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RELACIONES ENTRE EL NIÑO Y LOS ESCURRIMIENTOS EN LA VERTIENTE
DEL PACIFICO DE MÉXICO
Martín Jiménez Espinosa, CENAPRED, México
Abstract
"El Niño" designates a warm current that flows along the Peruvian coast from north to
south and is related to climate efects in various regions of the world that may generate
floods and drougths. El Niño is characterized by the "Southern Oscillation Index" (SOI)
that measures the difference between sea level pressures in Tahití and Darwin,
Australia; when this index has a maximum negative values, it is said that the "El Niño"
phenomenon has occured.
In this paper we infer that the correlation between SOI and Mexican Pacific watershed
runoff is low; therefore runoff forecasts based on the SOI are not yet reliable. These
results were obtained through correlations between monthly values of the SOI and an
index that characterizes runoff.
Resumen
Con el término de "El Niño" se designa una corriente marina tibia que fluye frente a las
costas de Perú de Norte a Sur y se le asocia con cambios climáticos en varias partes
del mundo, que provocan inundaciones o sequías. El Niño se puede caracterizar mediante el "Índice de la Oscilación del Sur" (SOI), que mide la diferencia de presiones
atmosféricas al nivel del mar, entre Tahití y Darwin, Australia; cuando este índice tiene
un valor máximo negativo se dice que ha ocurrido un fenómeno de El Niño.
En este trabajo se concluye que la correlación entre el SOI y los escurrimientos en la
vertiente del Pacífico Mexicano es baja, por lo que el pronóstico de los escurrimientos,
con base en el SOI, es aún poco confiable. Los resultados se obtuvieron mediante correlaciones entre los valores mensuales del SOI y los de un índice que caracteriza a
los escurrimientos.
Nomenclatura
VMEi,j: escurrimiento para el mes j en la estación i
N: número total de meses en el registro
NE: número de estaciones
nej: número de estaciones con registro en el mes j
IDEj: índice de escurrimiento para el mes j
SOI: Índice de la Oscilación del Sur
IDE': Índice de escurrimiento estimado
PN: Zona Pacífico Norte
PC: Zona Pacífico Centro
PS: Zona Pacífico Sur
r: Coeficiente de correlación
I. Introducción
En los últimos años se ha dado gran importancia al fenómeno denominado "El Niño",
por su posible impacto en el clima. Este término fue utilizado originalmente para
nombrar una corriente tibia que fluye de norte a sur frente a las costas de Perú y
modera las temperaturas bajas de la superficie del mar al encontrarse con una corriente fría que viaja en sentido contrario.
Más recientemente se ha encontrado que la intensidad del fenómeno puede caracterizarse numéricamente mediante el Índice de Oscilación del Sur (SOI), que mide la
diferencia de presiones atmosféricas al nivel del mar, entre Tahití y Darwin. Cuando se
produce El Niño, el SOI tiene valores negativos que son mayores cuando más intenso
es el fenómeno.
Este fenómeno ha sido estudiado por numerosos investigadores, (refs. 1, 2 y 3),
quienes han encontrado una relación entre una fluctuación irregular e interanual de la
presión sobre el Océano Índico y el Pacífico tropical del Este, con cambios en los
patrones de lluvia y los vientos sobre los Océanos Pacífico tropical e Índico, así como
con fluctuaciones de la temperatura en el sureste de África, suroeste de Canadá y
sureste de los Estados Unidos. Otro investigador, el profesor Bjerknes de la Universidad de California, propuso también que la coincidencia de condiciones oceanográficas
y meteorológicas inusuales ocurre interanualmente.
Si bien no parece haber una explicación física clara que sustente la hipótesis de que
El Niño y el SOI provocan cambios climáticos en el hemisferio Norte, pensamos que
valía la pena buscar correlaciones estadísticas entre el SOI y períodos de sequía o de
escurrimientos excesivos en diversas regiones de la República Mexicana, como son
las cuencas de la vertiente del Pacífico.
Con los datos de presiones atmosféricas en Darwin y Tahití, se construyó un registro
4
del SOI, que data desde 1955 . En la figura 1 se muestra con línea delgada los
valores del SOI y con línea gruesa la curva de promedios móviles de 5 meses. Se
marcan también las ocasiones en que han ocurrido Niños.
II. Características de los escurrimientos en la costa del Pacífico
Se decidió trabajar con escurrimientos en lugar de lluvias, por que se disponía de
mayor información de los primeros y por que los escurrimientos tienen una relación
directa con un incremento o decremento de las precipitaciones.
Primero se procedió a realizar una zonificación en donde se toman en cuenta los
accidentes geológicos que dificultan el paso de los huracanes hacia el interior del país
y, además, no quedan divididas las regiones hidrológicas definidas por la Secretaría
de Agricultura y Recursos Hidráulicos, para no proponer fronteras distintas a las ya
establecidas (ref. 5).
De acuerdo con lo anterior, la República Mexicana quedó dividida en 7 zonas, de las
cuales se analizaron únicamente tres: Pacífico norte (PN), Pacífico centro (PC) y
Pacífico sur (PS). La información de escurrimientos de estas tres zonas se buscó en el
disco compacto de la Comisión Nacional del Agua (CNA) (ref. 6) y en los boletines hidrométricos, editados también por la CNA.
Se definió un registro mensual único representativo de los escurrimientos de cada
zona, en el que pueden notarse tendencias o grupos de años con escurrimiento
excesivo o escaso.
Para ello en cada zona se buscaron registros de escurrimientos en estaciones hidrométricas con la mayor área tributaria posible, que no estuvieran afectados aguas
arriba por obras que modifiquen demasiado el régimen de escurrimientos del río y que
tuvieran un período amplio de mediciones sin interrupciones largas.
En las zonas PN y PC se analizaron 7 estaciones hidrométricas, mientras que en la
PS fueron 13 las estaciones analizadas. En la zona PN se tiene información desde
1941, en la PC desde 1944 y en la PS desde 1934; sin embargo sólo se utilizó información desde 1955 para poder compararla con el SOI.
Para obtener el registro único en cada una de las tres zonas estudiadas se procedió
de dos maneras:
Para las zonas PN y PC se observó que los períodos de registro de sus estaciones
coincidían en gran medida, por lo que se procedió a estandarizar mediante los
siguientes pasos:
1) Se obtuvo un registro llamado IE con la ecuación:
IE i, j =
VME i, j
1
N
; i = 1,2,..., NE
N
∑ VME
1
i, j
j=1
2) Se obtuvo un solo registro mensual IE para todas las estaciones mediante
NE
IE j = ∑ IE i, j
; j = 1,2,..., N
2
i=1
3) Finalmente la serie IDE se obtuvo por medio de la ecuación
IDE j =
IE j
1
N
3
N
∑ IE
j
j=1
En el caso de la zona PS, como frecuentemente existían meses sin información en la
mayoría de las estaciones y éstos meses no eran comunes, la serie IEj se estandarizó
mediante la ecuación
*
IE j =
IE j
ne j
Por último se repitió el paso 3 del algoritmo anterior.
El índice de escurrimiento estandarizado (IDE) se utilizó para comparar los escurrimientos con el índice de la Oscilación del Sur (SOI). El IDE permite observar el
comportamiento del régimen de avenidas y de sequías en las tres zonas estudiadas.
Además, sirve para distinguir las características de los escurrimientos de cada zona, o
bien para encontrar relaciones entre ellos. También puede usarse como una serie de
tiempo para tratar de hacer predicciones de tipo estadístico.
Las relaciones entre las series IDE; de las zonas PN, PC y PS se caracterizaron por
medio del coeficiente de correlación "r":
4
1
∑x y-x y
n
r x, y =
Sx Sy
En la tabla 1 se muestran los resultados de las correlaciones entre zonas y los períodos analizados en cada caso. Se puede observar que las zonas PC y PS se relacionan bien, con un coeficiente de correlación de 0.88, mientras que la zona PN presenta
un régimen de escurrimientos distinto, ya que los coeficientes de correlación, respecto
de las otras zonas, son muy bajos. Esto puede deberse a que en la zona PN se
presentan avenidas de invierno importantes y esta característica no se da en las otras
dos zonas. Además, es más común que la zona PN esté más afectada por huracanes
que las otras dos.
III. Correlación entre el fenómeno de El Niño y los escurrimientos de la vertiente
del Pacífico
El objetivo es verificar la posibilidad de pronosticar si un año va a ser húmedo o seco,
en caso de que el IDE pueda correlacionarse con el SOI.
Para analizar las posibles relaciones entre los valores del SOI y del IDE, en cada una
de las tres zonas, se consideró que los valores del IDE podrían estar relacionados con
valores previos del SOI, por lo que se calcularon coeficientes de correlación para
defasamientos de 1, 2, .., hasta 24 meses entre las dos series.
También se observó que a medida que las series se filtran o suavizan utilizando
promedios móviles se obtienen mejores coeficientes de correlación, por lo que se
calcularon coeficientes de correlación para varios anchos de filtrado; sin embargo,
debe tomarse en cuenta que un filtrado excesivo elimina valores máximos y mínimos
que podría ser importante pronosticar.
En las figuras 2 a 4 se muestran gráficas con los valores del SOI en el eje de las
abscisas y del IDE en el de las ordenadas. Se indica también la recta de regresión y el
coeficiente de correlación para promedios móviles de 13 meses, ya que es donde se
presentan mejores coeficientes de correlación (debido probablemente a la
componente cíclica anual), considerando en cada caso el mejor defasamiento. En la
tabla 3 se muestra un resumen de los resultados de estas gráficas, incluyendo
resultados para promedios móviles de 25 meses.
5
Con base en los resultados obtenidos se planteó el siguiente procedimiento para
estimar el IDE mensual a partir de las mediciones mensuales del SOI.
1) Se elige el mes para el que se va a hacer el pronóstico. Mediante la tabla 3 y de
acuerdo con la zona analizada, se elige el defasamiento mensual que es necesario
para ubicar, hacia atrás en el tiempo, el mes "pivote" del cálculo.
2) Una vez determinado el mes pivote, se obtiene el promedio de los valores mensuales del SOI de seis meses hacia atrás, seis meses hacia adelante y del mes pivote
(13 meses en total).
3) De acuerdo con la zona analizada se utilizan las expresiones de la tabla 2 para
estimar el IDE mensual deseado.
Hay que aclarar que el valor calculado IDE' es, como en el caso del SOI, un promedio
de los 6 valores mensuales hacia atrás, de 6 valores mensuales hacia adelante y del
mes analizado, por lo que se trata de una estimación de dicho valor.
Con base en lo anterior, se procedió a pronosticar las series del IDE' para las zonas
PN, PC y PS, usando las expresiones obtenidas en las regresiones, y a comparar los
valores pronosticados con los históricos (figuras 5 a 7).
Como se puede observar, si los valores absolutos de los coeficientes de correlación
no fueran tan bajos, la tabla 3 mostraría que para la zona PN el fenómeno de la
Oscilación del Sur afecta después de 8 meses los escurrimientos de esa zona; para la
zona PC, después de un año, y para la PS, después de casi dos años. Sin embargo,
los coeficientes de correlación tan bajos hacen pensar que la relación entre ambos
fenómenos (Niño y escurrimientos) no es importante, y que las variaciones mensuales
e interanuales de los escurrimientos en las zonas estudiadas se deben a otros
fenómenos y pueden considerarse aleatorias.
Otra posibilidad para correlacionar los índices del SOI y del IDE es mediante una
función de transferencia lineal U. La expresión utilizada para estimar el IDE en el
mes i es la siguiente:
IDE i = ∑ SOI j x U i - j+1
j
6
Sin embargo, el uso de la función de transferencia no mejoró las estimaciones del IDE
y prácticamente equivale a los resultados de las correlaciones lineales.
IV. Conclusiones
Los resultados obtenidos al establecer modelos de regresión lineal IDE vs. SOI
conducen a coeficientes de regresión negativos (lo que se puede interpretar en el
sentido de que la ocurrencia de un evento de "El Niño" favorece escurrimientos altos).
Sin embargo, el valor absoluto de los coeficientes de correlación obtenidos fue
pequeño en todos los casos, de tal forma que, como se muestra en las figuras 2, 3 y
4, el uso del índice SOI para pronosticar los escurrimientos en las zonas estudiadas
conduce a una reducción muy pequeña de las diferencias entre los valores medidos y
los calculados.
En la referencia 7 se analiza la relación entre eventos de El Niño y los escurrimientos
que ingresaron a las principales presas de los estados de Baja California Norte,
Sonora, Sinaloa, Durango, Chihuahua, Coahuila y Tamaulipas. Al comparar los
resultados con los de este trabajo, se encuentra que los valores correspondientes a
los 4 primeros estados son cualitativamente semejantes; para los últimos tres estados,
en cambio, los autores de la referencia 7 encuentran una relación significativa entre la
ocurrencia de El Niño y los escurrimientos del verano del año siguiente.
Por otra parte, se intentó correlacionar el índice SOI con las lluvias mensuales
promedio registradas en la República Mexicana pero los valores absolutos de los
coeficientes de correlación resultaron menores que los obtenidos para los
escurrimientos de las vertientes del Pacífico.
En resumen, los autores de este trabajo pensamos que, al menos por ahora, no existe
evidencia física o estadística que permita mejorar significativamente el pronóstico
cuantitativo de las lluvias o los escurrimientos en México, utilizando los valores del
Índice de Oscilación del Sur.
Reconocimientos
Se agradece al Ing. José Luis Sánchez Bribiesca la revisión crítica de este trabajo.
Referencias
1. Walker, G. T., "Correlation in seasonal variations of weather", no. VIII y IX, Mem.
Indian Meteorol., 1923 y 1924.
2. Walker, G. T., "World weather", no. III, Mem. R. Meteorol., 1928
3. De la Lanza, G. y Galindo, E. I., "ENSO 1986-87 at Mexican subtropical Pacific
offshore waters", Atmósfera (1989), 2, pp. 17-30.
4. Climate Analysis Center, NOAA, Washington, D. C.
5. Jiménez E., M. y Domínguez M., R., "Relaciones Entre el Fenómeno del Niño y los
Escurrimientos de la Vertiente del Pacífico de México", informe interno del
CENAPRED, Coordinación de Investigación, junio, 1993.
6. CD-ROM con información hidrométrica de la CNA.
7. Acosta G., A., "El niño: sus efectos sobre el norte de México", Revista de Ingeniería
Hidráulica en México, enero-abril 1988.
Figuras y tablas
Tabla 1:Coeficientes de correlación entre las zonas PN, PC y PS.
Zonas
Período
r
PN-PC
49-74
0.33
PN-PS
48-85
0.22
PC-PS
49-74
0.88
Tabla 2:Expresiones para obtener el pronóstico del índice de escurrimiento
Zona
Expresión
PN
IDE' = 1.060 - 0.385 SOI
PC
IDE' = 1.052 - 0.247 SOI
PS
IDE' = 1.007 - 0.159 SOI
Figure 1 Índice de Oscilación del Sur
Figure 2 Regresión SOI vs. IDE, zona PN, filtro=13, defasamiento=8
Figure 3 Regresión SOI vs. IDE, zona PC, filtro = 13, defasamiento = 14
Figure 4 Regresión SOI vs. IDE, zona PS, filtro = 13, defasamiento = 19
Figure 5 Estimación del IDE, zona PN con fórmulas de regresión lineal
Figure 6 Estimación del IDE, zona PC con fórmulas de regresión lineal
Figure 7 Estimación del IDE, zona PS con fórmulas de regresión lineal
Tabla 3:Resumen de resultados de las regresiones lineales del SOI y del IDE.
Zona
Filtro
Defasamiento
r
(meses)
(meses)
PN
PC
PS
13
8
-0.426
25
9
-0.538
13
14
-0.529
25
12
-0.541
13
19
-0.473
25
21
-0.411