PROPUESTA PARA EL REDISEÑO DE LA RED DE OBSERVACIONES METEOROLÓGICAS EN COLOMBIA Saavedra U. Hugo. A., Pabón C. José D., Cárdenas C. Victor Hugo., Subdirección de Meteorología. IDEAM Niño R. Rául., Parra Leonardo., Garzón Milton., Reyes Francisco Programa de Operación de Redes.IDEAM RESUMEN En este documento se plantea el rediseño de la red meteorológica, tomando en cuenta el criterio fundamental de la representatividad de los procesos meteorológicos de mesoescala y la diversidad climática del país, el cual se complementa con el criterio de cubrimiento de la división política del territorio colombiano y las necesidades de los principales sectores económicos, particularmente el silvoagrícola, el de transporte aéreo y marítimo e hidroenergía, entre otros. También se consideran las necesidades de observación y medición planteadas por otras áreas del conocimiento. Con esta red y con el apoyo de métodos de interpolación y de modelos meteorológicos y climatológicos, se dispondrá de gran parte de la información meteorológica y climatológica requerida por la comunidad nacional e internacional, lo que permitirá en un futuro, atender las demandas más diversas, ya sea desde el punto de vista de productos específicos requeridos por un determinado sector o localidad. ABSTRACT In this article we are redesigning the meteorologycal network, to do that we are considering the general climate xaracteristic of the territory, and the neccesities of the users. That meteorologycal network stations will provide information for the country in order to attend the generals requeriments of then. 1. INTRODUCCIÓN En diferentes regiones del mundo se ha ganado experiencia en cuanto a diseño de redes de estaciones meteorológicas (Secretaría de Recursos Naturales y Desarrollo Sustentable). , Red Básica Nacional de Información Hídrica. Argentina, 1998; OMM - No 488, Guía del sistema mundial de observaciones, 1989. , Moss M.E., 1982: Concepts and techniques in hydrological network design. WMO – No. 580 Operational Report No. 19. World Meteorological Organization. Geeneva, Switzerland. 30p., Y otros). No obstante, en la mayoría de estos trabajos los criterios utilizados están mas relacionados con los procesos de escala sinóptica, para descripciones climatológicas y, en muchos casos, ajuste a los recursos económicos disponibles. Con base en esta experiencia y aplicando nuevos conceptos y criterios se propone una nueva red de estaciones meteorológicas para Colombia. Esta red debe ser suficiente para representar los procesos y fenómenos que afectan la actividad humana y así ser parte fundamental del Sistema de Información Ambiental con el que el Instituto puede cubrir la demanda de información por parte de la sociedad colombiana y mundial. 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La comunidad nacional demanda información sobre los procesos meteorológicos que afectan en su localidad las actividades socioeconómicas. Se tiene establecido (Pabón y otros, 1997) que son los procesos meteorológicos de micro-escala y meso-escala los que frecuentemente impactan puntualmente (en tiempo y en espacio) dichas actividades; también, la orografía compleja del territorio colombiano genera micro-climas y mesoclimas sobre los cuales se requiere dar información detallada a la sociedad más que la información generalizada por grandes regiones naturales. Por esta razón se requiere organizar una red básica nacional de observaciones y mediciones meteorológicas in situ que permita, con apoyo de otras herramientas (métodos de interpolación, imágenes de satélite, modelos meteorológicos y climáticos), generar la información sobre los procesos y fenómenos meteorológicos y del clima de micro- y meso-escala que demanda la sociedad para el desarrollo de sus actividades cotidianas, para la seguridad de la población, para la planificación sectorial y territorial y para la toma de decisiones en la política económica, social y ambiental. 3. MARCO CONCEPTUAL El planteamiento del problema involucra conceptos básicos acerca de los procesos naturales y socioeconómicos. En cuanto a los procesos naturales, se plantea básicamente lograr la representación de la meso-escala y la diversidad climática; en lo económico, se busca cubrir por lo menos los sectores más importantes en el ámbito nacional; y en lo social, se pretende asegurar la información necesaria para la protección ante desastres naturales, para la salud y el abastecimiento de agua de la población. La escala de los fenómenos meteorológicos esta dada por las dimensiones temporales y espaciales que los caracterizan. En la Figura 1 se presenta esquemáticamente los ordenes de magnitud de los procesos meteorológicos de diferente escala. Los procesos de meso-escala (cuyo ejemplo son las lluvias intensas, las tormentas eléctricas, las granizadas, los vendavales, las heladas, entre otros) en términos de longitud de onda tienen una extensión hasta de 105 metros (102 kilómetros), a diferencia de los procesos de escala sinóptica (106 metros o 103 kilómetros). Si se requiere tomar una magnitud promedio como cobertura de este tipo de fenómenos se podría tomar 500 km2 para zonas montañosas y 1000 km2 para zonas planas, que representa el área de un círculo de aproximadamente 12 y 18 kilómetros de radio. En el diseño de la red de observaciones se debe considerar esta característica para dichos procesos. Figura 1. Representación esquemática de las dimensiones espaciales (horizontal) y temporales de los procesos meteorológicos (Tomado de OMM Guía del Sistema Mundial de Observaciones No. 489, año 1989.). En la parte de seguridad de la población ante fenómenos meteorológicos adversos, la red de observaciones debe estar adecuada a la distribución espacial y temporal de estos fenómenos para garantizar un sistema de vigilancia y alerta. Esta red debe considerar la distribución de las heladas, las lluvias intensas (que generan crecientes, desbordamientos e inundaciones), las tormentas eléctricas, los vendavales, el granizo, los huracanes, la sequía y los largos períodos húmedos. En cuanto a lo político-administrativo, cada municipio debe contar por lo menos con una estación meteorológica que le permita cubrir las necesidades de información sobre su territorio. 4. METODOLOGÍA El rediseño de la red meteorológica se planteó en varias etapas en un proceso que partió de esbozar, con ayuda de cartografía 1:1.500.000 y 1:500.000 y el apoyo de software de sistemas de información geográfica (SIG), una red ideal que cubre el criterio básico de representación de los procesos de meso-escala, hasta llegar a la red final que considera criterios como la división político-administrativa del país, la actividad económica, la distribución de los fenómenos adversos. El detalle de la metodología en cada una de las etapas del proceso es el siguiente: 4.1. Unidad de análisis En esta propuesta la unidad de análisis es la cuenca de tercer orden. En primer lugar, la cuenca es un elemento que no solo nos presenta unas características climáticas determinadas sino que integra otros elementos del ambiente como el agua, la vegetación y los suelos. En este sentido se planteó organizar la red meteorológica del país con base en la subzonas hidrográficas (Mapa No 1). 4.2. Representación de la meso-escala Cada estación de observación o de medición debe representar los fenómenos meteorológicos de mesoescala. Por lo anterior, en esta propuesta se plantea que para cada unidad de análisis se ubique nodos de medición con un cubrimiento de 500 km 2 en las zonas montañosas y 1000 km2 en las zonas planas. 4.3. Representación de los pisos climáticos Para lograr la representatividad de los pisos climáticos, cada cuenca tomada como unidad de análisis se dividió dé acuerdo con la clasificación climática de Caldas-Lang (Eslava, 1986) que tiene aplicabilidad exclusiva para el trópico americano (ver tabla No 1). Tabla No 1. Pisos térmicos según Caldas-Lang (Eslava, 1986) PISO TÉRMICO Cálido Templado Frío Páramo bajo Páramo alto RANGO DE (METROS) 0 a 1000 1001 a 2000 2001 a 3000 3001 a 3700 3701 a 4200 ALTURA Según el área de cada piso climático en la cuenca analizada se ubicaron nodos tomando en cuenta el criterio de representación de la mesoescala 4.4. Representatividad político-administrativa Una vez terminado el ejercicio anterior se estableció una lista de municipios que en esa red ideal quedó sin estación. Se procedió a agregar puntos en la cartografía que correspondían al sitio donde debería localizarse la estación. Igualmente, se consideró que las cabeceras municipales (la parte urbana) de las capitales de departamento y las ciudades con mas de 100.000 habitantes deberían tener por lo menos una estación meteorológica. 4.5. Cumplimiento de función de vigilancia y alerta Se identificaron las regiones del país donde se presenta determinado tipo de fenómeno y se revisó si la red que se tiene como producto de las dos fases anteriores cubría estas áreas. A las áreas que no estaban cubiertas o las que ameritaban algunos puntos más, se les asignaron nuevos puntos de observación. 4.6. Cubrimiento de los principales sectores socio-económicos Se identificaron las zonas de gran importancia por intensa actividad agropecuaria, las cuencas con proyectos hidroenergéticos, embalses y lagunas, distritos de riego, las principales vías terrestres, los puertos principales, parques industriales contaminantes, aeropuertos, y zonas de conflicto interno entre otros sectores. Se revisó el cubrimiento de estas áreas con la red ya establecida y en los casos en que no se cubría, se establecieron nuevos puntos. 4.7. Apoyo a los sistemas mundiales de observación Los procesos y fenómenos meteorológicos y climatológicos nacionales se desarrollan en el fondo de condiciones globales y regionales que involucran el sistema climático planetario. En vista de lo anterior, para Colombia es benéfico participar en los programas mundiales de observación de los diferentes componentes del sistema climático con el fin de garantizar la información de los procesos globales y regionales que requiere. Por ello, el País participa en diferentes programas internacionales y mediante acuerdos, se encuentra comprometido en hacer observaciones, meteorológicas, hidrológicas y oceanográficas y suministrarlas a la comunidad internacional. El IDEAM, como organismo rector y líder en estos temas debe hacer las observaciones y facilitar la información necesaria en intercambio. 4.8. Materiales e información básica para el análisis 4.8.1. Definición de una red meteorológica ideal Se planteó hacer el análisis detallado en cartografía 1:100.000, no obstante, ante la falta de esta información básica debidamente estructurada, no fue posible hacer uso de ella. Se optó entonces por trabajar en aproximaciones con cartografía 1:1´500.000 y 1:500.000. Esta información básica comprende las curvas de nivel, subzonas hidrográficas, división político administrativa, mapas de amenazas por fenómenos hidrometeorológicos. Adicionalmente se utilizó cartografía especifica para incluir criterios, con las coberturas temáticas de vías, distribución de aeropuertos, mapas de zonas de producción agrícola, de distritos de riego, de proyectos hidroenergéticos, de parques nacionales naturales, coberturas vegetales, cuerpos de agua, mapa de población y de distribución de ciudades con población mayor a 100.000 habitantes. Igualmente se utilizó la cobertura de zonas áridas. La cobertura de vías principales y secundarias fue usada además para optimizar la red propuesta en cuanto al acceso a las estaciones. 4.8.2. Aproximación de la red real a la red ideal Para analizar el grado de aproximación de la red real actual a la red ideal se comparó la red planteada con la distribución de estaciones meteorológicas según catalogo de la base de datos central. 4.8.3. Procedimiento para la definición de la red Para el presente estudio se dividió el territorio colombiano en once Zonas Hidrográficas (Mapa No. 2) dentro de las cuales se identificaron Subzonas hidroclimáticas, en las que se consideró el respectivo cubrimiento de los procesos de meso-escala. Esta zonificación del territorio no ha sido casual sino que considera las 24 zonas hidroclimáticas (Hurtado, 1998) sobre las cuales está trabajando el IDEAM para fines meteorológicos y climatológicos. Posteriormente se seleccionó como unidad de referencia la cuenca de tercer orden, del mapa de zonificación hidrológica, a la cual se le superpusieron las curvas de nivel y se tomó en cuenta la clasificación climática de Caldas-Lang (Eslava J. A y Otros 1986); posteriormente se calcularon las áreas por piso térmico. Una vez clasificadas las áreas por piso térmico, se tomó un punto (estación ideal) por cada área de 500 km2 para zonas montañosas y 1000 km2, para las zonas planas. Basado en lo anterior, se procedió a ubicar los respectivos puntos que en el futuro serían estaciones de la red climatológica. En la ubicación de cada punto se tuvo en cuenta además de lo anterior, las coberturas de vías terrestres, cuerpos de agua, división político administrativa y parques nacionales entre otras, con el fin de facilitar la operación y el mantenimiento de la futura red. 5. RESULTADOS OBTENIDOS Una vez realizados los respectivos análisis, y teniendo en cuenta los respectivos sectores socioeconómicos, con sus respectivos cubrimientos temáticos en cuanto a vías de comunicación, distritos de riego, principales focos de contaminación, aeropuertos, puertos, mapa de conflictos internos, subzonas hidrográficas, parques nacionales naturales, coberturas vegetales, curvas de nivel, división político administrativa, población, etc., se obtuvo la distribución ideal de estaciones meteorológicas en las diferentes regiones donde las estaciones están representadas por puntos. Finalmente, se obtuvo una red meteorológica ideal con cubrimiento nacional (Mapa No. 3) Claramente reflejada a nivel departamental, regional, zonal, y municipal. Una vez definida la red ideal nacional (proyectada), resultaron 1196 estaciones de las cuales 366 estarían ubicadas en la Orinoquía-Amazonía; 523 en el sector montañoso; y 307 en las regiones Caribe y Pacífica. Además en el análisis de la distribución por cuenca de tercer orden, tres subzonas quedaron sin estación, al no cumplir con los requisitos mínimos de distribución por área. (Ver numeral 5.10) De la anterior red resultante y teniendo en cuenta la metodología empleada, coinciden por regiones con la red climatológica actual 55 estaciones en la Orinoquía - amazonía (16%); 180 estaciones en la región Andina (59%) y 130 estaciones para las regiones Pacífica y Caribe (25%), para un gran total Nacional de 265 estaciones, con un 22%. Además del total nacional quedaron sin estación 421 municipios con áreas inferiores a 100 kilómetros cuadrados y que en el rediseño de la red serán cubiertos por las estaciones climatológicas de los municipios vecinos, al tener características similares. El área de esos 421 municipios comprenden una extensión aproximada de 69000 km2 que corresponden al 5% del total del territorio nacional. Con el propósito de ver que tanta relación existe entre la localización de las estaciones y su cubrimiento, se configuro un mapa índice de distribución de estaciones por departamento, teniendo en cuenta una estación por cada 1000 km2 para zonas planas y una por cada 500 km2 para zonas montañosas, con resultados bastante alentadores, donde el índice resulto al dividir el Número de estaciones por departamento entre el área total del mismo multiplicado por 100. Del mapa índice se puede notar que las estaciones con cubrimiento de 500 km2, (índice entre 0.00 a 0.12) ocupan la mayor parte de la zona montañosa andina en jurisdicción de los departamentos de Cundinamarca, Boyacá, Tolima, Huila, Caldas, Risaralda, y Valle del Cauca. Se presenta un segundo rango de distribución(entre 0.13 y 0.21) con un cubrimiento entre 500 y 1000 km2) en los departamentos de Atlántico, Santanderes, Antioquía, Cauca y Nariño. Además se puede apreciar que la mayor parte del territorio nacional se ubica entre las estaciones con cubrimiento de 1000 km2, por encontrarse en las zonas planas de los antiguamente llamados territorios nacionales en los departamentos de Arauca, Casanare, Vichada, Meta, Guaviare, Guainía, Vaupes, Putumayo y Amazonas, y los departamentos costeros de la Guajira, Magdalena, Cesar, Bolívar, Sucre, Córdoba, y Choco. Y finalmente dentro del rango menor a 500 km2 (índice mayor a 0.34), resulto el departamento del Quindío, debido a la menor extensión y al buen número de estaciones. Igualmente se realizó el ejercicio de los índices para la red climatológica actual y como era de esperarse, los índices más altos se presentan en los departamentos de mayor desarrollo socioeconómico, ya que las redes meteorológicas de mitad del siglo pasado fueron diseñadas con objetivos específicos, como el agrícola y el aeronáutico entre otros, lo que significo que los nuevos departamentos localizados en la Amazonía, Orinoquía y en menor medida en la Región Pacífica, se vieran afectadas por esa visión de interés particular y por el contrario los departamentos de la Región Andina, especialmente la zona central y la Región Caribe recibieran más recursos y atención. El IDEAM incluye en su red de observaciones proyectadas, una red especifica para los siguientes programas Internacionales: Componente Nacional del Sistema de Vigilancia Meteorológica Mundial-VMM Componente Nacional del Sistema Mundial de Observación del Nivel del Mar-GLOS Componente Nacional del Sistema Mundial de Observaciones Climáticas-SMOC y Variabilidad Climática-CLIVAR) Componente Nacional del Programa Estudio Regional del Fenómeno El Niño-ERFEN Además se incluyen las siguientes redes especificas para programas nacionales: Red de Observaciones de Altura - Radio sonda Red de radares Red Agrometerológica Red de Heladas Red Actinográfica Red de Boyas Marinas 6. RECOMENDACIONES Se debería realizar un análisis más detallado por parte de cada área operativa con el fin de hacer los ajustes respectivos empleando los criterios generados en esta aproximación, con el objeto ajustar la distribución de las estaciones climatológicas, teniendo en cuenta las zonas de bajo desarrollo socioeconómico o que presenten unas características homogéneas, sin perjuicio de los requisitos inicialmente establecidos(metodología del trabajo), en donde con menos estaciones se lograran definir los procesos de meso-escala. Igualmente el ejercicio se debe replicar en menor medida para las regiones Caribe y Pacífica, ampliando el rango de representatividad. También se debe aplicar aunque con más cuidado para las zonas planas de los valles interandinos del magdalena-cauca. Es imperativo realizar las visitas de campo con el fin de hacer las verificaciones y los ajustes respectivos que sean necesarios. BIBLIOGRAFÍA Bernal Germán, Montealegre Edgar, Rangel Ernesto, Sabogal Nelsón. Distribución espacial de la precipitación en Colombia, HIMAT, 1987. BID-OMM, Proyecto Clima Iberoamericano. Estudio de Factibilidad y Diseño. Informe Final Colombia, agosto de 1999. Eslava Jesús A., López Víctor, Olaya Guillermo. Los Climas en Colombia (Sistema de Caldas-Lang). Revista Atmósfera No 7. Pag. 41. Colombia, marzo de 1986. G.C.O.S., Establishment of a Global Hydrological Observation Network for Climate,Report of the GCOS/GTOS/HWRP expert meeting, WMO/TD –No 1047, 200. Hurtado G., Zonificación hidroclimática de Colombia. Página Web del IDEAM 1998. IDEAM, Análisis de la Red de Alertas Hidrometeorológicas del IDEAM para fines de optimización, desde la perspectiva del uso de la información, para fines de apoyo al Sistema Nacional para la Prevención y Atención de Desastres. Documento interno del Servicio de Información Ambiental. 2001. OMM - 1989. Guía del sistema mundial de observaciones. No 488 OMM – 1990. Guía de instrumentos y métodos de observación meteorológicos. No. 8 Moss M.E., 1982: Concepts and techniques in hydrological network design. WMO – No. 580 Operational Report No. 19. World Meteorological Organization. Geeneva, Switzerland. 30p. Pabón J.D., García M., Ñañez E., 1996: Modelo conceptual de los componentes Hidrológico, Oceanográfico, Meteorológico y Climatológico del Sistema de Información Ambiental. Nota Técnica del IDEAM No. IDEAM-METEO/001-96. 16 p. Pabón J.D., García M., Collante E., 1996: Red de Observaciones, Mediciones y de Vigilancia del Medio Ambiente Nacional: Historia, Diagnóstico y Proyecciones. Nota Técnica IDEAM, No. IDEAM-METEO/002-96, 21 p. + 51 anexos. Pabón J.D., García M., Collante E.,1997: Base conceptual del Diseño de una Red de Observación de la Hidrosfera y de la atmósfera para Colombia. Nota Técnica IDEAM, No. IDEAM-METEO/003-97, 24 p. + anexos. Stanescu S. y Bonilla C., Proyectos de redes hidrometeorlógicas en varias cuencas hidrográficas, HIMAT, 1970. Mapa No. 1 Subzonas Hidrográficas (Cuencas de tercer orden) Mapa No. 2 Zonas Hidrográficas Mapa No. 3 Red Ideal a Nivel Nacional