Modelación de inundaciones costeras en la localidad de Caibarién para escenarios de cambio climático

INTRODUCCIÓN

El Archipiélago cubano ha sido afectado habitualmente por sistemas frontales, ciclones tropicales o configuraciones báricas complejas caracterizadas por aumentos del gradiente de presión atmosférica en superficie, que a su paso pueden generar grandes olas que afectan zonas costeras muy expuestas a las inundaciones por penetración del mar, causando enormes pérdidas económicas y materiales bastante costosas y difíciles de recuperar.

Se ha planteado que la variabilidad y el cambio climático han incrementado la tendencia de los peligros naturales desde inicios del siglo XXI, destacándose las inundaciones costeras en los pequeños estados insulares, fundamentalmente al paso de ciclones tropicales (IPCC, 2013IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). (2013). Climate change 2013: The physical science basis. Contribuition of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2017/09/WG1AR5_Frontmatter_FINAL.pdf). Según lo planteado por el IPCC (2018)IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). (2018). Global Warming of 1.5^oC. Summary for Policymakers. IPCC. https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/spm/, la temperatura del aire a escala global alcanzará el incremento de 1.5 ^oC aproximadamente, asegurando que bajo estas temperaturas ocurre un ascenso gradual del nivel medio del mar; por otro lado, en el marco de la Tercera Comunicación Nacional por el CITMA (2020)CITMA (Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente). (2020). Tercera Comunicación Nacional a la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático [Informe Gubernamental científico, educativo y de comunicación]. CITMA. https://unfccc.int/sites/default/files/resource/Third%20National%20Communication.%20Cuba.pdf se plantea que el ascenso del nivel del mar debido al cambio climático es uno de los más graves problemas que debe enfrentar Cuba como estado insular. Lo anterior ha sido objeto permanente de estudio en Cuba, donde investigaciones como la de Pérez (2019)Pérez, R. (2019). Ascenso del nivel del mar en Cuba por Cambio Climático. Revista Cubana de Meteorología, 25(1), 76–83. http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/view/455 determinaron que a escala nacional el ascenso será de 29.3 cm y de 95 cm en los escenarios de 2050 y 2100 respectivamente; estos valores fueron precisados para 65 puntos de la costa cubana.

En esta situación se halla la costa norte de Cuba desde Villa Clara hasta Camagüey, donde los eventos de incrementos extremos del nivel del mar e inundaciones costeras han estado asociados al paso de ciclones tropicales de diversas intensidades (categorías 1 a 5 en la escala de Saffir - Simpson) que han provocado importantes pérdidas materiales. Una de las localidades más afectadas por estos fenómenos hidrometeorológicos es Caibarién, ubicado en la costa norte de Villa Clara, que sufrió los embates del huracán Irma con categoría 4 en septiembre de 2017. Es necesario que las zonas vulnerables cercanas a las costas sean protegidas de esos daños que puedan ocurrir. Para ello se llevan a cabo modelaciones de la evolución del nivel del mar considerando las acciones combinadas de la surgencia y la ruptura de oleaje, aplicando el acople dinámico de los modelos ADCIRC+SWAN y las simulaciones con LISFLOOD-FP, en este caso se destacan los estudios realizados en el proyecto MACRO7, donde Pérez et al. (2021)Pérez, O. E., Casals, R., Pérez, R., Ortega, F. E., Pérez, P. J., Menéndez, L., Parra, L., Hernández, N., Rodríguez, N., Carracedo, D., Sánchez, B., & Deus, C. (2021). Modelación numérica de inundaciones costeras por cambio climático en asentamientos seleccionados. Macroproyecto Escenarios de Peligro y Vulnerabilidad de la zona costera cubana ante el ascenso del nivel medio del mar para los años 2050 y 2100 [Informe Técnico de Resultado]. Instituto de Meteorología. obtuvieron las representaciones de inundaciones costeras en asentamientos costeros cubanos, entre ellos la localidad de Caibarién, bajo la afectación de un ciclón paramétrico de categoría 5 en esa región, con trayectoria desconocida y características no reales.

Actualmente se requieren resultados precisos del alcance y magnitud de las inundaciones provocadas por huracanes reales, que ayude a la toma de decisiones para disminuir vulnerabilidades en esos escenarios futuros. En consecuencia, el objetivo de la investigación se centra en representar la inundación costera en la localidad de Caibarién por el huracán Irma para los escenarios de cambio climático de 2050 y 2100 como herramienta para la toma de decisiones.

MATERIALES Y MÉTODOS

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Una vez obtenida la corrida del acople ADCIRC+SWAN se obtuvo la Figura 4, donde se muestra la distribución de la altura significativa de las olas a lo largo de la trayectoria del huracán Irma. Los valores máximos de altura de ola significativa se obtuvieron sobre el Canal Viejo de Bahamas con valores entre 16.0 y 18.0 m. En la costa norte de Cuba entre las provincias de Villa Clara hasta Camagüey la altura de ola significativa se limitó entre los 1.8 y 3.6 m, dado a que los cayos del subarchipíelago Sabana - Camagüey constituyen una barrera protectora. De forma similar, las condiciones de profundidades reducidas en el Gran Banco de Bahamas, afectaron el desarrollo del oleaje, donde las olas mantuvieron alturas entre 1.8 y 3.6 m.

Para determinar la marea de tormenta en Caibarién se ubicó un punto de cálculo en la costa de la isla de Cuba (frontera principal) que coincide con esta localidad, teniendo como coordenadas específicas 22.52 LN y 79.46 LW. La marea de tormenta se obtuvo como resultado de la sumatoria de la componente de la surgencia y la altura de ola significativa, obteniéndose la curva hidráulica que se observa en la Figura 5. En este gráfico se observa que el pico máximo de la marea de tormenta tuvo lugar de forma gradual a las 45 horas de corrida del modelo, que corresponde a las 2100 UTC del día 9 de septiembre de 2017. En ese momento la surgencia provocada por el huracán Irma alcanzó los 0.82 m y la altura de ola significativa fue de 1.15 m para una marea de tormenta de 1.97 m. Este valor de marea de tormenta se encuentra muy próximo a los valores reportados por el Centro Nacional de Pronósticos del Instituto de Meteorología en el Resumen de Temporada Ciclónica, donde reportan valores entre los 2 y 4 m en la costa norte de Cuba, lo cual corresponde de manera general a una buena confiabilidad del acople ADCIRC+SWAN. El modelo de cierta manera subestimó los valores, pudiéndose asociar a que la localidad de Caibarién se encuentra algo protegida por los cayos del norte de la provincia de Villa Clara, los cuales amortiguan el impacto de las inundaciones costeras en Caibarién.

Entre las 48 y 64 horas de corrida del modelo se observa que la curva presenta valores negativos, esto se debe a que luego de que el huracán se va alejando del punto de interés y al localizarse al oeste de la localidad en ese momento de la trayectoria, el viento cambia su dirección y comienza a sacar agua. Esto el modelo lo interpreta de forma tal que esos valores negativos se corresponden con los valores de profundidad en el área.

La modelación con el LISFLOOD-FP se realizó con el pico máximo de la curva hidráulica, utilizando el tiempo comprendido entre las 38 y 47 horas de la corrida del ADCIRC+SWAN que representa la inundación. La región de Caibarién seleccionada para el estudio comprende una superficie emergida de 56.20 km² en el escenario actual (Figura 6), con presencia de bosques de manglar y zonas bajas en la plataforma insular, lo cual influye directamente en zonas susceptibles a inundaciones costeras por eventos extremos.

El procesamiento espacial del ascenso del nivel medio del mar para el año 2050 de 29 cm obtenido por Pérez (2019)Pérez, R. (2019). Ascenso del nivel del mar en Cuba por Cambio Climático. Revista Cubana de Meteorología, 25(1), 76–83. http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/view/455, aportó el hundimiento de 8.44 km² (15 % del territorio actual), quedando de forma permanente para ese futuro escenario 47.76 km² de superficie (Figura 7A) y la reducción de su línea de costa a 13.41 km (35 %) así como de toda la franja de bosques de manglar y humedales costeros existentes. Se afectan 35 manzanas de forma total y 9 de manera parcial para el año 2050. Tras el paso de un huracán con condiciones y trayectoria similares a la de Irma, se produce para el escenario de 2050 con 29 cm de elevación del mar una inundación como se muestra en la Figura 7B, que estaría afectando un aproximado de 90 manzanas de la localidad. La inundación puede superar los 600 m como promedio y alcanzar un máximo de 1.2 km aproximadamente en el extremo oeste del área de estudio. El pueblo se visualiza con una afectación aproximada de un 30 % de su estructura urbana, así como la población e infraestructura. Aquí se verán afectadas importantes instituciones como el Hospital General Docente Municipal de Caibarién, el Poder Popular, parte del parque La Libertad, la oficina de Inmigración y Extranjería, la Iglesia Buenas Nuevas Caibarién, el Joven Club Caibarién, Centro Norte Televisión, la terminal de ferrocarriles de Caibarién, las sucursales de Banco Popular de Ahorro y Banco de Créditos y Comercio, así como otros centros gastronómicos y de renta de hospedaje, principalmente en la zona del litoral norte.

Al comparar estos resultados con los obtenidos por el MACRO7, donde plantean que la inundación tiene un alcance promedio de 850 m, se obtiene un efecto inferior de la inundación al poblado, esto se puede entender en que en el Macroproyecto se analizó con un huracán paramétrico de categoría 5 que tiene vientos superiores a 250 km/h según la escala Saffir - Simpson y una trayectoria desconocida, que afectó por 12 horas la zona analizada, mientras que Irma afectó a Caibarién como huracán categoría 4 con vientos inferiores a los 210 km/h en un tiempo transcurrido de 6 horas.

El escenario de ascenso de 95 cm del nivel medio del mar para el año 2100 obtenido por Pérez (2019)Pérez, R. (2019). Ascenso del nivel del mar en Cuba por Cambio Climático. Revista Cubana de Meteorología, 25(1), 76–83. http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/view/455 fue sometido a un procesamiento del modelo digital del terreno (Figura 8A), en el cual se puede observar una reducción de la superficie emergida de 12.89 km², quedando de forma emergida para ese escenario el 77 % (43.31 km²) de la superficie actual y un contorno de línea de costa de 25.47 km. Se produce la afectación total de 59 manzanas y 16 de forma parcial de la ciudad, debido al ascenso del nivel del mar y los cambios en la topografía y línea de costa, quedando alrededor del 30 % de la ciudad por debajo de cotas de altura de 1.5 m para ese escenario. Para el escenario de 2100 con 95 cm de elevación del mar y con la afectación directa de un huracán con magnitudes similares a las de Irma, se produce una inundación como la que se representa en la Figura 8B, donde estaría afectando un total de 105 manzanas de las emergidas en ese escenario. La inundación supera los 800 m como alcance promedio, pudiendo ser superior en el extremo este de la región de estudio. La localidad se visualiza con más del 50 % aproximadamente de su extensión afectada, provocando daños a su infraestructura. En este escenario quedarán afectadas otras instituciones como el Cine América, la Iglesia Católica, el Parque Infantil, la oficina de Correos de Cuba, la sucursal de ETECSA, el centro de ARTEX, además de las ya afectadas en el escenario de 2050.

La comparación de los resultados de la investigación con los del Macroproyecto, donde obtuvieron alcances entre 400 y 1,000 m, arrojó a que el impacto de la inundación analizada fue menor con un alcance promedio de 800 m, de igual forma esto está asociado a que la intensidad de Irma al afectar Caibarién fue menor que la analizada en el MACRO7 con un huracán paramétrico categoría 5 de trayectoria desconocida, además el período de afectación en el MACRO7 fue de 12 horas y la afectación de Irma a Caibarién fue de 6 horas.

CONCLUSIONES