a principios del XX y surgieron nuevos criterios. Se constató que en el caso de la trayectoria paralela a la costa existían dos subtipos: alejándose y acercándose en rumbo zonal, causantes de inundaciones ligeras y moderadas respectivamente. Para dicha clasificación se utilizó el criterio de consulta expertos del Centro de Meteorología Marina, el mismo parte de encontrar al huracán que tuvo mayor distancia a la costa, entre los causantes de inundaciones moderadas que han sido registrados (1933-2020), importante señalar que todos los organismos tienen distinta categoría en la escala Saffir - Simpson.

Se consultaron los trabajos de (Hidalgo y Mitrani 2012Hidalgo, A., & Mitrani, I. (2012). Particularidades hidrometeorológicas del litoral Gibara-Playa Guardalavaca. Revista Cubana de Meteorología, 18(2): 152-163, 2015Hidalgo, A., & Mitrani, I. (2015). Tendencias climáticas de las inundaciones costeras en el litoral Gibara-Playa Guardalavaca, provincia Holguín, Cuba. Revista de Climatología, 15: 93-102; Hidalgo et al., 2017Hidalgo, A., Mitrani, I. & Pérez, G. (2017). Nueva clasificación de las inundaciones costeras en Cuba. Revista Cubana de Meteorología, 23(2): 209-216 ), siendo el huracán número 8vo del año 1933, conocido como Huracán de Sagua y Cárdenas el que cumple con este criterio. Se concluye que todo organismo que se desplace en trayectoria paralela y que se aproxime a describir o describa un rumbo zonal a una distancia aproximada de 166,5 km o menor, será considerado como potencial causante de inundaciones costeras moderadas.

Se puede constatar que existen huracanes que han cruzado sobre el área de estudio en trayectoria (SE - NW), por lo que se replantea la segunda trayectoria tipo como cruzando y como subtipos de esta según el ángulo con el que han marcado su paso sobre la provincia, ángulo 90º (Sur - Norte), ángulo 0º (E-W) y se incluye aquella con ángulo diferente de 90º. La trayectoria Recurva al norte de Holguín, cruzando entre las Bahamas, se establece como el tercer tipo de trayectoria y un cuarto tipo de esta se define, para aquellos fenómenos que tienen un recorrido anómalo (Tabla 2).

Todos los mapas a continuación fueron elaborados usando la base de datos HURDAT 2.0 y muestran segmentos de las trayectorias tipificadas más frecuentes. En la figura 2 se observan segmentos de trayectoria de los huracanes reconstruidos en recorrido paralelo. El huracán que transitó más distante en la región de interés es el 8vo de 1933 y tipifica la trayectoria número uno en los dos subtipos, cerca y alejada de la costa. La figura 3 muestra segmentos de recorrido de los huracanes en Recurva al Norte.

Reconstrucción de la cronología de inundaciones costeras en la provincia de Holguín ante la afectación de huracanes.

Se obtuvo la cronología de inundaciones costeras asociadas a huracanes entre los siglos XIX y mediados del XX por la técnica de análogos, luego con la cronología presentada en trabajos de (Hidalgo y Mitrani 2012Hidalgo, A., & Mitrani, I. (2012). Particularidades hidrometeorológicas del litoral Gibara-Playa Guardalavaca. Revista Cubana de Meteorología, 18(2): 152-163, 2015Hidalgo, A., & Mitrani, I. (2015). Tendencias climáticas de las inundaciones costeras en el litoral Gibara-Playa Guardalavaca, provincia Holguín, Cuba. Revista de Climatología, 15: 93-102) se actualizó la cronología de inundaciones costeras asociadas a huracanes en Holguín, desde el año 1852 hasta el 2020. Los organismos sin nombre fueron identificados según su orden en el registro correspondiente a cada año. (Tabla 3)

Ocurrieron en el mes de septiembre un total de 17 de los 27 eventos de inundación costera asociadas a huracanes, presentes en los 168 años de registro. De los 13 eventos clasificados como moderados y fuertes, siete ocurrieron a su vez en este mes, durante el cual ocurre el período de mayor actividad en la temporada ciclónica y donde se concentra la mayor probabilidad de que las trayectorias alcancen las aguas aledañas a la región norte oriental y que lo hagan en recorrido paralelo a la costa y/o recurva al norte. La trayectoria (1A) se presenta desde la segunda decena de agosto a septiembre, con excepción del Kate 1985; contrario de la 1B que tiene una variabilidad interanual más marcada; el 100% de la trayectoria 3, también ocurrió en septiembre.

Frecuencia de Trayectorias de los Huracanes

Al analizar las trayectorias definidas en la presente investigación, se identifica la trayectoria 1 (paralela) y sus dos subtipos como las de mayor frecuencia de afectación, diez y seis respectivamente. Al aplicarle la prueba de la proporción a la 1A, se obtiene: $Z=\mathrm{0,5205}>-Z_{\mathrm{0,95}}=-\mathrm{1,645}$ por lo que, no se rechaza la hipótesis p ≥ p₀ y con ello, se concluye que han incrementado los eventos de inundación por huracanes con una trayectoria paralela pero cercana a la costa. Esta situación debe ser considerada en la evaluación de vulnerabilidad y riesgos en la provincia, ya que bajo esta trayectoria es válido inferir la ocurrencia de inundaciones moderadas y un considerable potencial destructivo de las olas en la zona de rompiente por el efecto de reflexión. Al aplicarle la prueba de la proporción a la trayectoria definida como 1B, se obtiene:

$Z=-\mathrm{0,4849}<Z_{\mathrm{0,95}}=\mathrm{1,645}$ por lo que no se rechaza la hipótesis p ≤ p₀ y con ello se afirma que han disminuido desde 1980 hasta la actualidad las inundaciones costeras bajo esta trayectoria en comparación con el período 1852－1979.

La aplicación de la prueba de la proporción, a toda la serie, está a tono con lo planteado por (Ballester et. al., 2010Ballester, M., González, C., & Pérez, R. (2010). Variabilidad de la actividad ciclónica en la región del Atlántico Norte y su pronóstico. La Habana: Editorial Academia; Mitrani et. al., 2012Mitrani, I., Díaz, O. O., Vichot, A., Hernández, I., Hidalgo, A., García, E. & Rodríguez, J. A. (2012). Tendencias climáticas de las inundaciones costeras severas en áreas de Cuba. Revista Ciencias de la Tierra y del Espacio, 13(2): 68-84; Hidalgo, 2016Hidalgo, A. (2016). Metodología para el estudio climático de las inundaciones costeras en Cuba. (Tesis de Maestría). Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas, La Habana.; Hidalgo et al., 2020Hidalgo, A., Mitrani, I., Ramírez, W., Pérez, Y., Córdova, O., & Machado, A. (2020). Metodología para el estudio climático de las inundaciones costeras en Cuba. Aplicación en la costa norte de la región central y oriental. Revista de Cubana de Meteorología, 26(2): 209-216.), aunque estos autores realizaron sus investigaciones para series temporales más cortas, no encontrando tendencia estadísticamente significativa en la actividad ciclónica y las inundaciones costeras. Sin embargo, se evidencia una tendencia al incremento desde finales del siglo XX hasta la actualidad en la frecuencia e intensidad de ambos fenómenos meteorológicos.