CAMBIOS EN TEMPERATURAS EXTREMAS MENSUALES SOBRE

ANÁLISIS DE LA VARIABILIDAD A LARGO PLAZO DE LAS TEMPERATURAS Y SUS
EXTREMOS SOBRE SUD AMÉRICA
Matilde Rusticucci1, Ana Laura Berman1, Natalia Gattinoni1, M. Paula Llano1, Carlos Zotelo1
RESUMEN
El objetivo de este trabajo es analizar los cambios ocurridos en los valores de temperatura y en la
ocurrencia de los eventos extremos de temperatura mensual sobre Sud América, en el período más
largo de tiempo disponible, resultando 14 estaciones durante el período 1892-1991 No se puede
encontrar fácilmente periodos en común de variabilidad, excepto en algunas regiones. Las
estaciones del norte de Sudamérica presentan las mayores tendencias positivas en sus valores
medios anuales. Salta y Bahia Blanca en Argentina presentan tendencias negativas. En las
estaciones del norte se observan períodos extremadamente calientes después de la década del 50,
con aumento en las últimas décadas, siendo la década del 80 la más cálida, por sobre los limites del
80%. Con el fin de caracterizar la persistencia de meses extremadamente fríos o cálidos, se
construyeron las secuencias de meses extremos, y se calculó la probabilidad en cada estación de que
una determinada secuencia dure uno o más meses. De estos cálculos se puede deducir un pronóstico
estadístico de persistencia de extremos mensuales en cada localidad. Se evaluó la importancia del
ENSO en la ocurrencia de meses con temperaturas extremas en todas las localidades y su
potencialidad de predicción.
ABSTRACT
The objective of this work is to analyze the changes occurred in the values of temperature and in the
occurrence of the extreme events of monthly temperature on South America, in the most long
period of available time, resulting 14 stations during the period 1892-1991 If can not be found
easily periods in common of variability, except in some regions. The north stations of South
America present the greater positive trends in their annual values. Salta and Bahia Blanca in
Argentina present negative trends. In the north stations extremely hot periods after the 50’ decade
are observed, with increase in the last decades, being the 80’s the hottest one, above limit of the
1
Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Universitaria Pab II,
(1428) Buenos Aires, Argentina. Tel: (+ 54 11) 4576-3364 ext 20. Fax (+54 11) 4576-3364 ext 12.
e-mail: [email protected]
80%.
In order to characterize the extremely cold or hot persistence of months, the extreme
sequences of months were built, and the probability in each station was calculated that a specific
sequence last one or more months. Of these calculations a statistical forecast of monthly persistence
of extremes in each locality can be deduced. The importance of ENSO was evaluated in the
occurrence of months with extreme temperatures in all the localities and its potential predictability.
INTRODUCCIÓN
La preocupación por el aumento de temperatura del planeta ha ido aumentando en los últimos años.
El conocimiento de la variabilidad de la temperatura, a partir de series confiables del más largo
plazo disponible, nos da el marco en el cual se puede comparar la variabilidad más reciente y en
particular, sobre los valores extremos que puede tomar la temperatura, que son quienes más van a
influir en el desarrollo de la vida diaria. Los valores extremos de diferentes variables climatológicas
determinan los umbrales de vulnerabilidad de los distintos sistemas ambientales. Extremos de
temperatura con valores que superan los umbrales, producen daños irreversibles sobre los
ecosistemas.
En el análisis de las temperaturas mensuales para 57 estaciones en Europa para el período 17511996, se observó que la temperatura en todo el período aumento 0.5 C (Balling et al, 1998). En
Suiza se observaron cambios en la temperatura en diferentes latitudes y alturas en la segunda mitad
del siglo, afectando las temperaturas mínimas en altas altitudes en invierno y las temperaturas
máximas en bajas altitudes en verano durante los últimos 40 años en localidades situadas al norte
del país. Se observa una tendencia a escala decádica para ambos extremos, positiva para fines de los
años 80. Estos cambios en los extremos de temperatura trae aparejado un significativo impacto
sobre la biosfera y criosfera (Jungo & Beniston, 2001). La temperatura histórica anual de EEUU en
la ultima centuria muestra 3 periodos distintos. Calentamiento en 1900-1940, enfriamiento en 19401969 y calentamiento en 1970 hasta el presente. Los dos primeros periodos muestran tendencia, y el
calentamiento en el tercer periodo se puede atribuir a factor humano (Knappenberger et al., 2001).
En un análisis de la variabilidad intermensual de la temperatura, en un grillado sobre el globo,
Michaels et at (1998) encuentran que no necesariamente un aumento de temperatura está en directa
relación con un aumento en su variabilidad, por lo tanto está en oposición al supuesto de un
aumento en los extremos de temperatura, con un aumento en la temperatura.
En Sudamérica no existen suficientes trabajos que pongan en perspectiva las variaciones de la
temperatura en un período extenso, principalmente por no haber muchas bases de datos disponibles
Rusticucci, Berman,. Gattinoni, LLano, Zotelo XIII Congresso Brasileiro de Meteorología Pág
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y confiables de largo alcance. Estudiando los valores medios decádicos, Hoffmann et al (1997)
observaron entre las décadas de 1981/90 y 1921/30 un calentamiento en Argentina en la región de la
Patagonia y Sur de las Islas Orcadas de más de 2ºC , mientras que al norte de 42º S no se presenta
este cambio tan marcado en la temperatura. Las diferencias de temperatura decádica, para toda Sud
América al sur de 20ºS, muestra aumentos en las temperaturas decádicas entre 1901/10 y 1981/90
con mayor intensidad en el sur de Brasil, en la región alrededor de San Pablo y en Argentina,
alrededor de Buenos Aires, y en el Sur del país. También hay una disminución de temperatura muy
marcado en el noroeste de Argentina (Rusticucci y Penalba, 2000). Otros trabajos (Rusticucci y
Barrucand, 2004) se refieren a las tendencias de temperaturas extremas diarias, pero solamente en el
record disponible de 40 años. Por lo tanto, es necesario poner en contexto las variabilidades
encontradas para ese período en relación con un período más largo.
El objetivo de este trabajo es analizar los cambios ocurridos en los valores de temperatura y en la
ocurrencia de los eventos extremos de temperatura mensual sobre Sud América, en el período más
largo de tiempo disponible.
DATOS Y METODOLOGÍA
Se consideraron para este estudio las bases de datos Adjusted Global Historical Climatology
Network Temperature records. En particular se toman las series ajustadas, a las cuales se les
realizaron tests de homogeneidad, según se detalla por ejemplo en Peterson y Vose (1997).
Analizando la misma, y dada la disponibilidad de información, se pueden extractar 100 años de
datos, transcurridos en el período 1892-1991. Con estas restricciones, solamente tres estaciones del
norte de Sudamérica se encuentran disponibles, y 11 estaciones al sur de 20ºS y al este de la
cordillera, según se detalla en la Figura 1.
Se toma como variable de estudio a la temperatura media mensual, por ser la serie más completa de
temperaturas disponible ya que las temperaturas mensuales proveniente de temperaturas diarias
Máxima y Mínima no poseen información para estas estaciones.
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20.00
10.00
George
Quito
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Quixeramobin
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Salta Asuncion
Ceres
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Cordoba
RiodeJaneiro
SanPablo
Curitiba
BuenosAires
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-50.00
PuntaArenas
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-50.00
-40.00
-30.00
-20.00
Figura 1: Estaciones estudiadas
Se estudia la variabilidad a largo plazo de los valores medios mensuales y sus extremos. Para
evaluar los extremos, se define un mes como extremo si se encuentra por debajo del 20 (frío) o por
encima del 80 (calor) percentil de la serie total de su mes. Se evalúan las series de extremos por
estación (por similitud con el hemisferio sur, se llaman DJF a verano, MAM otoño, JJA invierno y
SON primavera) y además se calculan las secuencias de meses extremos que presentaron las series.
Con el fin de caracterizar estadísticamente la ocurrencia de estos eventos extremos en cada mes, se
estudia la persistencia de meses extremos, calculando la probabilidad de ocurrencia de mes
extremo, y su duración. Por otro lado, se evalúa la probabilidad de cambio de un extremo
(frío/calor) a su opuesto (calor/frío).
Para las distintas estaciones, se estudia la potencial relación entre ocurrencia de extremos de
temperatura y el ENSO, y se evalúa la predictabilidad del mismo, con una antelación de una
estación.
Se toma como indicador del ENSO al SOI, por estar éste definido para todo el período analizado. Se
identifican en cada estación los valores de SOI que correspondieran a las estaciones extremas y,
Rusticucci, Berman,. Gattinoni, LLano, Zotelo XIII Congresso Brasileiro de Meteorología Pág
4
mediante un test t-Student se verifica si existe efecto SOI sobre los extremos de temperatura
estacionales.
RESULTADOS
Valores medios de temperatura
Se puede observar en la Figura 2, que las series de temperatura anual presentan una gran tendencia,
principalmente en las estaciones del norte de Sudamérica. En dicha figura se presentan los valores
anuales de temperatura en el período completo para cada estación, ubicadas de norte a sur. Todos
los gráficos tienen la misma escala en las ordenadas, aunque desplazadas en su origen. En estas
bases de datos homogeneizadas, se pueden ver grandes tendencias positivas en las estaciones del
norte, como Georgetown o Rio de Janeiro. En todas estas estaciones, se observa un primer período
estable, que en las tres estaciones de más al norte, se podría extender hasta 1920 y luego comienzan
a aumentar con más intensidad. Salta (norte de Argentina) muestra una importante tendencia
negativa especialmente en los primeros años hasta 1950 en donde se mantiene constante. Asunción
muestra tres períodos, un primer período de estabilidad un período central de aumento y un último
de descenso o estabilidad. Resulta sorprendente que Buenos Aires no presente tendencia,
evidentemente ésta ha sido filtrada con el proceso de homogeneización, ya que sí se ve una
importante tendencia en la serie proveniente de la base de datos sin homogeneizar. Bahia Blanca
tiene tendencia negativa hasta 1970 y luego un último período de aumento.
Como esta tendencia es variable intraanualmente, se analiza más profundamente la tendencia lineal
de las temperaturas medias mensuales para cada mes en particular, ya que los mismos presentan
distintos patrones. Como se puede ver en la Figura 3 donde se presentan los valores de tendencia
lineal y sus Intervalos de confianza al 95%, las estaciones del norte de América del Sur tienen una
tendencia lineal positiva en todos los meses, principalmente Georgetown y Rio de Janeiro. San
Pablo presenta la mayor tendencia en los meses invernales, contrario a Curitiba, quien tiene la
mayor tendencia en los meses de verano. Estas estaciones presentan grandes tendencias de hasta
0.024 ºC/año. Otras estaciones tienen tendencias no significativas. Otra particularidad se observa en
Salta y Bahía Blanca, quienes presentan tendencias negativas en todos los meses. Punta Arenas
presenta tendencias negativas de diciembre a junio y positivas de julio a noviembre
Aun conociendo estos valores de tendencia, no se ha filtrado la misma para los cálculos de
percentiles que determinarán los extremos, con la finalidad de mostrar la presencia de los valores
Rusticucci, Berman,. Gattinoni, LLano, Zotelo XIII Congresso Brasileiro de Meteorología Pág
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Figura 2: Temperatura media anual, 1892-1991
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G e or ge t ow n
Q u ix e r a mo b im
Q u it o
R ío d e J a n e ir o
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Figura 3: Valor de la pendiente de la tendencia lineal de las temperaturas mensuales, 18921991, y sus Intervalos de confianza al 95%.
extremos en las distintas épocas. Como se sabe, la variabilidad de los extremos puede diferir, y en
algunos casos ser superior a la de los valores medios.
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Variabilidad de los extremos mensuales de temperatura
Variabilidad decadal
Se calcularon las anomalías de la temperatura mensual con respecto a los límites de los quintiles
para cada mes. Resulta anomalía positiva si la temperatura media mensual es superior al valor del
percentil 80%, y anomalía negativa si la temperatura media mensual es inferior al valor del percentil
20%. Las anomalías halladas con respecto a los deciles son del orden de 2ºC, llegando en algunos
meses a tener valores mensuales de hasta 4ºC por encima o por debajo del límite.
Se presentan en la Figura 4, los promedios móviles de 10 años de estas anomalías extremas
mensuales. En las estaciones del norte se observan períodos extremadamente calientes después de la
década del 50, con aumento en las últimas décadas, siendo la década del 80 la más cálida, por sobre
los limites del 80%. La excepción sigue siendo Salta, que muestra años extremadamente cálidos
hasta el 50, manteniéndose como años fríos a partir de esa década, aunque con valores más
cercanos a cero en las últimas décadas. Asunción, ubicada casi a la misma latitud, pero hacia el
este, tiene un comportamiento opuesto, más similar al del resto de las estaciones ubicadas más hacia
el norte. Se destaca en Asunción un período muy frío centrado en las décadas de 1910/1920. Otro
comportamiento que se refleja opuesto, son dos estaciones ubicadas a la misma longitud pero
distinta latitud: Córdoba y Bahía Blanca. Estos comportamientos opuestos podrían estar indicando
un corrimiento de la circulación media que ocasiona estos extremos.
Buenos Aires, en esta base de datos, de la que se extrajo la tendencia, muestra que las décadas más
cálidas fueron a principios del siglo y en los años 20-40, aunque se observa el aumento de
temperaturas extremas en la década de 1980.
En general, la década del 80 o es la más cálida del record, o es más cálida con respecto a sus
décadas inmediatamente anteriores.
Variabilidad interanual de meses extremos
Se definen las 4 estaciones del año, como DJF, MAM, JJA y SON, por similitud con el hemisferio
sur (verano, otoño, invierno y primavera, respectivamente) Dentro de cada período, se cuenta el
número de meses que clasifican como extremo por año, y se construyen las series de número de
meses extremos por estación, por lo que se muestra que se puede tener de 0 a 3 meses cálidos o
fríos.
En verano (DJF) las estaciones del norte (Quito, Quixeramobim y Georgetown) y Rio de Janeiro se
nota que las estaciones con al menos un mes extremadamente cálido ocurren al final del período con
Rusticucci, Berman,. Gattinoni, LLano, Zotelo XIII Congresso Brasileiro de Meteorología Pág
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Figura 4: Promedios móviles de anomalias mensuales de temperaturas extremas. Anomalía positiva:
(negativa) si la temperatura mensual está por encima (debajo) del 80% (20%).
( G eo r g et o w n)
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( Quixer amo b im)
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( A sunci ó n)
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( C ur i t i b a)
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( B s A s)
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( B . B l anca)
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( Pt a A r enas)
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mayor frecuencia, y por el contrario, los fríos al comienzo, esto es acorde con las considerables
tendencias positivas en las temperaturas mensuales. Esta característica se va diluyendo hacia el sur,
aunque en la mayoría de las estaciones los últimos veranos resultan con mayor frecuencia
extremadamente cálidos. También se ve una gran variabilidad interanual, con años que tienen meses
extremadamente cálidos seguidos por años con meses extremadamente fríos, característica muy
marcada en algunas estaciones.
En otoño (MAM) se ve lo mismo que en verano, además ocurre muy seguido que un año tiene al
menos un mes frío y cálido extremo en el mismo año. En Georgetown y Quito, todos los otoños
fríos se dan al comienzo, y todos los cálidos al final, en cambio en las otras estaciones con
tendencia positiva se alternan años con meses fríos y cálidos extremos. Por ejemplo Rio de Janeiro
tiene años con al menos un mes cálido en los primeros años y con al menos un mes frío en los
últimos, como en las estaciones con poca tendencia. El caso de tendencia negativa como Salta,
ocurre lo inverso, tiene algunos otoños con meses extremadamente fríos, en los años más cálidos
del comienzo del record de estudio. Esto ocurre más definidamente en otoño e invierno que en
primavera y verano
En SON (primavera) se ve muy marcada la presencia de períodos cálidos muy fuertemente en
Quixe a partir de fines de 1970, con todas las primaveras con al menos 2 meses extremadamente
cálidos, y en Georgetown, efecto que se repite en la estación más austral, Pta. Arenas, aunque tiene
bastantes casos de privaveras cálidas, con mucha persistencia (los 3 meses extremos) al comienzo
del período. En general, se nota una gran variabilidad interanual. En la escala estacional, se ve que
en las estaciones del norte, todos los años seguidos tienen al menos un mes extremo, en cambio más
al sur, se alterna un año sí otro no, pero siempre un mes, o sea, los meses extremos se ‘reparten’ a lo
largo de todo el período.
Secuencias de meses extremos
Con el fin de caracterizar la persistencia de meses extremadamente fríos o cálidos, se construyeron
las secuencias de meses extremos, y se calculó la probabilidad en cada estación de que una
determinada secuencia dure uno o más meses. De este modo, se separaron las secuencias según su
mes de inicio, y con la cantidad de meses que permanecieron dentro de la categoría extrema (frío o
calor) se calcularon las probabilidades de ocurrencia. De estos cálculos se puede deducir un
pronóstico estadístico de persistencia de extremos mensuales en cada localidad.
Se presentan algunos ejemplos de estaciones en la Figura 5, en el panel izquierdo, la probabilidad
de que dada una secuencia (frías a la izquierda, cálidas a la derecha) que comienza en el mes
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Figura 5: Probabilidad de persistencia en meses fríos y cálidos. Georgetown
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Quixeramobim
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indicado, la misma persista de 1 a 12 meses. De estas figuras se ve que, en general, hay gran
variabilidad intraanual y entre estaciones. Por ejemplo en Georgetown, si la secuencia fría comienza
en enero, tiene 57% de probabilidad de durar sólo un mes, 14% de permanecer 2 o 3 meses y 14%
de permanecer 5 meses. En cambio, si la secuencia comienza en marzo, el 100% de los casos
duraron sólo un mes.
En las estaciones del norte, donde las temperaturas presentaron las mayores tendencias, se
encuentran las secuencias más prolongadas. En Georgetown, los meses cálidos tienen probabilidad
de persistir hasta 9 meses si comienzan en enero o 10 meses en diciembre pero estas secuencias más
largas cálidas ocurrieron en los últimos años del record, y las frías al comienzo, indicando la
tendencia.
A la derecha de este panel, se encuentra la marcha anual de frecuencias de eventos (fríos arriba y
cálidos abajo) que comienzan en el mes indicado, mostrando la variabilidad intermensual. En Quito,
se nota que los eventos cálidos tienen más probabilidad de iniciarse entre julio y enero que en el
resto del año, y en Quixeramobim en los meses de enero y febrero.
En las otras estaciones, por ejemplo, Buenos Aires, que como dijimos, en este archivo de datos
ajustados no tiene tendencia, se ve que las olas de calor tienen más probabilidad que las frías de
durar sólo un mes, pero se presenta gran variabilidad anual.
Se calculó también una probabilidad más restrictiva, la probabilidad de cambio de un extremo al
opuesto, esto es, la probabilidad de que un caso extremo en un mes se convierta en un caso extremo
opuesto (frío a calor y viceversa).
En las estaciones del norte, esta probabilidad es casi cero, en cambio en otras estaciones de gran
variabilidad, como por ejemplo en Buenos Aires en marzo, el 33% (y en noviembre el 30%) de las
secuencias cálidas (frías) se transforman en frías (cálidas), mostrando que son los meses de más
fuerte transición. Bahía Blanca muestra en Mayo una gran probabilidad (54%) de cambio de cálido
a frío, como un mes muy sensible a los cambios extremos, interesante para su monitoreo.
(resultados no mostrados)
Relación de la ocurrencia de los extremos con ENSO
Estaciones del Norte:
Quito es la estación con mayor influencia directa con el SOI, todas las estación dan una relación con
el fenómeno, significativa. SOI positivo (Niña) extremo frío, SOI negativo, Niño, extremo caliente.
Y el SOI es un predictor con una estación de anticipación en todas las estación menos en DJF.
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Georgetown por el contrario, no tiene impacto del SOI en la ocurrencia de los extremos en ninguna
estación. Quixe tiene ocurrencia de DJF y MAM cálidos en eventos El Niño simultáneos, y con una
estación de anticipación, se pueden pronosticar MAM y JJA extremadamente cálidos. Esto se ve
claramente en las SST composite de casos fríos vs. cálidos da diferente. Ver FIGURA.
Estaciones del Sudeste
Rio y San Pablo tienen más clara influencia en primavera (SON) (frío con LA Niña y calor con El
Niño) con una anticipación de hasta un estación. Curitiba en cambio muestra señal en el invierno
simultáneo (Frío con La Niña y cálido con El Niño) pero cuando utilizamos el SOI desplazado, el
impacto está en verano y otoño. Esta diferencia con las estaciones antes mencionadas, que a pesar
de encontrarse muy cercanas entre sí, están mostrando un límite geográfico para el impacto en los
extremos de temperatura, que podría deberse a cambios en la ubicación de la circulación. Asunción
muestra mayor impacto en la ocurrencia de eventos extremos cálidos en verano, invierno y
primavera simultáneamente con SOI negativo indicativo de El Niño, y con otoño frío asociado con
La Niña hasta una estación anterior. Salta, por el contrario, muestra el impacto claro de La Niña
asociado con todo el año extremadamente frío, que en las estaciones de transición, otoño y
primavera se pueden predecir con un estación de anticipación. Ceres y Córdoba no muestran
impacto. Buenos Aires tiene una señal del SOI simultáneo en verano otoño e invierno y se podría
predecir un verano frío y otoño frío con una estación de anticipación, si La Niña está presente. La
señal del SOI también aparece en Punta Arenas, hay mayor probabilidad de primavera cálida si La
Niña está simultáneamente y hasta un estación anterior, y ocurren veranos calientes si El Niño
ocurre simultáneamente mostrando señales opuestas entre ambas fases ENSO
CONCLUSIONES
En este trabajo se explora la variabilidad de las temperaturas mensuales en un record de 100 años
para las estaciones de Sudamérica disponibles en el récord 1892-1991. No se puede encontrar
fácilmente periodos en común de variabilidad, excepto en algunas regiones. Las estaciones del norte
de Sudamérica presentan las mayores tendencias positivas a lo largo del período en sus valores
medios anuales. Salta y Bahia Blanca en Argentina presentan tendencias negativas. En los extremos
mensuales se ve gran variabilidad regional, aunque las últimas décadas estudiada presenta un
aumento de los extremos cálidos en la mayoría de las estaciones. En algunos casos, se encontró que
dos estaciones cercanas presentan comportamientos opuestos, lo que puede significar un
corrimiento de la circulación en esas regiones que ocasionan los extremos.
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Al estudiar la persistencia de los meses extremos, se encuentra que la mayor probabilidad está en
que el evento dure sólo un mes, aunque en varias estaciones, las probabilidades de secuencias
mayores a un mes no son despreciables. La probabilidad de que un mes pase de un extremo
(frío/calido) a su opuesto (cálido/frío) es casi cero en las estaciones del norte, pero en localidades
con mayor variabilidad intermensual, como Buenos Aires, la probabilidad de que un mes de marzo
extremadamente cálido, se transforme en un abril extremadamente frío es del 33%. El caso más
llamativo ocurre en Bahia Blanca, con un 54% de probabilidad de que un mayo cálido sea seguido
por un junio extremadamente frío. Estos resultados aportan al conocimiento de los pronósticos
climáticos estadísticos.
El efecto de El Niño en la ocurrencia de meses extremos es indiscutible en Quito, donde se puede
predecir con una estación de anticipación una estación cálida (fría) si El Niño (La Niña) está
presente. Este efecto es menos claro hacia el sur de Sudamérica, aunque en Salta se puede predecir
un otoño o primaveras extremadamente frío si la Niña está presente.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo se realizó con ayuda de los proyectos UBA X135 e IAI CRN 055.
REFERENCIAS
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