Indicadores de cambio climático con datos diarios (ICC): conceptos, ecuaciones y uso del sistema

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Indicadores de cambio climático con datos diarios (ICC)
Book · February 2016
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Indicadores de cambio climático
con datos diarios (ICC)
Conceptos, ecuaciones y uso del sistema.
Francisco Bautista, Aristeo Pacheco, Graciela Ayala
Febrero 2016
Bautista F., A. Pacheco y G. Ayala. 2016. Indicadores de cambio
climático con datos diarios. Skiu. México, D.F., México. 59 pp.
ISBN: 978-607-96883-3-2
DR @ 2016. Skiu, Scientific Knowledge In Use
Derechos reservados conforme a la ley. Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida
por cualquier medio, sin el consentimiento por escrito de Skiu o de los titulares
correspondientes.
Este documento fue arbitrado por:
M en C. Alberto Pereira.
Universidad de Quintana Roo
Dra. Silvia Ramos
Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas
CONTENIDO
1. Introducción......................................................................................................................... 7
2. Menú archivo ..................................................................................................................... 18
2.1 Mostrar estaciones ........................................................................................................ 18
2.2 Nueva estación ............................................................................................................... 19
4. Menú revisión de datos .................................................................................................. 22
5. Menú editar datos ............................................................................................................ 24
6. Menú cálculos ................................................................................................................... 26
6.1 Indicadores de cambio climático ............................................................................... 27
6.1 Índices agroclimáticos para el cultivo de la vid .................................................... 36
6.2 Climograma ..................................................................................................................... 37
6.3 Análisis de tendencias de cambio climático .......................................................... 38
6.3.1 Prueba de Mann-Kendall .......................................................................................... 38
6.3.2 Prueba de Sen ............................................................................................................. 42
6.3.3 Coeficiente de correlación de Pearson................................................................. 45
6.4 Resumen de tendencias de cambio climático anuales........................................ 48
6.5 Resumen de tendencias de cambio por mes en periodos anuales.................. 49
6.6 Gráficas de aumentos y disminuciones .................................................................. 51
6.7 Identificación de anomalías climáticas .................................................................... 53
6.8 Resumen de datos Clic-MD desde el software ICC .............................................. 56
7. Menú de opciones ............................................................................................................ 58
8. Menú de ayuda .................................................................................................................. 58
Agradecimientos................................................................................................................... 59
9. Referencias ........................................................................................................................ 60
Apéndice I ............................................................................................................................... 61
Información técnica, Requerimientos mínimos del equipo ...................................... 61
Archivos de sistema ............................................................................................................ 61
Lista de figuras y tablas
Figura 1 Variables de entrada y salida en ICC ........................................................................................... 9
Figura 2 Inicio de instalación de ICC .......................................................................................................... 11
Figura 3 Directorio predeterminado de instalación ................................................................................... 12
Figura 4 Progreso de instalación ................................................................................................................. 12
Figura 5 Instalación terminada .................................................................................................................... 13
Figura 6 Selección del idioma para trabajar con ICC ............................................................................... 14
Figura 7 Pantalla inicial de ICC ................................................................................................................... 14
Figura 8 Pantalla principal de ICC .............................................................................................................. 15
Figura 9 Menús y submenús de ICC .......................................................................................................... 16
Figura 10 Barra de herramientas ................................................................................................................ 17
Figura 11 Barra de herramientas opciones estaciones ........................................................................... 17
Figura 12 Pantalla principal de ICC ............................................................................................................ 18
Figura 13 Mostrar estaciones ...................................................................................................................... 18
Figura 14 Nueva estación meteorológica................................................................................................... 20
Figura 15 Salir de ICC................................................................................................................................... 21
Figura 16 Captura de datos diarios ............................................................................................................. 21
Figura 17 Filtro de estaciones meteorológicas ......................................................................................... 23
Figura 18 Revisión de temperaturas diarias .............................................................................................. 23
Figura 19 Editar datos diarios ...................................................................................................................... 25
Figura 20 Menú cálculos............................................................................................................................... 26
Figura 21 Menú, indicadores de cambio climático anual ......................................................................... 34
Figura 22 Indicadores de cambio climático anual ..................................................................................... 34
Figura 23 Menú, indicadores de cambio climático mensual ................................................................... 35
Figura 24 Indicadores de cambio climático mensual ............................................................................... 35
Figura 25 Menú, agroclimáticos para la vid ............................................................................................... 36
Figura 26 Índices agroclimáticos para el cultivo de la vid ....................................................................... 36
Figura 27 Menú, climograma de temperaturas y precipitación ............................................................... 37
Figura 28 Gráfica del climograma de temperaturas y precipitación ....................................................... 38
Figura 29 Menú, prueba de Mann Kendall anual ...................................................................................... 41
Figura 30 Prueba de Mann Kendall anual ................................................................................................. 41
Figura 31 Menú, prueba de Mann Kendall mensual ................................................................................ 42
Figura 32 Prueba de Mann Kendall mensual ............................................................................................ 42
Figura 33 Menú, prueba de Sen .................................................................................................................. 44
Figura 34 Prueba de Sen ............................................................................................................................. 45
Figura 35 Menú, correlación de temperaturas y precipitación ................................................................ 46
Figura 36 Gráficas de correlación de temperaturas y precipitación ....................................................... 47
Figura 37 Menú, gráficas de correlación de indicadores de cambio climático ..................................... 47
Figura 38 Gráficas de correlación de indicadores de cambio climático ................................................ 48
Figura 39 Menú, resumen de tendencias anuales.................................................................................... 49
Figura 40 Resumen de tendencias anuales .............................................................................................. 49
Figura 41 Menú, resumen de tendencias mensuales .............................................................................. 50
Figura 42 Resumen de tendencias mensuales ......................................................................................... 50
Figura 43 Menú, gráfica de aumentos y disminuciones de indicadores de cambio climático ............ 51
Figura 44 Gráfica de aumentos y disminuciones de indicadores de cambio climático ....................... 52
Figura 45 Menú, gráfica de aumentos y disminuciones de índices agroclimáticos de la vid ............. 52
Figura 46 Gráfica de aumentos y disminuciones de índices agroclimáticos de la vid ........................ 53
Figura 47 Menú, gráfica de la distribución gaussiana anual ................................................................... 54
Figura 48 Gráfica de la distribución gaussiana anual .............................................................................. 55
Figura 49 Menú, gráfica de la distribución gaussiana mensual .............................................................. 55
Figura 50 Gráfica de la distribución gaussiana mensual ......................................................................... 56
Figura 51 Menú, resumen de datos Clic-MD ............................................................................................. 56
Figura 52 Resumen de datos Clic-MD ....................................................................................................... 57
Figura 53 Menú, confirmar cambio de idioma ........................................................................................... 58
Figura 54 Confirmar cambio de idioma ...................................................................................................... 58
Figura 55 Menú, acerca de ICC .................................................................................................................. 58
Figura 56 Acerca de ICC .............................................................................................................................. 59
1. Introducción
El Panel Intergubernamental sobre el cambio climático definió los indicadores
mediante los cuales se pueden identificar o encontrar las evidencias del cambio
del clima (IPCC, 2013). Unos son indicadores relacionados con la temperatura y
otros relacionados con la precipitación pluvial.
Antes de entrar en el tema hay que definir dos términos, indicador e índices.
• Índice (del latín index) es un indicio o señal de algo. Puede tratarse de la
expresión numérica de la relación entre dos cantidades o indicadores.
• Indicador es un procedimiento que permite cuantificar o relaciona un fenómeno
con una escala, sirve para “indicar” o sugerir la existencia de ciertas
características del fenómeno en estudio, a menudo es utilizable para registrar los
cambios en dicho fenómeno.
Los indicadores de cambio climático tienen el objetivo de ser elementos
matemáticos (índices) que se utilizan para identificar, registrar, conocer y hacer
evidente el cambio climático (IPCC, 2007) para posteriormente relacionar dichos
cambios con las respuestas de los organismos, con la producción agrícola,
ganadera y forestal, con aspectos de salud y con los riesgos ambientales.
Los hay relacionados con las temperaturas extremas (Vázquez, 2010), tanto hacia
arriba como hacia abajo:
Días secos consecutivos CDD; Días con hielo ID; Duración de los períodos fríos
CSDI; Días de verano SU; Intervalo diurno de temperatura DTR; Noches fría
TN10p; Días con helada FD; Noches cálidas TN90p; Estación de crecimiento GSL;
Temperatura mínima extrema TNn; Temperatura mínima más alta TNx; Días
frescos TX10p; Días calurosos TX90p; Temperatura máxima más baja TXn;
Temperatura máxima extrema TXx; Duración de los períodos cálidos WSDI;
Noches tropicales TR; y Días consecutivos mayores a 40°C DC40.
O los indicadores de cambio climáticos relacionados con los evento de
precipitación pluvial extremos.
Precipitación máxima en 5 días RX5Day; Índice simple de intensidad diaria SDII;
Días húmedos consecutivos CWD; Precipitación total anual PRCPTOT; Días con
lluvia mayor a 10mm R10mm; Días con lluvia mayor a 20mm R20mm; Días muy
húmedos R95p; Días extremadamente húmedos R99p; Días con lluvia mayor a nn
Rnnmm; y Precipitación máxima en 1 día RX1Day.
7
INTRODUCCIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
El software “Indicadores de cambio climático” es una herramienta para expertos y
no expertos en climatología pero con interés en el clima como por ejemplo,
geógrafos, biólogos, agrónomos, forestales, zootecnistas, consultores
ambientales, ingenieros, arquitectos y un amplio etcétera ya que es intuitivo y con
ayuda de colores se va guiando al operario en la interpretación de las tendencias
de cambio.
Los indicadores de cambio climático utilizando datos diarios nos dan los mismos
resultados que el análisis de las tendencias de los elementos del clima pero
además del tipo de daño o beneficio que traería el cambio climático, como por
ejemplo, el cambio en las noches frías, noches cálidas, días frescos, días
calurosos, índices simple de intensidad diaria y los días muy húmedos, entre otros.
De esta forma el software ICC es una herramienta informática que podrá ser de
utilidad para detectar, dirección, magnitud y sentido del cambio climático utilizando
datos diarios a nivel local y una vez detectado el cambio intentar relacionarlo con
la producción agrícola, con la migración de especies de fauna silvestre, con la
productividad del ganado, con los posibles cambios en la fenología de las plantas,
con aspectos de salud humana, con previsión de riesgos de desastre, con la
dispersión de plagas, presencia de especies invasoras y demás procesos
relacionados con el cambio climático (IPCC, 2007). También el estudio de las
tendencias de cambio climático servirán para evaluar la vulnerabilidad ante el
mismo (Magaña, 2013).
El sistema ICC permite almacenar y organizar de manera ordenada millones de
datos climáticos que se utilizan para calcular un conjunto de indicadores
formulados y definidos por “The Expert Team on Climate Change Detection and
Indices” (ETCCDI), para analizar situaciones climáticas extremas aplicando una
metodología idéntica para garantizar que los resultados puedan analizarse
globalmente.
Las funciones generales de ICC son de utilidad para realizar lo siguiente:
a) Almacenar y visualizar de manera ordenada miles de datos de clima de
estaciones meteorológicas georreferenciadas (Figura 1).
b) Revisar la congruencia de los datos de las temperaturas mínimas, medias,
máximas y precipitación.
c) Editar datos para corregir posibles errores al ingresar los datos y recalcular los
datos faltantes en caso de ser necesario.
8
INTRODUCCIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Figura 1 Variables de entrada y salida en ICC
d) Consultas rápidas sobre los elementos del clima almacenados (usando menús,
ventanas, herramientas e íconos de fácil uso).
e) Calcular indicadores de cambio climático, elaborar climogramas, calcular
tendencias de cambio, resumen de tendencias, gráficas de aumentos y
disminuciones, gráficas de distribución gaussiana y estadística descriptiva de los
elementos del clima. Con lo cual es posible mejorar las actividades agrícolas y
reducir los daños al ambiente así como aprovechar los efectos positivos del
cambio.
9
INTRODUCCIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Variables de entrada
Los datos meteorológicos almacenados en ICC constituyen la base de información
principal del software, con estos datos es posible realizar los cálculos de
indicadores de cambio climático, climogramas, tendencias, resumen de
tendencias, gráficas de aumentos y disminuciones así como gráficas de
distribución gaussiana. Además el software cuenta un módulo de análisis de
índices agroclimáticos del cultivo de la vid.
De manera concreta el software permite almacenar los siguientes campos, código
hace referencia a un conjunto de caracteres numéricos o alfanuméricos que
identifican de manera única a la estación; nombre hace referencia al nombre
completo de la estación; origen hace referencia a la institución de procedencia de
los datos climáticos a almacenar; altitud, latitud y longitud hacen referencia a la
ubicación geográfica de la estación, estos últimos dos datos deben ser
almacenados en formato sexagesimal expresando orientación, grados, minutos y
segundos; país y estado.
La estación meteorológica se identifica por la siguiente información:








Código: de la estación o referencia: se recomienda el uso de tres letras
para los estados y dos o tres números para los municipios.
Nombre: de la estación meteorológica.
Origen: de la estación meteorológica.
Latitud: en grados, minutos y segundos.
Longitud: en grados, minutos y segundos.
Altitud: en metros
País.
Estado.
Los datos diarios almacenados se refieren a las siguientes variables:




Temperatura máxima: en °C.
Temperatura media: en °C.
Temperatura mínima: en °C.
Precipitación: en mm.
10
VARIABLES DE
ENTRADA
Análisis del cambio climático con datos diarios
Instalación del software ICC
El sistema ICC se distribuye de forma electrónica en un archivo que contiene el
programa instalador. El archivo llamado ICC.exe, que se utiliza para instalar el
sistema y los archivos necesarios para el funcionamiento de ICC en la
computadora. Para ello se ejecuta ICC.exe, y enseguida se siguen las
indicaciones que se muestran en las pantallas (Figuras 2, 3, 4 y 5).
A continuación tanto la base de datos como el sistema se ubicarán en el directorio:
C:\ICC:
Una vez terminada la instalación, en el escritorio se encontrará el ícono de acceso
directo a ICC.
Figura 2 Inicio de instalación de ICC
11
INSTALACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Figura 3 Directorio predeterminado de instalación
Figura 4 Progreso de instalación
12
INSTALACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Figura 5 Instalación terminada
13
INSTALACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Operación de ICC
El sistema ICC tiene la opción para trabajar en los idiomas inglés y español, el
idioma se selecciona al iniciar la aplicación al hacer clic en la lista desplegable de
la ventana “Select language/Seleccione idioma” (Figura 6). Una vez seleccionado
el idioma se visualizará la pantalla inicial de ICC en el idioma seleccionado (Figura
7).
Figura 6 Selección del idioma para trabajar con ICC
Figura 7 Pantalla inicial de ICC
14
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
ICC es fácil de utilizar ya que ofrece un entorno gráfico mediante un conjunto de
pantallas y ventanas emergentes con barras e íconos.
La pantalla principal está integrada por la barra de título (1), barra de menús (2),
barra de herramientas (3), área de trabajo (4) y la barra de estado (5) (Figura 8).
1
2
3
4
5
Figura 8 Pantalla principal de ICC
En la barra de título están las opciones de control que nos permiten minimizar,
agrandar o cerrar el software.
15
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
La barra de menús está compuesta por los siguientes menús con sus respectivos
submenús
Mostrar
estaciones
Archivo
Salir
Captura
Captura datos
diarios
Revisión
Temperaturas
diarias
Editar
Editar datos
diarios
Anual
Indicadores de
cambio climático
Mensual
Índices
agroclimáticos de
la vid
Anual
Climograma
Mann Kendall
Mensual
Anual
Tendencias
Test of Sen's
Mensual
Barra
Menus
Temperaturas y
precipitación
Correlaciones
Indicadores de
cambio climático
Cálculos
Anual
Resumen de
tendecias
Mensual
Gráficas de
aumentos y
disminuciones
Indicadores de
cambio climático
Índices
agroclimáticos de
la vid
Anual
Gráficas de
distribución
gaussiana
Mensual
Resumen de datos
Opciones
Idioma
Ayuda
Acerca de...
Figura 9 Menús y submenús de ICC
16
Clic-MD
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
La barra de herramientas de la interfaz principal contiene los siguientes botones
únicamente funcionales en la pestaña “Captura de datos diarios”.




Guardar: guarda los datos ingresados (1).
Copiar: copia los datos seleccionados (2).
Cortar: corta los datos seleccionados (3).
Pegar: pega los datos seleccionados (4).
4
1
2
3
Figura 10 Barra de herramientas
Al estar activa la pestaña “Mostrar estaciones” aparecen en la barra de
herramientas los siguientes botones para uso exclusivo de esta pestaña (Figura
11):




Nueva (1): solicita los datos requeridos para ingresar una nueva estación.
Editar (2): permite editar los datos de la estación seleccionada.
Duplicar (3): permite duplicar la estación seleccionada.
Eliminar (4): permite eliminar la estación seleccionada.
2
1
3
4
Figura 11 Barra de herramientas opciones estaciones
El área de trabajo es donde se despliega toda la información generada por el
usuario en formato de pestaña para que la presentación de información sea
uniforme y evitar la duplicidad de ventanas.
La barra de estado muestra la información más relevante de cada función abierta
de la barra de menús. Por ejemplo, al iniciar el sistema se muestra una bienvenida
y la hora del sistema, o en la pestaña “Mostrar estaciones”, se denota el número
17
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
de la estación seleccionada y el número total de estaciones registradas en el
software.
2. Menú archivo
En este menú se encuentran los submenús (Figura 12) “Mostar estaciones” (1) y
“Salir” (2)
1
2
Figura 12 Pantalla principal de ICC
2.1 Mostrar estaciones
Al seleccionar el submenú “Mostrar estaciones” se despliega una nueva pestaña
con los apartados: referencia, nombre, origen, latitud, longitud, altitud, país y
estado. Este submenú contiene las estaciones meteorológicas de la base de datos
del sistema ICC y la opción de realizar búsquedas de un solo registro (Único) o de
varios registros (Selección) por “Referencia”, “Nombre”, “Origen”, “País” y “Estado”
(Figura 13).
Figura 13 Mostrar estaciones
18
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Al seleccionar este submenú también se activan en la barra de herramientas los
botones “Nueva”, “Editar”, “Duplicar” y “Eliminar” los cuales tienen las siguientes
funciones:




Nueva: Despliega una nueva ventana para capturar los datos de una nueva
estación meteorológicas.
Editar: Permite modificar los datos de la estación seleccionada.
Duplicar: Permite duplicar la estación seleccionada.
Eliminar: Permite eliminar la estación seleccionada.
2.2 Nueva estación
Al seleccionar esta opción se despliega una ventana que solicita los datos
requeridos para ingresar una nueva estación (Figura 14), esta ventana se divide
en los siguientes dos apartados:
Datos de estación.





Ref: Referencia o código de la estación meteorológicas (limitado a 10
caracteres).
Nombre: Nombre de la estación meteorológicas (limitado a 100
caracteres).
País
Estado
Origen
Ubicación geográfica.
El formato de entrada para los datos de latitud y longitud es denotado en
expresión sexagesimal, en caso de contar con estos valores en expresión de
grados decimales el software cuenta con un módulo para su conversión a
expresión sexagesimal.



Latitud: Latitud de la estación climatológica, campo con formato de entrada
de datos, una letra (N para Norte o S para Sur) y 6 dígitos (grados, minutos
y segundos): LDDDDDD.
Longitud: Longitud de la estación meteorológicas, campo con formato de
entrada de datos (E para Este o W para Oeste) y 6 o 7 dígitos (grados,
minutos y segundos): LDDDDDD o LDDDDDDD (ejemplo: N888888,
W888888).
Altitud: Altitud de la estación meteorológicas en metros (limitado a 4
dígitos).
19
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Con ICC es posible verificar la posición geográfica de las estaciones
meteorológicas.
Se requiere contar con conexión a internet
Los botones frente a las casillas de latitud (1) y longitud (2) tienen la función de
convertir de coordenadas geográficas (Decimales) a coordenadas geográficas
(Sexagesimales), al hacer clic sobre estos botones se despliega una ventana
emergente para realizar la conversión.
1
2
Figura 14 Nueva estación meteorológica
Para acceder al submenú “Salir”, hacer clic en el menú “Archivo” y seleccionar
“Salir”. Al hacer clic en la opción “Salir” se despliega una ventana que solicita la
confirmación de salir del sistema (Figura 15).
20
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Análisis del cambio climático con datos diarios
3. Menú captura
En este menú se encuentra el submenú “Captura de datos diarios”, al seleccionar
este submenú se despliega una nueva pestaña con los apartados para la captura
de datos ya sea de un sólo año (1) o de un conjunto de años (2), para lo cual se
siguen estos pasos: hacer clic en el botón “Seleccionar”; elegir mediante doble clic
la estación meteorológicas a la cual se desean ingresar los datos; seleccionar el
intervalo de años; copiar los datos a ingresar (los datos deben estar divididos en
filas y columnas); y finalmente hacer clic en el botón ”Pegar” de la barra de
herramientas (Figura 16).
4
1
2
5
3
Figura 16 Captura de datos diarios
21
OPERACIÓN
Figura 15 Salir de ICC
Análisis del cambio climático con datos diarios
ICC también realiza el cálculo de las temperaturas medias al hacer clic en el botón
“Medias” (3). Finalmente para guardar los datos cargados y actualizar la base de
datos, hacer clic en el botón “Guardar” (4).
En caso de cometer un error de selección de la estación meteorológicas o de
captura de datos, existe la posibilidad de eliminar el contenido al hacer clic en el
botón “Limpiar” (5).
4. Menú revisión de datos
En este menú se encuentra el submenú “Temperaturas diarias”, el cual al ser
seleccionado, se despliega una ventana en la cual se selecciona el país (1) y
estado (2) de la estación que se desea revisar, posteriormente seleccionar la
estación meteorológicas y después hacer clic en el botón “Mostrar datos” (3), o
bien, hacer doble clic sobre la estación de interés (4) (Figura 17).
A continuación se desplegará una nueva pestaña con los datos de la estación
meteorológicas seleccionada, en la cual se observa la gráfica del año
seleccionado con el fin de identificar que los trazos no se traslapen, permitiendo
verificar que a lo largo de período de consulta los datos temperaturas máximas,
medias y mínimas son se traslapen los unos con los otros con la finalidad de
identificar errores producidos durante la captura. (Figura 18).
22
OPERACIÓN
En caso que algún dato no sea ingresado el sistema automáticamente ingresa el
valor “999.99” que se refiere a un dato no existente en la información disponible,
por lo tanto, no se tomarán en cuenta para los cálculos de los índices. Para
calcular los datos faltantes el sistema realiza un promedio de cinco días antes y
cinco días después (Orellana, 2011) al hacer clic en el botón “Recalcular”, los
datos estimados se resaltan en color amarillo.
Análisis del cambio climático con datos diarios
1
2
4
3
OPERACIÓN
Figura 17 Filtro de estaciones meteorológicas
1
2
3
4
Figura 18 Revisión de temperaturas diarias
23
Análisis del cambio climático con datos diarios
En esta pestaña existen 4 opciones: (1) Seleccionar el año de interés; (2) Mostrar
los datos (día, temperatura máxima, temperatura media, temperatura mínima) en
formato de tabla al hacer clic en el botón “Datos”, enseguida aparecerá una
ventana emergente con los datos y en la cual se encuentra una lista desplegable
para exportar los datos a formato *.xls (Excel) o *.txt (texto); (3) Editar la gráfica al
hacer clic en el botón “Editar”; y (4) Exportar la gráfica en los formatos *.pdf
(Portable Document Formart), *.svg (Scalable Vector Graphics), *.png (Portable
Network Graphics) al hacer clic en la lista desplegable.
En el menú “Editar” (1) se encuentra el submenú “Editar datos diarios” (2), este
submenú se utiliza en caso de que algún dato de temperatura o precipitación este
por fuera del intervalo correspondiente (máxima, media y mínima) o exista alguna
inconsistencia como datos extremos que se encuentran fuera del patrón y de los
intervalos normales, por ejemplo, datos de tres cifras.
El submenú “Editar datos diarios” se divide en dos apartados: 1) Búsqueda (3), en
el cual se puede buscar la estación meteorológicas por “Referencia”, “Nombre”,
“Origen”, “País” y “Estado”, una vez ubicada la estación de interés, hacer doble clic
para mostrar los datos de esta estación; 2) Editar datos (4), en este apartado es
posible seleccionar el año inicial y año final y mostrar este intervalo al hacer clic en
el botón “Consultar” (5). Los valores de temperatura máxima, temperatura media
temperatura mínima y precipitación se pueden modificar al seleccionar la casilla
correspondiente y editar el valor existente, una vez capturados los cambios hacer
clic en el botón “Modificar” para guardar los cambios (Figura 19).
24
OPERACIÓN
5. Menú editar datos
Análisis del cambio climático con datos diarios
1
2
5
3
4
6
Figura 19 Editar datos diarios
En caso de desear remover los datos de la estación seleccionada hacer clic en el
botón “Limpiar” (6).
25
6. Menú cálculos
En el menú “Cálculos” (1) se encuentran la mayor parte de las funciones del
software, con él es posible realizar los cálculos de indicadores de cambio
climático, climogramas, tendencias, resumen de tendencias, gráficas de aumentos
y disminuciones así como gráficas de distribución normal y resumen de datos
(Figura 20).
Las pestañas con flecha contienen diversas opciones, se recomienda explorarlas
todas.
1
Figura 20 Menú cálculos
26
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
6.1 Indicadores de cambio climático
El sistema ICC realiza el cálculo de los 28 indicadores de cambio climático que se
enumeran enseguida:
1. FD0. Días con helada (Frost Days)
Sea Tnij la temperatura mínima diaria en el día i en el periodo j. Cuente el
número de días cuando:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
temperatura”
2. SU25. Días de verano (Summer days)
Sea TXij la temperatura máxima diaria en el día i periodo j. Cuente el
número de días cuando:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
temperatura”
3. ID0. Días con hielo (Icing Days)
Sea Txij la temperatura máxima diaria en el día i en el periodo j. Cuente el
número de días cuando:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
temperatura”
4. TR20. Noches tropicales(Tropical nights)
Sea Tnij la temperatura mínima diaria en el día i en el periodo j. Cuente el
número de días cuando:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
temperatura”
27
FUNCIONAMIENTO
Análisis del cambio climático con datos diarios
5. GSL. Estación de crecimiento(Growing Season Length)
Sea Tij la temperatura media en el día i en el periodo j. Cuente el número de
días entre la primera ocurrencia de por lo menos 6 días consecutivos con:
Y la primera ocurrencia después de 1 julio (1° Enero en el Hemisferio Sur)
de por los menos 6 días consecutivos con:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
temperatura”
6. TXx. Temperatura máxima extrema
Sea Txij la temperatura máxima diaria en el mes i, periodo j. La máxima
temperatura máxima diaria cada mes es entonces:
(
)
“El resultado se obtiene en grados centígrados y pertenece al grupo de
temperatura”
7. TNx. Temperatura mínima más alta
Sea Tnij la temperatura mínima diaria en el mes i, periodo j. La máxima
temperatura mínima diaria cada mes es entonces:
(
)
“El resultado se obtiene en grados centígrados y pertenece al grupo de
temperatura”
8. TXn. Temperatura máxima más baja
Sea Txkj la temperatura máxima diaria en el mes i, periodo j. La mínima
temperatura máxima diaria cada mes es entonces:
(
)
“El resultado se obtiene grados centígrados y pertenece al grupo de
temperatura”
28
FUNCIONAMIENTO
Análisis del cambio climático con datos diarios
9. TNn. Temperatura mínima extrema
Sea Tnij la temperatura mínima diaria en el mes i, periodo j. La mínima
temperatura mínima diaria en cada mes es entonces:
(
)
“El resultado se obtiene en grados centígrados y pertenece al grupo de
temperatura”
10. Tn10p. Frecuencia de noches frías
Sea Tnij la temperatura mínima diaria en el día i en periodo j u sea T nen10
el día calendario del percentil 10 centrado en una ventana de 5 días. El
índice indica el porcentaje de tiempo, donde:
“El resultado se obtiene en valor de porcentaje y pertenece al grupo de
temperatura”
11. Tx10p. Frecuencia de días frescos
Sea Txij la temperatura máxima diaria en el día i en el periodo j y sea
Txen10 el día calendario del percentil 10 centrado en una ventana de 5
días. El índice indica el porcentaje del tiempo en el que:
“El resultado se obtiene en valor de porcentaje y pertenece al grupo de
temperatura”
12. Tn90p. Frecuencia de noches cálidas
Sea Tnij la temperatura mínima diaria en el día i en el periodo j y sea T nen90
el día calendario del percentil 90 centrado en una ventana de 5 días. El
porcentaje del tiempo es determinado, donde:
“El resultado se obtiene en valor de porcentaje y pertenece al grupo de
temperatura”
29
FUNCIONAMIENTO
Análisis del cambio climático con datos diarios
13. Tx90p. Frecuencia de días calurosos
Sea Txij la temperatura máxima diaria en el día i en periodo j y sea T xen90
el día calendario del percentil 90 centrado en una venta de 5 días. El
porcentaje del tiempo es determinado, donde:
“El resultado se obtiene en valor de porcentaje y pertenece al grupo de
temperatura”
14. WDSI. Duración de los períodos cálidos (Warm Spells Duration Index)
Sea Txij la temperatura máxima diaria en el día i en el periodo j y sea
Txen90 el día calendario del percentil 90 centrado en una venta de 5 días.
Entonces el número de días por periodo es sumado donde, en intervalos de
por los menos 6 días consecutivos:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
temperatura”
15. CSDI. Duración de los períodos fríos (Cold Spells Duration Index)
Sea Tnij la temperatura mínima diaria en el día i en periodo j y sea Txen10
el día calendario del percentil 10 centrado en una ventana de 5 días.
Entonces el número de días por periodo es sumando donde, en intervalos
de por lo menos 6 días consecutivos.
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
temperatura”
16. DTR. Intervalo diurno de temperatura (Diurnal Temperature Range)
Sean Txij y Tnij las temperaturas diarias máximas y mínimas
respectivamente en el día i en el periodo j. Si I representa el número días en
j, entonces:
∑
(
)
“El resultado se obtiene en grados centígrados y pertenece al grupo de
temperatura”
30
FUNCIONAMIENTO
Análisis del cambio climático con datos diarios
17. RX1day. Precipitación máxima en un día.
Sea RRij el total diario de precipitación en el día i en el periodo j. Entonces
los valores máximos de 1 días para el periodo j son:
(
)
“El resultado se obtiene en milímetros (mm) y pertenece al grupo de
precipitación”
18. RX5day. Precipitación máxima en cinco días
Sea RRij la cantidad de precipitación para el intervalo de cinco días
terminando en i, periodo j. Entonces los valores máximos de 5 días para el
periodo j son:
(
)
“El resultado se obtiene en milímetros (mm) y pertenece al grupo de
precipitación”
19. SDII. Índice simple de intensidad diaria (Simple Daily Intensity Index)
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en días húmedos, i (RR≥1mm)
en el periodo j. Si i representa el número de días húmedos en j, entonces:
∑
“El resultado se obtiene en milímetros (mm) y pertenece al grupo de
precipitación”
20. R10. Días con precipitación mayor a 10 mm
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en el día i en periodo j. Cuente el
número de días donde:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
precipitación”
31
FUNCIONAMIENTO
Análisis del cambio climático con datos diarios
21. R20. Días con precipitación mayor a 20mm
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en el día i en el período j.
Cuente el número de días donde:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
precipitación”
22. Rnn. Días con precipitación mayor a nn mm
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en el día i en el periodo j. Si nn
representa cualquier valor razonable de precipitación diaria entonces,
cuente el número de días donde:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
precipitación”
23. CDD. Días secos consecutivos (Consecutive Dry Days)
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en el día i en periodo j. Cuente el
más grande número de días consecutivos donde:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
precipitación”
24. CWD. Días húmedos consecutivos (Consecutive Wet Days)
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en el día i en periodo j. Cuente el
más grande número de días consecutivos donde:
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
precipitación”
32
FUNCIONAMIENTO
Análisis del cambio climático con datos diarios
25. R95pTOT. Días muy húmedos
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en un día húmedo i (RR≥1.0mm) en
el periodo j y sea RRin95 el percentil 95th de precipitación en los días húmedos
en el periodo 1961-1990. Si i representa el número de días húmedos en el
periodo, entonces:
∑
“El resultado se obtiene en milímetros (mm) y pertenece al grupo de
precipitación”
26. R99p. Días extremadamente húmedos
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en un día húmedo i (RR≥1.0mm)
en el periodo j y sea RRin99 el percentil 99th de precipitación en los días
húmedos en el periodo 1961-1990. Si i representa el número de días
húmedos en el periodo, entonces:
∑
“El resultado se obtiene en milímetros (mm) y pertenece al grupo de
precipitación”
27. PRCPTOT. Precipitación total
Sea RRij la cantidad diaria de precipitación en el día i en el periodo j. Si i
representa el número de días en j, entonces:
∑
“El resultado se obtiene milímetros (mm) y pertenece al grupo de precipitación”
28. DC40. Días consecutivos mayores o iguales a 40 °C
Sea Tij la temperatura máxima mayor igual a 40 °C en el día i en el periodo j. Si
i representa el número de días en j, entonces
∑
“El resultado se obtiene en número de días y pertenece al grupo de
temperatura”
33
FUNCIONAMIENTO
Análisis del cambio climático con datos diarios
Para calcular los indicadores de cambio climático de forma anual, hacer clic en el
menú “Cálculos” (1), después en el submenú “Indicadores de cambio climático” (2)
y finalmente hacer clic en el apartado “Anual” (3). A continuación se desplegará
una ventana emergente en la cual se realiza le selección del país, estado y
estación de interés, una vez seleccionados estos datos, dar clic en el botón
“Mostrar datos”, o bien, hacer doble clic en la estación de interés (Figura 17).
1
2
3
Figura 21 Menú, indicadores de cambio climático anual
Enseguida se desplegará una nueva pestaña en la cual se muestran los valores
de los indicadores de cambio climático en formato de tabla; los datos de la
estación meteorológica, año inicial y año final (es posible modificar el intervalo en
años); opción para calcular los valores de los indicadores después de modificar el
intervalo en años al hacer clic en el botón “Calcular” (1); opción de guardar los
valores de los índices en la base de datos al hacer clic en el botón “Guardar” (2); y
la opción de exportar (3) el contenido de la tabla en formato de *.xls (Excel) o *.txt
(texto) al hacer clic en la lista desplegable para exportar (Figura 22).
1
2
3
Figura 22 Indicadores de cambio climático anual
34
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Para calcular los indicadores de cambio climático de forma mensual, hacer clic en
el menú “Cálculos” (1), después en el submenú “Indicadores de cambio climático”
(2) y finalmente hacer clic en el apartado “Mensual” (3) (Figura 23). A continuación
se desplegará una ventana emergente en la cual se selecciona mediante doble
clic la estación de interés (Figura 17).
1
2
3
Figura 23 Menú, indicadores de cambio climático mensual
Enseguida se desplegará una nueva pestaña que muestra los apartados: (1)
Indicadores de cambio climático mensuales en formato de tabla; (2) Datos de la
estación, año inicial y año final; (3) Selección del indicador de interés al hacer clic
en la lista desplegable; (4) Realizar el cálculo del indicador al hacer clic en el botón
“Calcular”; (5) Guardar los valores del indicador en la base de datos al hacer clic
en el botón “Guardar”; y (6) Exportar el contenido de la tabla en formato de *.xls
(Excel) o *.txt (texto) al hacer clic en la lista desplegable (Figura 24).
1
2
3
4
5
6
Figura 24 Indicadores de cambio climático mensual
35
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
6.1 Índices agroclimáticos para el cultivo de la vid
Para calcular los índices agroclimáticos de la vid, hacer clic en el menú “Cálculos”
(1), después en el submenú “Indicadores de cambio climático” (2) y finalmente
hacer clic en el apartado “Índices de uva” (3). A continuación se desplegará una
ventana emergente en la cual se selecciona mediante doble clic la estación de
interés (Figura 25).
1
2
3
Figura 25 Menú, agroclimáticos para la vid
En la pestaña “Índices de la uva” se muestran los apartados: (1) Índices de la uva
en formato de tabla con los datos de año, índice, período, valor, región y
clasificación; (2) Datos de la estación, año inicial y año final; (3) Selección del
índice de interés al hacer clic en la lista desplegable en la cual se encuentran los
índices GDD (Grados de desarrollo), PLH (Período libre de heladas), HF (Horas
frío), TMM (Temperatura media máxima); (4) Realizar el cálculo del índice
seleccionado al hacer clic en el botón “Calcular”; (5) Guardar los valores de los
índices en la base de datos al hacer clic en el botón “Guardar”; y (6) Exportar el
contenido de la tabla en formato *.xls (Excel) o *.txt (texto) al hacer clic en la lista
desplegable (Figura 26).
1
2
3
4
5
6
Figura 26 Índices agroclimáticos para el cultivo de la vid
36
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
6.2 Climograma
Para realizar la gráfica de climograma, se ingresa al menú “Cálculos” (1), después
se elige el submenú “Climograma” (2), a continuación se desplegará una ventana
emergente en la cual se selecciona mediante doble clic la estación de interés
(Figura 27).
1
2
Figura 27 Menú, climograma de temperaturas y precipitación
Enseguida se desplegará una pestaña con distintos apartados: (1) Gráfica de
climograma; (2) Estación (referencia, nombre, año inicial, año final); (3) Período de
referencia; (4) Período 1, corresponde al intervalo de años base seleccionado en
el apartado “Estación” (temperatura máxima, media, mínima, precipitación); (5)
Período 2, corresponde al intervalo de años de cambio seleccionado en el
apartado “Período de referencia” (temperatura máxima, media, mínima,
precipitación); (6) Opciones (datos en formato de tabla y editar gráfica); (7)
Exportar gráfica *.pdf (Portable Document Fomart), *.svg (Scalable Vector
Graphics y *.png (Portable Network Graphics). En esta pestaña se tienen las
opciones de cambiar los intervalos de años, observar y editar los datos así como
exportar la gráfica (Figura 28).
37
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Análisis del cambio climático con datos diarios
2
1
3
4
5
7
Figura 28 Gráfica del climograma de temperaturas y precipitación
El software ICC ofrece la posibilidad de hacer dos climogramas en una misma
gráfica, lo cual permite visualizar los cambios de los elementos del clima a nivel
mensual entre el periodo base y el periodo de referencia (cambio).
6.3 Análisis de tendencias de cambio climático
La identificación de las tendencias de cambio climático se lleva a cabo mediante el
análisis de series de tiempo de los indicadores de cambio climático, ICC permite
realizar este análisis utilizando tres de las pruebas más robustas de entre las
diversas pruebas posibles, estas son: la prueba de Mann Kendall, la prueba de
Sen y la prueba de correlación de Pearson.
6.3.1 Prueba de Mann-Kendall
La prueba de Mann Kendall (MK-T) es una prueba estadística no paramétrica; se
usa para identificar las tendencias no lineales de una serie de datos en iguales
intervalos de tiempo, en este caso, de los elementos del clima y los índices
agroclimáticos que presentan distribución de tipo “no gaussiana”.
El procedimiento para la prueba de MK-T se inicia mediante la simple comparación
del dato más reciente de la serie de tiempo con los resultados anteriores. Una
puntuación de 1 se da si el dato más reciente es más grande, o una puntuación de
-1 si es más pequeño. La puntuación total de la serie de datos es el estadístico de
MK, que se compara con un valor crítico, para comprobar si la tendencia está
aumentando, disminuyendo o si no existe una tendencia de cambio
estadísticamente significativa respecto a las varianzas computadas
(Carlón y Mendoza, 2007; Castañeda y González, 2008)
38
OPERACIÓN
6
Análisis del cambio climático con datos diarios
El proceso de análisis se realiza de la siguiente manera:
1. Los pares de datos n (x1, y1), (x2, y2),…(xn, yn) son indexados de acuerdo a
la magnitud del valor de x, tal que x1≤ x2≤… ≤ xn y yi es el valor de la
variable dependiente que corresponde a xi.
2. Examinar todos los n(n-1)/2 ordenada de valores yi. Sea P de número de
casos en los que yi>yj(i>j), y sea M el número de casos en los que
yi<yj(i>j).
3. Definir las estadísticas de prueba S = P-M.
4. Para n>10, se realiza la prueba utilizando
√
( )
{√
( )
( )
(
)
5. La hipótesis nula se rechaza al nivel de significación α si |Z|>Z (1-α)/2, donde
Z (1-α)/2 es el valor de la distribución gaussiana estándar con una
probabilidad de superación de α/2. Por ejemplo, si α = 0.05, entonces la
hipótesis nula sería rechazada por |Z|> 1.96. En los casos en que algunas
de las x y/o valores y se atan, esta fórmula para Var(S) es modificada. Si el
tamaño de la muestra es menor que 10, entonces es necesario el uso de
tablas para el estadístico S.
6. El coeficiente de correlación τ de Mann-Kendall se define como:
(
)
Al igual que con otros tipos de coeficientes de correlación, τ sólo puede tomar
valores entre -1 y 1, su signo indica el signo de la pendiente de la relación, y el
valor absoluto indica la fuerza de la relación.
Debido a que la prueba se basa sólo en las hileras de datos, puede aplicarse
incluso en los casos en que algunos de los datos son desaprobados. Esta es una
característica importante de la prueba para su aplicación en la climatología.
Cuando hay valores faltantes en una serie de datos, entonces se introduce una
39
OPERACIÓN
una aproximación normal. La
estadística de la prueba estandarizada Z se calcula:
Análisis del cambio climático con datos diarios
corrección en la fórmula de la varianza (S), en la cual los valores faltantes se
añaden, la fórmula es:
( )
(
)(
)
∑
(
)(
)
Donde ti, es el número de vínculos de extensión i.
En este caso las particularidades de la prueba de MK son: a) La prueba no tiene
en cuenta la magnitud de los datos; b) La prueba MK es menos sensible a los
datos extremos; c) La prueba no tiene en cuenta la variación temporal en los datos
de tal manera que no podemos obtener la magnitud de la tendencia; y d) Los
datos deben estar libres de "estacionalidad". Cuando los datos son estacionales
se recomienda usar las temperaturas extremas en lugar de las medias. Un
resultado de "no tendencia" no equivale a una serie de datos estable, equivale a
una tendencia no detectada con esta prueba.
Un resultado de tendencia de "disminución" o "aumento" de la prueba MK es una
conclusión más sólida que la "no tendencia”.
A menor cantidad de datos disponibles, es menos confiable el resultado de la
prueba de MK.
Con ICC se seleccionan los elementos del clima y/o los indicadores de cambio
climático a los que se les desea aplicar la prueba de tendencia de MK, el resultado
del análisis se muestra en la pantalla con los parámetros S, Var, N y Zstd, que
corresponden a: estadístico de la tendencia, varianza, número de casos de la serie
de datos y valor de Z estandarizado.
Si Z>1.96 entonces hay significancia estadística para las serie de datos, es decir,
hay tendencia. Un valor positivo de Z indica una tendencia ascendente; un valor
negativo indica una tendencia descendente en la serie de datos.
Para realizar la prueba de Mann Kendall anual se debe ingresar al menú
“Cálculos” (1), después al submenú “Tendencias” (2), y elegir el apartado “Mann
Kendall anual” (3). Enseguida se desplegará una ventana emergente en la cual se
selecciona mediante doble clic la estación de interés (Figura 29).
40
OPERACIÓN
La prueba no puede ser aplicada cuando existen múltiples umbrales de rechazo
de la hipótesis nula en el conjunto de datos ya que los valores no pueden ser
clasificados de forma ambigua (Hirsch et al., 1993).
Análisis del cambio climático con datos diarios
1
2
3
A continuación se desplegará una nueva pestaña en la cual se aplica la prueba de
Mann Kendall a los 28 indicadores de cambio climático. Además en esta pestaña
se tienen las opciones: 1) Cambiar el intervalo de años al cual se desea aplicar la
prueba; 2) Realizar los cálculos del intervalo de años seleccionado al hacer clic en
el botón “Calcular” (1) y eliminar los datos de la tabla al hacer clic en el botón
“Limpiar” (2); y 3) Exportar la gráfica en los formatos *.pdf (Portable Document
Format), *.svg (Scalable Vector Graphics), *.png (Portable Network Graphics) al
hacer clic en la lista desplegable del apartado “Exportar” (3) (Figura 30).
1
2
3
Figura 30 Prueba de Mann Kendall anual
Para realizar la prueba de Mann Kendall mensual se debe ingresar al menú
“Cálculos” (1), después al submenú “Tendencias” (2), y elegir el apartado “Mann
Kendall mensual” (3). A continuación se desplegará una ventana emergente en la
cual se selecciona mediante doble clic la estación de interés (Figura 31).
41
OPERACIÓN
Figura 29 Menú, prueba de Mann Kendall anual
Análisis del cambio climático con datos diarios
1
2
3
Figura 31 Menú, prueba de Mann Kendall mensual
OPERACIÓN
Enseguida se desplegará una nueva ventana en la cual se aplica la prueba de
Mann Kendall a los 28 indicadores de cambio climático de forma mensual
agrupados en temperatura y precipitación. En esta pestaña se puede realizar lo
siguiente: (1) Cambiar el intervalo de años al cual se desea aplicar la prueba; (2)
Agrupar los indicadores en precipitación o en temperatura; (3) Seleccionar el
indicador al cual se desea aplicar la prueba; (4) Elegir los meses de interés; (5)
Realizar los cálculos del intervalo de años seleccionado al hacer clic en el botón
“Calcular” y eliminar los datos de la tabla al hacer clic en el botón “Limpiar”; y (6)
Exportar el contenido de la tabla en formato de *.xls (Excel) o *.txt (texto) al hacer
clic en la lista desplegable del apartado “Exportar” (Figura 32).
1
2
3
4
5
6
Figura 32 Prueba de Mann Kendall mensual
6.3.2 Prueba de Sen
42
Análisis del cambio climático con datos diarios
Pranab K. Sen (1968) desarrolló una prueba no paramétrica de estimación de
tendencias con la particularidad de ser usada para aplicaciones de monitoreo
ambiental (Gibbons & Coleman, 2001)
Para calcular la tendencia estimadora de Sen, empezar por obtener estimaciones
de pendiente del N', Q para cada ubicación como: (Gibbons & Coleman, 2001)
Donde x’i y xi son las concentraciones medidas en evento de supervisión i’ e i
donde i’>i y N’ es el número de pares de datos para el que i’>i. El valor de la
mediana de los valores N’ de Q es estimador de la tendencia de Sen. Con una
sola medición por cada evento de monitoreo (Gibbons & Coleman, 2001)
)
Donde n es el número de eventos de supervisión. Para los no detectados, el límite
de cuantificación puede ser usado para xi ya que representa el dato cuantificable
más bajo. Para obtener el valor de la mediana de la Q, denominado como S, los
valores de la N' de Q se clasifican de menor a mayor (Q1<Q2...≤Qn-1≤Qn) y la
pendiente media se calcula como: (Gibbons & Coleman, 2001)
Cuando N’ impar:
(
(
)
)
Cuando N’ es par:
( [ ]
[
[
]
])
⁄
Para probar la hipótesis nula de pendiente cero, el límite inferior de confianza 100
(1-α) % para la verdadera pendiente se calcula. Para calcular el límite de
confianza, una estimación de la varianza de S, Gilbert sugiere el empleo del
estimador debido a Kendall, que puede ser utilizado con pequeñas muestras (n>8)
y en presencia de los lazos (mediciones con el mismo valor o no detectadas). La
estimación de la varianza viene dado por:
( )
[ (
)(
)
∑
(
)(
)]
Donde q es el número de valores para los que existen lazos y tp es el número de
mediciones atadas por un valor particular. El límite inferior de confianza teórico
43
OPERACIÓN
(
Análisis del cambio climático con datos diarios
aproximadamente normal es el valor más grande M1 de Q, donde: (Gibbons &
Coleman, 2001)
[
( )]
⁄
Y Z1-α es el (1-α) punto 100% de la distribución normal (Z0.95 = 1.645) si QM1> 0, la
hipótesis nula de que la tendencia es cero puede ser rechazada. El límite superior
de confianza para la S viene dada por la (M2 + 1) el mayor valor de Q, donde:
(Gibbons & Coleman, 2001)
[
( )]
⁄
Para realizar el “Test of Sen” se debe ingresar al menú “Cálculos” (1), se
selecciona “Tendencias” (2), y hacer clic en el apartado “Test of Sen” (3). A
continuación se desplegará una ventana emergente en la cual se selecciona
mediante doble clic la estación de interés. (Figura 33).
1
2
3
Figura 33 Menú, prueba de Sen
Enseguida se desplegará una nueva ventana en la cual se aplica el “Test of Sen” a
los 28 indicadores de cambio climático de forma mensual agrupados en
temperatura y en precipitación. En esta pestaña se puede realizar lo siguiente: (1)
Seleccionar el intervalo de años al cual se desea aplicar la prueba; (2) Agrupar los
indicadores en precipitación o en temperatura; (3) Seleccionar el indicador al cual
se desea aplicar la prueba; (4) Seleccionar la confiabilidad de la prueba; (5)
Realizar los cálculos del intervalo de años seleccionado al hacer clic en el botón
“Calcular” y eliminar los datos de la tabla al hacer clic en el botón “Limpiar”; y (6)
Exportar el contenido de la tabla al hacer clic en la lista desplegable del apartado
“Exportar” (Figura 34).
44
OPERACIÓN
Tenga en cuenta que al calcular un intervalo de confianza 95% se requiere que
para S, Z1-α / 2 = 1.964 (Gibbons & Coleman, 2001).
Análisis del cambio climático con datos diarios
1
2
3
4
5
6
Figura 34 Prueba de Sen
6.3.3 Coeficiente de correlación de Pearson
El coeficiente de correlación se expresa mediante un número entre -1 y 1 mide el
grado de relación lineal entre dos variables, el número será positivo cuando la
pendiente de la relación también lo sea, es decir, cuando la relación es
directamente proporcional. El valor será negativo cuando la relación es
indirectamente proporcional. La correlación se clasifica de la siguiente manera:
+1 o -1= Correlación perfecta; 90%= Correlación muy alta; 80%= Correlación alta;
70%= Correlación buena; 50%= Correlación parcial; 0%= No existe correlación.
El análisis de correlación puede utilizarse como un primer acercamiento a la
identificación de cambios en los elementos del clima y en los índices
agroclimáticos, puede usarse aun cuando las series de tiempo contengan datos
discontinuos.
El coeficiente de correlación lineal es una forma de identificar o detectar tendencia
de cambio con incrementos periódicos en los elementos del clima
Para realizar las gráficas de temperaturas y precipitación ingresar al menú
“Cálculos” (1), seleccionar el submenú “Tendencias” (2), después hacer clic en el
apartado “Correlaciones”(3) y finalmente seleccionar “Temperaturas y
45
OPERACIÓN
7
Análisis del cambio climático con datos diarios
precipitación”. A continuación se desplegará una ventana emergente en la cual se
realiza le selección mediante doble clic en la estación de interés (Figura 35).
1
2
Figura 35 Menú, correlación de temperaturas y precipitación
3
Enseguida se desplegará una nueva pestaña en la cual se muestra la gráfica de
temperaturas y precipitación; (1) los datos de la estación meteorológica, (2) año
inicial y año final (es posible modificar el intervalo de años); (3) opción para
seleccionar el parámetro y el mes de interés así como para mostrar y ocultar la
línea de correlación; (4) opción de mostrar los datos de temperaturas y
precipitación al hacer clic en el botón “Mostrar” y (5) editar la gráfica al hacer clic
en el botón “Editar”; y la opción de (6) exportar la gráfica en los formatos *.pdf
(Portable Document Format), *.svg (Scalable Vector Graphics), *.png (Portable
Network Graphics) al hacer clic en la lista desplegable del apartado “Exportar”
(Figura 36).
46
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
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6
Figura 36 Gráficas de correlación de temperaturas y precipitación
Para realizar las gráficas de indicadores de cambio climático seleccionar el menú
“Cálculos” (1), seleccionar el submenú “Tendencias” (2), después hacer clic en el
apartado “Correlaciones”(3) y finalmente elegir “Indicadores de cambio climático”
(4). A continuación se desplegará una ventana emergente en la cual se realiza le
selección mediante doble clic en la estación de interés (Figura 37).
1
2
3
4
Figura 37 Menú, gráficas de correlación de indicadores de cambio climático
En la pestaña desplegada se muestra la gráfica de indicadores de cambio
climático; los datos de la (1) estación meteorológica, año inicial y año final (es
posible modificar el intervalo de años); apartado (2) “Agrupar” por temperatura o
precipitación así como el apartado “Indicadores” (3) para elegir sobre la lista
desplegable el indicador de interés; apartado “Correlación” (4) para mostrar y
47
ocultar la línea de correlación; apartado “Opciones” (5) para mostrar los años y los
valores del indicador seleccionado al hacer clic en el botón “Mostrar” (6) y editar la
gráfica al hacer clic en el botón “Editar” (7); y el apartado “Exportar” (8) para
exportar la gráfica en los formatos *.pdf (Portable Document Format), *.svg
(Scalable Vector Graphics), *.png (Portable Network Graphics) al hacer clic en la
lista desplegable (Figura 38).
1
2
3
4
5
6
7
Figura 38 Gráficas de correlación de indicadores de cambio climático
6.4 Resumen de tendencias de cambio climático anuales
Los cuadros de datos conteniendo los resúmenes de las tendencias de cambio
climático son de utilidad para ahorrar tiempo de análisis. Con los cuadros de datos
de manera directa se identifican los indicadores y/o los meses en los que hay
tendencias de cambio para luego realizar las gráficas de aumentos y
disminuciones solo donde hay tendencia de cambio.
Para realizar los cálculos de los resúmenes de tendencias anuales se debe
ingresar al menú “Cálculos” (1) y después seleccionar el submenú “Resumen de
tendencias anuales” (2). A continuación se desplegará una ventana emergente en
la cual se selecciona mediante doble clic la estación de interés (Figura 39).
48
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
1
2
Figura 39 Menú, resumen de tendencias anuales
Una vez seleccionada la estación de interés se desplegará una nueva ventana en
la cual se puede realizar lo siguiente: (1) Cambiar el intervalo de años del cual se
desea realizar los cálculos; (2) Agrupar los indicadores en precipitación o
temperatura; (3) Realizar los cálculos del intervalo de años seleccionado y de los
indicadores agrupados al hacer clic en el botón “Calcular” y eliminar los datos de la
tabla al hacer clic en el botón “Limpiar” (4); y (5) Exportar el contenido de la tabla
en formato de *.xls (Excel) o *.txt (texto) al hacer clic en la lista desplegable del
apartado “Exportar” (Figura 40).
1
2
3
4
5
Figura 40 Resumen de tendencias anuales
6.5 Resumen de tendencias de cambio por mes en periodos anuales
Para realizar los cálculos de los resúmenes de tendencias mensuales se debe
ingresar al menú “Cálculos” (1) y elegir el submenú “Resumen de tendencias
mensuales” (2). A continuación se desplegará una ventana emergente en la cual
se selecciona mediante doble clic la estación de interés (Figura 40).
49
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
1
2
Figura 41 Menú, resumen de tendencias mensuales
En la nueva ventana desplegada se puede realizar lo siguiente: (1) Cambiar el
intervalo de años del cual se desea realizar los cálculos; (2) Agrupar los
indicadores en precipitación o en temperatura; (3) Seleccionar el indicador
deseado; (4) Realizar los cálculos del intervalo de años seleccionado y de los
indicadores agrupados al hacer clic en el botón “Calcular” y eliminar los datos de la
tabla al hacer clic en el botón “Limpiar”; y (5) Exportar el contenido de la tabla en
formato de *.xls (Excel) o *.txt (texto) al hacer clic en la lista desplegable del
apartado “Exportar” (Figura 42).
1
2
3
4
5
6
Figura 42 Resumen de tendencias mensuales
50
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
6.6 Gráficas de aumentos y disminuciones
Las gráficas de aumentos y disminuciones con respecto a los valores medios
permiten identificar visualmente los periodos de base y el periodo de referencia,
así como los eventos extremos.
El software ICC permite seleccionar el periodo de referencia para que el valor
promedio sea el valor cero desviación en la gráfica. El valor de cero desviaciones
que corresponde al valor promedio del periodo de referencia hace más evidentes
los cambios.
La identificación de los valores extremos es de gran importancia para la toma de
decisiones en torno a la prevención de riesgos ambientales (Carlón y Mendoza,
2007; Beniston, 2008)
Para realizar la gráfica de aumentos y disminuciones, se ingresa al menú
“Cálculos” (1), después se elige el submenú “Gráfica de aumentos y
disminuciones” (2) y hacer clic en el apartado “Indicadores de cambio climático”
(3), enseguida se desplegará una ventana emergente en la cual se selecciona
mediante doble clic la estación de interés (Figura 43).
1
3
2
Figura 43 Menú, gráfica de aumentos y disminuciones de indicadores de cambio climático
Posteriormente se desplegará una nueva pestaña con distintos apartados: (1)
Gráfica de aumentos y disminuciones; (2) Estación (referencia, nombre, año
inicial, año final); (3) Agrupar por temperatura o por precipitación; (4) Indicadores,
para elegir el indicador de interés; (5) Período de referencia, para elegir el
intervalo de años; (6) Opciones (datos del indicador seleccionado en formato de
tabla y editar gráfica); (7) Exportar gráfica *.pdf (Portable Document Format), *.svg
(Scalable Vector Graphics) y *.png (Portable Network Graphics) (Figura 44).
51
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
2
1
3
4
5
6
7
Figura 44 Gráfica de aumentos y disminuciones de indicadores de cambio climático
Para realizar la gráfica de índices de la uva, se ingresa al menú “Cálculos” (1),
después se elige el submenú “Gráfica de aumentos y disminuciones” (2) y hacer
clic en el apartado “Índices de la uva” (3), a continuación se desplegará una
ventana emergente en la cual se selecciona mediante doble clic la estación de
interés (Figura 45).
1
2
3
Figura 45 Menú, gráfica de aumentos y disminuciones de índices agroclimáticos de la vid
La nueva pestaña desplegada contiene los siguientes apartados: (1) Gráfica de
índices de la uva; (2) Estación (referencia, nombre, año inicial, año final); (3)
Parámetros (GDD (Grados de desarrollo), HF (Horas frío), PLH (Período libre de
heladas) y TMM (Temperatura media máxima)); (4) Período de referencia, para
elegir el intervalo de años; (5) Opciones (datos del parámetro seleccionado en
formato de tabla y editar gráfica); (6) Exportar gráfica *.pdf (Portable Document
Format), *.svg (Scalable Vector Graphics) y *.png (Portable Network Graphics)
(Figura 46).
52
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
2
1
3
4
5
6
Figura 46 Gráfica de aumentos y disminuciones de índices agroclimáticos de la vid
6.7 Identificación de anomalías climáticas
Las anomalías de temperatura son las diferencias entre la temperatura media del
año en cuestión (o algún período de años) y un período de referencia considerado
normal. Comúnmente en estudios de cambio climático se considera como período
de referencia hasta antes del año 1990, como por ejemplo, 1950-1990. El período
o el año a comparar deben ser posterior a 1990. Sin embargo, diversos autores
pueden considerar diferentes períodos de referencia y de comparación, como por
ejemplo 1961-1990 (IPCC, 2007) y 1961-2005 como períodos de referencia; y
1986-2005 como período de comparación. (IPCC, 2001) (IPCC, 2013)
Los eventos o períodos extremos son aquellos que tienen valores muy altos o muy
bajos de los elementos del clima, con una probabilidad de ocurrencia de 0.01
(Benisto, 2008) a 0.05 es decir, aquellos valores que se encuentran por arriba del
95% al 99% del conjunto de datos tanto a la alza como a la baja, lo cual se puede
identificar con la distribución normal de los datos.
La identificación de las anomalías climáticas que corresponde a los extremos de la
curva de distribución normal, se utiliza para identificar los valores por arriba del
95% o por debajo de 5%.
53
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Para realizar las gráficas de la distribución normal anual de los indicadores de
cambio climático, seleccionar el menú “Cálculos” (1) y hacer clic en el submenú
“Gráfica de la distribución normal anual” (2). A continuación se desplegará una
ventana emergente en la cual se realiza le selección mediante doble clic en la
estación de interés (Figura 47).
1
2
Figura 47 Menú, gráfica de la distribución gaussiana anual
En la pestaña desplegada se muestran los siguientes apartados: Gráfica de
indicadores de cambio climático (1); Datos de la estación meteorológica
(referencia y nombre) (2); Primer período de referencia (3); Segundo período de
referencia (4); “Agrupar” por temperatura o precipitación (5); “Indicador” para elegir
sobre la lista desplegable el indicador de interés (6); “Opciones” (7) para mostrar
los años y los valores del indicador seleccionado al hacer clic en el botón “Mostrar”
y editar la gráfica al hacer clic en el botón “Editar”; y “Exportar” (8) para exportar la
gráfica en los formatos *pdf (Portable Document Format), *.svg (Scalable Vector
Graphics), *.png (Portable Network Graphics) al hacer clic en la lista desplegable
(Figura 48).
54
OPERACIÓN
Análisis del cambio climático con datos diarios
Análisis del cambio climático con datos diarios
2
1
P2= Período de
comparación
P1= Período de
referencia
3
4
5
6
Valores
extremos
7
Figura 48 Gráfica de la distribución gaussiana anual
Para generar las gráficas de la distribución gaussiana mensual de los indicadores
de cambio climático, seleccionar el menú “Cálculos” (1) y hacer clic en el submenú
“Gráfica de la distribución normal mensual” (2). Enseguida se desplegará una
ventana emergente en la cual se realiza le selección mediante doble clic en la
estación de interés (Figura 49).
1
2
Figura 49 Menú, gráfica de la distribución gaussiana mensual
En la nueva ventana desplegada se encuentran los siguientes apartados: Gráfica
de indicadores de cambio climático mensuales (1); Datos de la estación
meteorológica (referencia y nombre) (2); “Primer período” de referencia (3);
“Segundo período” de referencia (4); “Meses” para elegir el mes de interés (5);
“Agrupar” por temperatura o precipitación (6); “Indicador” para elegir sobre la lista
desplegable el indicador de interés (7); “Opciones” para mostrar los años y los
valores del indicador seleccionado al hacer clic en el botón “Mostrar” y editar la
gráfica al hacer clic en el botón “Editar” (8); y “Exportar” (9) para exportar la gráfica
55
OPERACIÓN
8
Análisis del cambio climático con datos diarios
en los formatos *.pdf (Portable Document Format), *.svg (Scalable Vector
Graphics), *.png (Portable Network Graphics) al hacer clic en la lista desplegable
(Figura 50).
2
3
P2=Período de
comparación
1
P1=Período de
referencia
4
5
Valores
extremos
6
7
9
Figura 50 Gráfica de la distribución gaussiana mensual
6.8 Resumen de datos Clic-MD desde el software ICC
Para realizar los cálculos de resumen de datos para Clic-MD, se debe ingresar al
menú “Cálculos” (1) y elegir el submenú “Resumen de datos Clic-MD” (2). A
continuación se desplegará una ventana emergente en la cual se selecciona
mediante doble clic la estación de interés (Figura 51).
1
2
Figura 51 Menú, resumen de datos Clic-MD
En la nueva ventana desplegada se puede realizar lo siguiente: (1) Observar los
datos de temperaturas máximas, medias, mínimas y precipitación; (2) Cambiar el
intervalo de años del cual se desea realizar los cálculos; (3) Consultar los datos
del intervalo de años seleccionado al hacer clic en el botón “Consultar”; y (4)
56
OPERACIÓN
8
Análisis del cambio climático con datos diarios
Exportar el contenido de la tabla en formato de *.xls (Excel) o *.txt (texto) al hacer
clic en la lista desplegable del apartado “Exportar” (Figura 52).
1
2
3
4
Figura 52 Resumen de datos Clic-MD
57
7. Menú de opciones
Dentro de este menú “Opciones” (1) se encuentra el submenú “Idioma” (2), al
seleccionar “Idioma” se despliega una nueva pestaña que solicita la confirmación
de cambiar de idioma (Figura 53, 54).
1
2
Figura 53 Menú, confirmar cambio de idioma
Figura 54 Confirmar cambio de idioma
8. Menú de ayuda
En este menú se encuentran las especificaciones del software. Para consultar la
versión del software y sus especificaciones dar clic en el menú “Ayuda” (1)
después hacer clic en el submenú “Acerca de” (2), en seguida se desplegará una
nueva ventana con el nombre, versión y descripción del software así como los
derechos de reproducción y de autor, compañía y datos de los autores (Figura
55).
1
2
Figura 55 Menú, acerca de ICC
Por último, se despliega una pantalla con el nombre de la empresa y los autores
del software (Figura 56).
58
OPCIONES
Análisis del cambio climático con datos diarios
Análisis del cambio climático con datos diarios
Figura 56 Acerca de ICC
Agradecimientos
A Ángeles Gallegos, Francisco Antonio Bautista y Daniel Baca por su colaboración
en los grupos de trabajo, traducción de términos al inglés y la escritura de la
primera versión del manual corto.
59
9. Referencias
Benisto, M. 2008. Extreme climatic events and their impacts: examples from the Swiss Alps. En
H.F. Díaz, & R.J. Murname, Climate extremes and society. Cambrige University Press, pp 147164 New York.
Carlón T. y M.Mendoza. 2007. Análisis hidrometeorológico de las estaciones de la cuenca del Lago
de Cuitzeo. Investigaciones Geográficas, 63:56-76.
Castañeda M. y M. González. 2008. Statistical analysis of the precipitation trends in the Patagonia
region in southern South America. Atmósfera. 21: 303-317.
Llorente, J.M. 1961. Meteorología. Editorial Labor. Barcelona, España.
Gibbons, R. D., & Coleman, D. E. 2001. Statistical Methods for Detection and Quantification of
Environmental Contamination. New York: New York,[u.a.]:Wiley,2001.
Hirsch R., D. Heisel, T. Cohn, y E. Gilroy. 1993. Statistical analysis of hidrology data. In: Handbook
of hidrology. D. Maidment (Ed). McGraw-Hill Inc. USA
IPCC, 2013, Climate Change, bases físicas. Unidad de apoyo técnico del Grupo de trabajo I del
IPCC. OMM, PNUMA.
IPCC, 2007. Cambio climático. Informe de síntesis. Contribución de los grupos de trabajo I, II y III al
cuarto informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de expertos sobre el cambio
climático. IPCC, Ginebra, Suiza, 104 pp.
IPCC, 2001, Climate Change 2001, The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the
Third Scientific Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change:
Cambridge, England, Cambridge University Press.
Magaña, V. 2013. Guía metodológica para la evaluación de la vulnerabilidad ante el cambio
climático. Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático, SEMARNAT.
Orellana, R., Hernández, M., & Espadas, C. 2011. Técnicas de muestreo para el manejo de
Recursos Naturales. México: México, D.F.
Vázquez J.L.. 2010. Guía para el cálculo y uso de índices de cambio climático en México. México,
D.F. Instituto Nacional de Ecología.
Willmott C. J., 1982. Some comments on the evaluation of model performance. Bull. Am. Meteorol.
Soc. AMS. 63 (11): 1309–1313.
60
REFERENCIAS
Análisis del cambio climático con datos diarios
Apéndice I
Información técnica, Requerimientos mínimos del equipo






CPU: Procesador a 1.0 GHz o superior
RAM: 256 Mb para una ejecución óptima
Pantalla: VGA para presentaciones gráficas. Resolución recomendada
1024x768
Disco Duro: con espacio suficiente para programas y datos. 50 Mb libres
para instalación de sistema y datos
Máquina Virtual de Java v1.6 (JVM)
Sistema Operativo: Microsoft Windows XP; Windows vista; Windows 7 o
distribuciones superiores a XP; Linux, cualquier versión que soporte la
Máquina Virtual de Java; Mac, cualquier versión que soporte la Máquina
Virtual de Java
Archivos de sistema
Directorio C:\ICC\
DBICC
Iconos
Logos
ICC.jar
Icon.icon
Unins000.dat
Unins000.exe
Los fallos en la instalación del sistema ICC podrían estar relacionados con espacio
insuficiente en el disco duro, la versión del sistema operativo o las paqueterías
instaladas. En la aplicación se podrían suscitar problemas al momento de calcular
variables, debido a datos erróneos capturados en la base de datos.
61
APÉNDICE
Análisis del cambio climático con datos diarios
El cambio climático es motivo de preocupación mundial en todos los ámbitos de la vida,
el discurso global ha sido bien entendido y divulgado; sin embargo, hay muy poco
conocimiento de la magnitud y del sentido del cambio climático a nivel local. Es en este
nivel, en el que se toman las medidas de mitigación y adaptación, por lo cual se hace
URGENTE el conocimiento, mediante datos, de la situación actual y local,
principalmente utilizando los indicadores de cambio climático recomendados por el
Panel Intergubernamental de Cambio Climático.
El reconocimiento y uso de los indicadores de cambio climático permitirá a climatólogos
y otros profesionistas relacionar los cambios del clima con el comportamiento de la
flora y fauna, con las cosechas, con las afectaciones a la salud humana y con los
desastres sociales provocados por fenómenos naturales
El software Indicadores de Cambio Climático facilita:
1. La organización, almacenamiento y manejo de millones de datos
climáticos (temperatura y precipitación diarias, mensuales).
2. El cálculo de los 27 indicadores de cambio climático definidos
por “The Expert Team on Climate Change Detection and
Indices”, de manera anual y mensual.
3. El cálculo de los índices del cultivo de la uva GDD (Grados de
desarrollo), TMM (Temperatura media máxima), HF (Horas frío),
PLH (Período libre de heladas).
4. La identificación de las tendencias del cambio climático a nivel
local (sentido y magnitud) lo cual permite la prevención de los
efectos negativos y el aprovechamiento de los efectos positivos
del cambio climático.
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