Introducción
⌅El viento como agente modificador del Clima constituye una variable de mucha importancia que impacta de manera significativa en los diversos componentes del medio ambiente atmosférico y de la vida socioeconómica de un país.
En Cuba son numerosos los estudios relacionados con el
viento que se han llevado a cabo para diferentes propósitos, que van
desde estudios climáticos (Boytel, 1972Boytel F. (1972): Geografía Eólica de Oriente. Instituto Cubano del Libro. Ediciones de Ciencia y Técnica, 19 No. 1002, 247 pp.
, Lecha et al., 1994Lecha, L., L. R. Paz y B. Lapinel (1994): El Clima de Cuba. Editorial Academia, La Habana, Cuba.
, González et al., 1987González
C., L. Lecha, A. Campos, D. Cioffi, M. González, B. Lapinel, M. Limia,
M, Osorio, J. Rego, S. Echevarría, M. Seguí (1987): Altas Climático de
Cuba. Editado e impreso por el Instituto Cubano de Geodesia y
Cartografía. Confeccionado por el Instituto de Meteorología de la
Academia de Ciencias de Cuba.
, Planos et al., 2014Planos E, (2014): Atlas Climático de Cuba. Informe Científico del Instituto de Meteorología
, Roque et al., 2018Roque
A., U. Montenegro y A. Peña (2018): Particularidades del viento en la
región oriental del país. Revista Cubana de Meteorología, Vol.24, No.3,
pp. 335-348, 2018, ISSN: 0864-151X
) hasta aplicaciones en el campo de la contaminación atmosférica (Álvarez y Álvarez, 2000Álvarez
L., R. Álvarez y A. Roque (2000): Caracterización del efecto de
acumulación para el cálculo de la dispersión de contaminantes y sus
aplicaciones a lo largo de la Isla de Cuba. Revista Cubana de
Meteorología. 7(1), 8 - 13.
; Álvarez et al., 2000Álvarez
L. y R. Álvarez (2000): El efecto de acumulación y su influencia en el
patrón de dispersión de contaminantes. Revista Brasileña de
Meteorología, 15(1): 103 -112
, 2001Álvarez
L., R. Álvarez y A. Roque. (2001): Aplicación del efecto de acumulación
a la rectificación del modelo de dispersión de contaminantes practicado
a una estación con poca información. Revista Cubana de Meteorología.
Volumen 8, No.1, 32-37.
) y de su uso como fuente renovable de energía (Soltura et al., 2006Soltura
R., A. Roque, A. Wallo, O. Herrera, González A, Carrasco H y G. Martin
(2006): Mapa de potencial eólico de Cuba. Aplicación del modelo de
microescala WAsP, Resultado Científico -Técnico INSMET, 47pp.
, Roque et al. 2015 aRoque
A.; Carrasco, M. y Reyes, P. (2015a): “Perfil vertical del viento en la
capa superficial atmosférica sobre Cuba. Aplicación al estudio del
viento como fuente de energía”. Revista Cubana de Meteorología, Vol. 1
No.1.2015. ISSN 1729-3790. Available: http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/v iew/188/0.
y bRoque,
A.; Carrasco, M. y Reyes, P. (2015b): “Características del perfil
vertical del viento en la capa superficial atmosférica sobre Cuba,
atendiendo a la estratificación térmica de la atmósfera”. Revista
Ciencia Tierra y Espacio. 2015 / julio-diciembre / Vol. 16 No. 2, ISSN
1729-3790. Available: http://www.iga.cu/publicaciones/revista/ass ets/06.caracperfilviento(2).pdf.
, Soler et al., 2012Soler
E., R. Rivero, y. Rosales, L. Sánchez (2012): Estudio de prospección
eólica en la Isla de la Juventud, Informe Científico - Técnico,
Instituto de Meteorología, Proyecto: Producción y Comercialización de
Servicios Energéticos Renovables. Caso: Isla de la Juventud, 43pp.
, Alonso et al., 2019 aAlonso,
Y., Y. Martinez, A. Roque, W. Yu, y I. Borrajero (2019a): A
post-processing module based on Cressman’s analysis to improve the Wind
Energy Simulation Toolkit mapping system. Wind Engineering, 43 (3),
277-298, doi: 10.1177/0309524X18780400, URL https://doi.org/10.1177/0309524X18780400
y bAlonso
Díaz Y, Bezanilla A, Roque A, Centella A, Borrajero I, y Martinez Y.
(2019b): Wind resource assessment of Cuba in future climate scenarios.
Wind Engineering. 2019;43(3):311-326. doi: http://doi.org/10.1177/0309524X18780399
. Como han reseñado los trabajos antes
mencionados, el viento, ha tenido un comportamiento muy estable a lo
largo de todo el país durante el año, estando bien definido su
comportamiento en correspondencia con los dos períodos estacionales para
Cuba (noviembre-abril y mayo- octubre).
Desde el punto de vista
de su comportamiento en el futuro, destaca el trabajo elaborado por
Alonso y colaboradores sobre el potencial eólico en el futuro, en el
cual se refleja dicho potencial para tres escenarios climáticos
2011-2040, 2041-2070 y 2071-2099, utilizando diferentes fuentes de datos
(Alonso et al., 2019 aAlonso,
Y., Y. Martinez, A. Roque, W. Yu, y I. Borrajero (2019a): A
post-processing module based on Cressman’s analysis to improve the Wind
Energy Simulation Toolkit mapping system. Wind Engineering, 43 (3),
277-298, doi: 10.1177/0309524X18780400, URL https://doi.org/10.1177/0309524X18780400
y bAlonso
Díaz Y, Bezanilla A, Roque A, Centella A, Borrajero I, y Martinez Y.
(2019b): Wind resource assessment of Cuba in future climate scenarios.
Wind Engineering. 2019;43(3):311-326. doi: http://doi.org/10.1177/0309524X18780399
, Alonso et al., 2022Alonso
Y, Bezanilla A, Alpizar M y Martinez Y.(2022): Wind energy resources
assessment of Cuba using the regional climate model PRECIS in high
resolution scenarios of climate change RCPs. Wind Engineering.
2022;46(5):1389-1407. doi: http://doi.org/10.1177/0309524X221080469
). Cabe resaltar que, en las conclusiones, se
refleja un incremento estadísticamente significativo, de la rapidez del
viento para la segunda mitad del siglo 21.
Sin embargo, nunca se ha acometido un estudio sobre el comportamiento interanual del viento y su tendencia para Cuba, lo cual se propone realizar en esta oportunidad, siendo por tanto el objetivo del mismo.
Resulta complejo poder encontrar un patrón regional de cambios en el comportamiento de la rapidez del viento, atendiendo a la influencia de los factores locales que modifican en gran medida el viento en una determinada región. Por ello fue importante analizar el comportamiento del viento geostrófico (tomando como referencia el viento en el nivel de 850 hPa), es decir el viento lejos de la influencia de la fricción superficial.
Materiales y Métodos
⌅Fueron seleccionadas las series de datos más completas, que comprendieron el período 1985-2022 de 4 estaciones meteorológicas de superficie pertenecientes a la red climática de referencia del Instituto de Meteorología: Cabo de San Antonio (78310), Casablanca (78325), Camagüey (78355) y Punta de Maisí (78369). Para dos de estas estaciones (Casablanca y Camagüey) dicho período de análisis se extendió de 1970 a 2022, teniendo en cuenta la representatividad de las series para el país debido a la longitud y la calidad de las mismas.
Las estaciones de referencia climática seleccionadas se muestran en la Tabla 1 y su distribución espacial en la figura 1.
| Código Estación | Nombre Estación | Período Analizado | Cantidad de años |
|---|---|---|---|
| 78310 | Cabo de San Antonio | 1985-2022 | 38 |
| 78325 | Casablanca | 1970-2022 1985-2022 | 53 39 |
| 78355 | Camagüey | 1970-2022 1985-2022 | 53 38 |
| 78369 | Punta de Maisí | 1985-2022 | 38 |
Se determinaron los valores medios anuales de la rapidez del viento para cada una de las estaciones y se calcularon los valores de anomalías teniendo en cuenta el período base 1991-2020 para cada estación.
Fueron seleccionados también los datos de reanálisis del ERA 5 en el nivel de 850 hPa (https://www.ecmwf.int/en/forecasts/dataset/ecmwf-reanalysis-v5), obtenidos del servicio Copernicus Climate Data Store (CDS), correspondiente a la posición geográfica de las estaciones para el período 1970-2022.
La metodología para el análisis de homogeneidad de las series en estudio fue desarrollada por Álvarez Escudero y colaboradores (2012)Álvarez,
L., Montejo, I., Morales, R., Ferro, L., Llerena, R., Ramírez, C.,
Rojas Díaz, Y., y Gil, M. (2012). Estudio de la marcha interanual de la
frecuencia de ocurrencia de observaciones con tormenta para el
territorio cubano. Revista de Climatología, 12, 1-21. http://www.climatol.eu/rec lim/reclim12a.pdf
y los estadígrafos se calcularon según lo planteado por Sneyers (1990)Sneyers
R. (1990): On the Statistical Analysis of Series of Observations.
Technical Note No. 143, WMO No. 415, World Meteorological Organization,
Geneva, 192 p. https://library.wmo.int/viewe r/30743?medianame=wmo_415_#page=1&viewer= picture&o=bookmarks&n=0&q=
.
Los estadígrafos utilizados son “Wald-Wolfowitz” para la correlación
serial y “Spearman” y “Mann-Kendall” para la tendencia global.
Para
la determinación de puntos de cambio se utilizaron el valor de la
abscisa cuando hay un solo corte entre las series directa y retrógrada
de “Mann-Kendall” y por la prueba de “Pettit”. Si existió contradicción
entre estadígrafos de persistencia corta y tendencia global se realizó
la prueba de “Fisher” y si no hubo valores significativos no se pudo
arribar a conclusiones. Los análisis también llevaron un descriptor de
la forma de la serie como se refleja en Álvarez y colaboradores (2012)Álvarez,
L., Montejo, I., Morales, R., Ferro, L., Llerena, R., Ramírez, C.,
Rojas Díaz, Y., y Gil, M. (2012). Estudio de la marcha interanual de la
frecuencia de ocurrencia de observaciones con tormenta para el
territorio cubano. Revista de Climatología, 12, 1-21. http://www.climatol.eu/rec lim/reclim12a.pdf
.
Resultados y Discusión
⌅La figura 2, muestra el comportamiento de las anomalías de la rapidez del viento en el período 1985-2022 para las 4 estaciones seleccionadas.
En la misma pudo apreciarse, en la estación del Cabo de San Antonio, una disminución de los valores medios de la rapidez del viento principalmente entre los años 1985-1995 (anomalías negativas), seguido de un período de aumento de esta variable (anomalías positivas) que se extendió hasta el año 2012, exceptuando el año 2009. Luego de esto se produjo un nuevo decrecimiento de los valores medios de la rapidez del viento que se mantuvo hasta el año 2022, exceptuando de ellos los años 2016 y 2019 (con valores medios muy próximos a la norma).
Debe señalarse que en los últimos 3 años de la serie, 2020, 2021 y 2022, los valores de las anomalías negativas han aumentado en magnitud, superando siempre al año precedente.
Para la estación de Casablanca ocurrió algo diferente. El periodo analizado comienza con un aumento de los valores medios de anomalías rapidez del viento en la segunda mitad de la década del 80 hasta el año 1990. Posteriormente, se produce una disminución de los valores medios de rapidez del viento dando lugar a anomalías negativas que se extendieron por espacio de 5 años (1991 - 1995)
A partir del año 1996 se da un proceso de alternancia de valores de anomalías positivas y negativas que pocas veces superaron los 2 km/h y en la gran mayoría con valores muy cercanos a la norma, especialmente en el período 2017-2022, es decir al final de la serie.
Haciendo el mismo análisis para las estaciones de Casablanca y Camagüey pero ampliando la longitud de las series desde 1970 hasta el 2022, los resultados no fueron muy diferentes, tal y como se observa en la figura 3.
Cuando el período se extendió a poco más de 50 años, se pudo observar que en la década del 1970 se produjeron anomalías negativas precedidos de anomalías positivas durante el período 1978-1990 (12 años), que por demás fue donde se alcanzaron los valores más alto de anomalías, superando en algunos años los 5 Km/h.
Los últimos años de las series han sido anomalías negativas indicando con ello una disminución clara del viento en esa estación.
En el caso de la estación de Camagüey, se aprecia, que toda la década del 1970 y principios de los 80, se manifestó una apreciable disminución de los valores medio de rapidez del viento dado por las anomalías negativas durante todos esos años, lo que contrasta con los altos valores de anomalías positivas registradas por la estación Casablanca para la década del 80.
También se aprecia una disminución de los valores de rapidez del viento al final de la serie, aunque no con la misma duración que para la estación de Casablanca.
Análisis de homogeneidad de las series para las estaciones seleccionadas
⌅Estación Cabo de San Antonio (1985-2022)
⌅La figura 4 muestra la variación interanual de la rapidez media del viento para la estación del Cabo de San Antonio en el período 1985-2022. El valor medio para la serie es de 9.6 Km/h (2.7 m/s) con un valor máximo medio anual de 13.9 Km/h (3.9 m/s) alcanzado en el año 2002 y un valor mínimo medio anual de 4.56 Km/h (1.3 m/s) alcanzado en el año 2022.
La tendencia de la serie se ve representada por la línea recta. Según los resultados estadísticos, la serie de datos analizadas 1985-2022, presenta persistencia corta altamente significativa pero la tendencia global es solo decreciente significativa por Spearman y no significativa por Mann - Kendall. El análisis por Pettit es significativo con un punto de cambio en 1995. Como conclusión puede decirse que la serie es homogénea.
Estación Casablanca (1985-2022) y (1970-2022)
⌅La figura 5A y 5B muestra la variación interanual de la rapidez del viento para el período 1985-2022. El valor medio para dicha serie es de 12.6 Km/h (3.5 m/s) y los valores medios máximos y mínimos son 17.4 Km/h (4.8 m/s) (1986) y 9.6 Km/h (2.7 m/s) (1992) respectivamente.
Según los estadígrafos, hay correlación serial altamente significativa, pero no hay tendencia global ni por Spearman ni por Mann-Kendall por lo que la serie se considera homogénea.
La variación interanual de la rapidez media del viento para la estación de Casablanca para el período 1964-2022 se muestra en la figura 10. El valor medio para la serie fue de 12.7 Km/h (3.5 m/s) con un máximo medio de 17.5 Km/h (4.9 m/s) (1982) y un mínimo medio de 9.5 Km/h (2.7 m/s) (1992).
Según los estadígrafos hay correlación serial altamente significativa, pero no hay tendencia global ni por Spearman ni por Mann-Kendall por lo que la serie se considera homogénea, por lo que la amplitud de la serie no cambió el carácter de la misma.
Estación Camagüey (1985-2022) y (1970-2022)
⌅En el caso de la serie correspondiente a los años entre 1985-2022, la variabilidad interanual se muestra en la figura 6. La misma presenta un valor medio de 11.9 Km/h (3.3 m/s) con un valor máximo medio de 13.5 Km/h (3.8 m/s) (2020) y un valor mínimo medio de 9.3 Km/h (2.6 m/s) (1997).
Según el análisis de la marcha interanual la serie no presenta correlación serial ni tiene tendencia global por las dos pruebas (Spearman y Man-Kendall) y ningún punto de cambio, por lo que no se arriba a conclusiones.
Para el caso del período 1970-2022 la variación interanual de la rapidez del viento se muestra en la figura 7. El valor medio de la serie resultó ser de 11.5 Km/h (3.2 m/s) con un valor máximo medio de 13.5 Km/h (3.8 m/s) (2020) y un valor mínimo medio de 8.8 Km/h (2.4 m/s) (1975). La línea recta muestra la tendencia lineal de la serie, la cual denota un incremento de los valores de rapidez del viento en el transcurso de los años.
En correspondencia con el análisis de la marcha interanual la serie presentó correlación serial altamente significativa y tendencia global creciente altamente significativa por las dos pruebas (Spearman y Man-Kendall), con un punto en 1984, dado por Pettit.
Estación Punta de Maisí (1985-2022)
⌅La variación interanual para la estación de Punta de Maisí se muestra en la figura 8. El valor medio de la serie es de 15.8 Km/h (4.4 m/s) y el valor máximo medio es de 18.7 Km/h (5.2 m/s) (2004) y el mínimo medio es de 12.8 Km/h (3.6 m/s) (1997).
La línea recta muestra la tendencia lineal con ligero crecimiento hacia los últimos años de la serie de los valores medios de rapidez del viento.
Para esta estación los estadígrafos fueron solo significativos, en el caso de la tendencia global fueron crecientes significativos con un posible punto en el 2003.
La tabla 2 resume el análisis de homogeneidad de las series analizadas para el nivel de superficie.
| Estación | Descriptor | Carácter | Punto de Cambio |
|---|---|---|---|
| 78310 (1985-2022) | BAJO-ALTO-BAJO | Homogénea | |
| 78325 (1985-2022) | DECRECIENTE | Homogénea | |
| 78325 (1964-2022) | FLUCTUANTE | Homogénea | |
| 78355 (1985-2022) | ALTO-BAJO-ALTO | Sin Conclusiones | |
| 78355 (1970-2022) | CRECIENTE | Creciente altamente significativa | 1983 |
| 78369 (1985-2022) | ALTO-BAJO-ALTO | Creciente significativa | 2003 |
Como sucedió en el análisis de las anomalías, nuevamente las estaciones de Cabo de San Antonio y Casablanca, volvieron a mostrar un patrón, al ser sus series homogéneas, siendo significativo el hecho de que Casablanca con la serie ampliada continuó siendo homogénea.
Análisis de Homogeneidad y de Tendencia de la rapidez del viento en el nivel 850 hPa
⌅Como se planteó en el capítulo de Materiales y Métodos los datos fueron obtenidos para cada ubicación de las estaciones seleccionadas por interpolación lineal simple, a partir de los datos de reanálisis ERA5.
La figura 9 muestra las anomalías para las 4 estaciones analizadas en el nivel 850 hPa, marcando las 4 estaciones una tendencia creciente hacia el aumento de la rapidez del viento.
Para el Cabo de San Antonio (Figura 9) todos los estadígrafos mostraron que las pruebas fueron altamente significativas con persistencia corta y tendencia global creciente altamente significativa. El punto de cambio solo es significativo (altamente) por Pettitt en 1995, pero Mann-Kendall presentó muchos cortes.
Para el caso de estación de Casablanca para el período 1985-2022 (Figura 9), la serie no tuvo correlación serial, aunque el estadígrafo es cercano al 10% de significación. Las pruebas de tendencia global muestraron tendencia creciente altamente significativa. La prueba de Mann-Kendall no mostró un punto de cambio definido. Puede considerarse que es creciente significativa sin punto de cambio fijo.
En el caso de la estación de Camagüey (Figura 9), la correlación serial fue solo significativa pero la global fue creciente altamente significativo por las dos pruebas. El punto de cambio estuvo entre 1995 (Pettitt) y 1996 (Mann-Kendall). Pudo concluirse que la serie fue creciente significativa, con un punto de cambio en 1995.
A diferencia de las estaciones anteriores, en Punta de Maisí (Figura 9), la correlación serial no fue significativa, muy por encima del nivel de significación y las pruebas de tendencia global fueron solo significativas, por lo que se concluye homogénea. Los resultados se resumen en la tabla 3.
| Estación | Descriptor | Carácter | Punto de Cambio |
|---|---|---|---|
| 78310 (1985-2022) | BAJO-ALTO-MEDIO | Creciente significativa | 1995 |
| 78325 (1985-2022) | CRECIENTE | Creciente altamente significativa | 1997 |
| 78355 (1985-2022) | MEDIO-BAJO-ALTO | Creciente altamente significativa | 1995 |
| 78369 (1985-2022) | ALTO-BAJO-ALTO | homogénea |
Para todas las series en estudio el carácter de sus marchas interanuales fueron homogéneas o crecientes significativas o altamente significativas. En general el carácter creciente se observó en las series de viento medio anual para el nivel de 850 mb.
Las estaciones de serie corta (1985-2022), a saber, Cabo de San Antonio (310) y Punta de Maisí (369) mostraron un patrón bastante parecido, con series homogéneas en superficie y crecientes en el nivel de 850 mb. La excepción de este patrón lo constituyó la estación de Punta de Maisí con tendencia creciente en superficie y sin arribar a conclusiones en 850 hPa. Esta estación posee una gran fluctuación en los valores de sus anomalías, con cambios de negativa a positiva y viceversa cada 3 años aproximadamente y de poca magnitud (Fig. 7). En general en las series de 850 el punto de cambio se verificó aproximadamente entre 1995 y 1997 lo que coincidió con los cambios en las anomalías de negativa a positiva en la estación 310 (Figura 1).
Las series más largas correspondientes a las estaciones Casablanca (325) y Camagüey (355) presentaron comportamientos distintos en superficie, ya que la primera fue homogénea y la segunda Creciente Altamente Significativa, pero en el nivel de 850 ambas presentaron tendencia creciente. Cuando se acortan las series para estas estaciones (1985-2022), Casablanca mantuvo el carácter de sus marchas interanuales para viento medio en superficie y nivel de 850, sin embargo, Camagüey aunque mantuvo su carácter creciente en el nivel de 850 no brindó conclusiones para la serie de superficie. La serie de marcha interanual de viento medio en superficie para Camagüey en el periodo 1970 - 2022 presentó un punto de cambio significativo entre 1983 y 1984, año anterior al comienzo de la serie corta por lo que esta puede considerarse independiente y presentar sus propias características en cuanto al análisis de homogeneidad.
Conclusiones
⌅El análisis de la variación interanual de la rapidez del viento a partir del estudio de las series anuales de 4 estaciones meteorológicas de superficie, con series largas de datos, confirmó el gran efecto de las condiciones locales para producir un patrón regional de rapidez del viento para toda Cuba. No obstante, tener todas las series en estudio un carácter no decreciente.
Esto motivó que no fuera posible la argumentación sinóptica-climatológica de los comportamientos de las series de rapidez del viento a partir de los tipos de situaciones sinópticas influyentes sobre Cuba. Solo el patrón de anomalías negativas durante los últimos años en las series de las estaciones: Cabo San Antonio y Casablanca, pudiera asociarse al incremento en la frecuencia de días bajo la influencia del flujo extendido del anticiclón oceánico. Ello relacionado con el desplazamiento hacia el nordeste del centro del Anticiclón Subtropical del Atlántico Norte, pero al no poder argumentar otros comportamientos del periodo de estudio no tiene valor científico hacer esa única asociación.
Una conclusión diferente se obtuvo en el caso del análisis de la rapidez media del viento anual a partir de los datos de reanálisis ERA 5, cuyas series interpoladas a las estaciones de superficie analizadas tuvieron un carácter creciente.
El análisis cuantitativo aproximado del crecimiento o decrecimiento de las series con tendencia mediante un ajuste lineal, muestra que el aumento de año en año es como promedio de 0.08 km/h.
Por otra parte, los resultados hallados justifican el programa eólico planificado y su proyección futura, basado sobretodo en la no disminución de la rapidez del viento en períodos venideros.