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Meteorología Colombiana N7 pp.53–66 Marzo, 2003 Bogotá D.C. ISSN-0124-6984 ANÁLISIS DE LAS SERIES DEL NIVEL DEL MAR EN EL PACÍFICO COLOMBIANO Y SU RELACIÓN CON EL CAMBIO CLIMÁTICO ANALYSIS OF SEA LEVEL DAT SEQUENCES IN COLOMBIAN PACIFIC ANDS ITS RELATIONSHIP TO CLIMATE CHANGE ERNESTO SANTIAGO RANGEL, JOSÉ EDGAR MONTEALEGRE Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM. Bogotá D.C., Colombia Rangel, E., & J. Montealegre. 2003: Análisis de las series del nivel del mar en el Pacífico Colombiano y su relación con el cambio climático. Meteorol. Colomb. 7:53-66. ISSN 0124-6984. Bogotá, D.C. – Colombia. RESUMEN Mediante el análisis de las series del nivel medio del mar (NMM), en las localidades de Tumaco y Buenaventura, se estudia su variabilidad estacional, intra-anual e interanual en el Pacífico Colombiano, en relación con el ciclo El Niño - La Niña - Oscilación del Sur. La detección y el análisis de posibles tendencias se examinan como una probable manifestación del Cambio Global en Colombia. Como resultado final se concluye que las series del NMM en Tumaco y Buenaventura se consideran como un buen indicador, la primera y un relativamente aceptable indicador, la segunda, del Ciclo en mención, aunque de muy baja resolución durante los episodios La Niña, en ambos casos. Se detectó igualmente, una marcada tendencia al crecimiento del nivel medio del mar, aproximadamente a partir de los inicios de la década de los años 70, lo cual es un reflejo del incremento en la frecuencia de ocurrencia de la fase Cálida de los fenómenos del ciclo El Niño - La Niña - Oscilación del Sur. Aunque la longitud de las series analizadas no permite llegar a resultados concluyentes, la tendencia creciente de las mismas durante los últimos 20 años podría servir de alerta temprana en relación con posibles manifestaciones del cambio global en Colombia. Palabras clave: Nivel medio del mar, Pacífico colombiano, Tumaco, Buenaventura, El Niño, La Niña, Cambio Climático, Cambio Global. ABSTRACT By analysing series of Mean Sea Level (MSL), data for the towns of Tumaco (01°N 78° 44 ' W, elevation: 0 meters) and Buenaventura (03° 51'N, 76° 58 ' W, elevation: 1 meter) the seasonal, intra-annual and inter-annual variability of the MSL are studied in the Colombian Pacific, in connection with the El Niño-La Niña- Southern Oscillation (ENSO) cycle. The detection and the analysis of possible trends are examined in search of likely signal of Global Change in Colombia. This work concludes that the Mean Sea Level (MSL) data for Tumaco and Buenaventura, are a good indicator, the first one, and a relatively acceptable indicator, the second, of the ENSO cycle, although of very low resolution during the La Niña episodes, in both cases. It was detected equally, a marked tendency for increasing of the Mean Sea Level, approximately starting from the beginnings of the decade of the seventies, which could be related to the higger frecuency of warm episodes. Although the longitude of the analyzed series doesn't allow to arrive to conclusive results, the increasing tendency of the sea levels during the last twenty years could serve as an early warning in connection with possible manifestations of the Global Change in Colombia Keywords: Mean Sea Level, Colombian Pacific, Tumaco, Buenaventura, El Niño, La Niña, Climatic Chance, Global Change. 54 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N°7, MARZO 2003 1. 1.1. INTRODUCCIÓN Variabilidad Climática, Cambio Climático y Cambio Global Las fluctuaciones del clima en escalas que oscilan desde meses a años, décadas o siglos, son consideradas como La Variabilidad Climática. Dichas fluctuaciones pueden ser debidas a causas naturales o antropogénicas. Las alteraciones del clima, atribuidas durante estas últimas décadas a la acción del hombre a través de la contaminación, el calentamiento de la atmósfera terrestre a causa de los aumentos en las emisiones de gases de efecto de invernadero y la destrucción de la capa de ozono, entre otras, han traído como consecuencia un cambio en los patrones climáticos a escala regional y mundial comúnmente conocido como Cambio Climático. Las manifestaciones físicas de tales cambios, como los aumentos en el nivel del mar, las variaciones en el balance hídrico y otras, son lo que se denomina Cambio Global. 1.2. Las Mareas Dentro de los movimientos del océano, el de las mareas ha sido desde épocas remotas uno de los que más ha fascinado a la humanidad. Se sabía que estaban relacionadas con la luna y el sol, pero fue solamente hasta la época de Newton en que se dio una explicación razonable del fenómeno mediante la ley de la Gravitación Universal. Las mareas son generadas fundamentalmente por la fuerza de la atracción que la luna ejerce sobre las aguas y por el movimiento de ésta alrededor de la tierra. A consecuencia de este doble efecto el agua se acumula en el punto que está directamente bajo la luna y también en el lado opuesto de la tierra. Tales abultamientos en el mar van, aparentemente, viajando alrededor de la tierra, de tal forma que determinan las pleamares por los sitios por donde van pasando (IDEAM, 1996), al igual que las olas, las mareas son oscilaciones periódicas del nivel del mar, pero de período muchísimo mayor. Su dinámica es bastante compleja: por una parte, están los movimientos ascendentes (pleamares) y descendentes (bajamares) diarios del mar, por otra, la doble pulsión que trae y lleva la marea ascendente y el hecho fascinante de observar que mientras en algunas partes se produce una sola pleamar cada 24 horas, la pleamar y la bajamar se registran todos los días a la misma hora, aparentando con ello, despreciar las órdenes de la luna). En cuanto a su amplitud (diferencia entre el pleamar y el bajamar), las cifras resulten igualmente desconcertantes: mientras en el monte Saint-Michel, su amplitud rebasa los 13 metros en el Mediterráneo no alcanza más que algunos decímetros. Para medir estas fluctuaciones en el nivel del mar se utilizan los mareógrafos, de los cuales el más utilizado es el que consta de un flotador conectado a un sistema regulador sobre el que se inscribe continuamente la altura de las aguas y la hora a la que se sucede tal hecho. 1.3. El Nivel del Mar Como una Manifestación del Cambio Global Uno de los efectos directos del calentamiento global debido al aumento de las concentraciones de los gases de efecto de invernadero, corresponde a la aceleración de los procesos (actualmente lentos) de elevación del nivel del mar. Tal aceleración será producto de la fusión de los glaciares y los casquetes polares, así como del aumento de la temperatura superficial del mar a escala mundial. Tal como lo reporta el informe del IPCC (1986), sobre evaluación de impactos, se conoce que a lo largo de este último siglo el nivel del mar ha subido entre 10 y 15 cm, aunque no se tiene certeza si ello es atribuible al efecto de invernadero. Se prevé que para el año 2030 el nivel del mar se elevará entre 10 y 30 cm. El informe ISOS del Programa de las Naciones Unidas Para el Medio Ambiente, PNUMA (1989), establece que la mayoría de los países del mundo son vulnerables, salvo los casi 30 que carecen de costas. Más de 50 millones de personas se verán desplazadas de registrarse aumentos del orden al 1.5 m, además del peligro que representaría para una gran cantidad de especies animales y vegetales cuya zona de distribución se limita a las zonas costeras. Por todo lo anterior, el seguimiento permanente, así como el análisis de los registros del nivel del mar, son de capital importancia para las actividades de planeación, toma de decisiones y prevención de desastres, a nivel nacional e internacional. 1.4. Red Mareográfica Nacional La red mareográfica a cargo del Instituto Geográfico Agustín Codazzi desde 1951 y del HIMAT (actual IDEAM), a partir de 1987, cuenta con datos históricos del nivel y la temperatura superficial del mar, salinidad y densidad, en los municipios de Buenaventura, Tumaco y Bahía Solano sobre el Océano Pacífico y en Turbo, Riohacha, Cartagena, Islas del Rosario, Capurganá y San Andrés, en el Océano Atlántico. Es necesario tener en cuenta que la estación localizada en Tumaco ha sufrido cerca de una decena de interrupciones a causa de la destrucción de sus instrumentos registradores por efecto de fenómenos naturales, en la mayoría de los casos. 1.5. La Base de Datos Mareográficos Para este estudio se utilizaron las series cronológicas mensuales correspondientes a los valores medios mensuales del nivel medio del mar, obtenidos durante el período 1952 -1995 (524 meses) en Tumaco y el período 1953-1995 (516 meses) en Buenaventura y la serie de valores medios anuales para el período 1953-1995 (44 años), en ambas estaciones. 2. ANÁLISIS DE LAS SERIES DEL NIVEL MEDIO DEL MAR EN TUMACO Para el análisis de las series de precipitación con respecto a la variabilidad climática se utilizó la metodología RANGEL & MONTEALEGRE: ANÁLISIS SERIES NIVEL MAR PACÍFICO COLOMBIANO RELACIÓN CAMBIO CLIMA 55 recomendada por la Organización Meteorológica Mundial (Rangel, 1995). La serie de valores medios anuales presenta un promedio multianual de 1565.1 mm, con una desviación típica de 36.91 mm y un coeficiente de variación de 2.36%, lo cual indica que hay igualmente una gran concentración de datos dentro de una franja determinada por una desviación estándar alrededor de la media histórica, tal como lo muestran las Figs.1L y 1M. Se utilizó la serie cronológica mensual, correspondiente a los valores medios mensuales obtenidos durante el periodo 1952-1995 (524 meses) y la serie de valores medios anuales para el período 1953-1995 (44 años). Para las series mensual y anual, se calcularon las siguientes estadísticas básicas: Media (M), Mediana (Md), Moda (Mo), Desviación típica (), Mínimo (Mn), Máximo (Mx), Limite Superior del Cuartil-1 o Inferior (L.S.Q.I), Limite Inferior del Cuartil-4 o Superior (L.I.Q.S), Rango Intercuartiles (RIQ), Coeficiente de Variación (C.V), Coeficiente de simetría (C.S) y el Coeficiente de kurtosis (C.K). 2.1. Los valores extremos absolutos oscilan entre 1471.1 mm, el mínimo, y 1646.8 mm, el máximo, con una oscilación de 175.1 mm. El 50% de los datos cae dentro del intervalo comprendido entre el límite superior del cuartil inferior y el límite inferior del cuartil superior. [LSQI = 1541.4, LIQS = 1583.0]. Su distribución es relativamente simétrica (coeficiente de asimetría 0.315) y platocúrtica (coeficiente de kurtosis 0.367), al igual que la serie mensual. Características de la Serie Cronológica Mensual Los anteriores estadísticos se reflejan muy bien en laFig.1N en el cual, se puede observar que la mediana (Md) y la media (M), simbolizadas con una línea continua dentro de la caja (Box-plot) y el signo (+), respectivamente, alcanzan valores muy similares. Los valores extremos absolutos, también conocidos con el nombre de “outliers”, corresponden a 1471.7 mm, el mínimo, (año de 1970) y 1646. 8 mm, el máximo, (año de 1972). La Tabla 1, muestra las estadísticas básicas de la serie mensual, correspondiente al período 1952-1995. La serie presenta un promedio multianual de 1563. 7 mm, con una desviación típica de 69.64 mm y un coeficiente de variación de 4.45%, lo cual indica que hay una gran concentración de los datos dentro de una franja determinada por una desviación estándar alrededor de la media histórica, tal como lo muestran las Figs. 1A y 1B. 2.3. La Tabla 3 y la Fig.1C muestran el comportamiento de la serie de valores medios mensuales del Nivel Medio del Mar, con el transcurso del año. Los valores extremos absolutos oscilan entre 1343.0 mm, el mínimo, y 1824.0 mm, el máximo, con una oscilación de 481 mm. El 50% de los datos cae dentro del intervalo comprendido entre el limite superior del cuartil inferior y el límite inferior del cuartil superior [LSQI= 1524.5, LIQS= 1608.0]. Su distribución es relativamente simétrica (coeficiente de asimetría -0.104,) y platocúrtica (coeficiente de kurtosis 0.657), lo que significa que existe un gran número de observaciones entre la media y los valores extremos. 2.2. Variabilidad Intra-Anual La serie presenta un comportamiento monomodal, es decir, un período de niveles altos (mayo-diciembre, con máximo en junio, intercalado con una época de ligero relajamiento en agosto-septiembre) y un período de niveles bajos (enero-abril, con mínimo en marzo). Los valores extremos absolutos tienen lugar en los meses de junio el máximo, y marzo el mínimo. La oscilación anual es de 124.4 mm, equivalente aproximadamente al doble de la desviación típica mensual. Características de la Serie Cronológica Anual La siguiente Tabla 2, muestra las estadísticas básicas de la serie de valores medios anuales para el período 19531995. Tabla 1. Estadísticas básicas de la serie cronológica mensual, NMM Tumaco M 1563. 7 Md 1565. 5 Mo 1613. 0 69. 643 Mn 1343. 0 Mx 1824. 0 LSQI 1524. 5 LIQS 1608. 0 RIQ 83. 5 C.V 4. 45 C.S - 0. 104 C.K 0. 657 C.S 0. 315 C.K 0. 367 Nov. 1595. 3 Dic. 1579. 0 Tabla 2. Estadísticas básicas de la serie cronológica anual, NMM Tumaco M 1565. 1 Md 1560. 8 Mo 1550. 3 36. 91 Mn 1471. 7 Mx 1646. 8 LSQI 1541. 4 LIQS 1583. 0 RIQ 41. 6 C.V 2. 36 Tabla 3. Valores medios mensuales multianuales del NMM, Tumaco Ene Feb. 1551. 7 1495. 6 Mar Abr. May. 1486. 7 1531. 3 1591. 0 Jun. 1611. 1 Jul. 1593. 7 Ago. 1572. 1 Sep. 1566. 6 Oct. 1592. 3 56 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N°7, MARZO 2003 SERIE TEMPORAL 1900 1A 1800 1700 1600 1500 1400 1300 0 120 240300 420 540 1952 1995 MESES PERÍODOGRAMA X 10000 4 1 ANO 1D 3 6.5 ANOS 2 3.6 ANOS 1 ANOMALIAS TIPIFICADAS 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 1B DESVIACIÓN TÍPICA NMM 0 120 240 360 1952 MESES 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 FRECUENCIA 1600 1500 1400 1300 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112 MESES 400 1G 1H 300 1700 1600 200 1500 100 1300 0 1700 NÚMERO DE CASOS 1400 0 1C 1800 540 1995 DIAGRAMA DE CAJA NMM 1900 1800 NMM DIAGRAMA DE CAJA 1900 0 -1 0 1 -2 NINO (-1) NORMAL (0) NINA (1) TENDENCIA LINEAL NMM 1900 -1 0 1 2 NINO (-1) NORMAL (0) NINA (1) 1I 1800 1700 1600 1500 1400 1300 0 120 240 360 480 1952 1995 MESES Figuras 1A a 1I. Tumaco. nivel medio del mar. serie cronológica mensual. 2.4. Variabilidad Interanual. Como se puede apreciar en la Fig.1L, la serie temporal oscila alrededor del valor medio multianual (x), dentro de un rango determinado por los intervalos [ x +] y [ x ], observándose la ocurrencia de años con valores extremos por exceso y por defecto. Estos años son fácilmente identificados al analizar la serie de anomalías tipificadas, Fig.1M, en la cual, los años con incrementos o decrementos significativos superan los citados intervalos, respectivamente. Con base en este criterio, los años de 1957, 1963, 1965, 1972, 1982 y 1987, resultan con incrementos significativos (épocas en las que se han presentado fenómenos ENSO), mientras que los años de 1952, 1970, 1973, 1981 y 1985, muestran decrecimientos significativos en el nivel medio del mar. 2.5. Análisis Espectral El periodograma de la serie cronológica mensual, Fig.1D, muestra picos de mayor energía espectral en el diapasón de bajas frecuencias, equivalentes a 0.5 y 1.0 años (variabilidad estacional) y algo menos significativos en la frecuencia correspondiente a 3.7 años (variabilidad interanual). El períodograma de la serie anual, Fig.1O, refleja su variabilidad interanual, presentando máximos de energía espectral en las frecuencias correspondientes a 3.5, 3.8, 4.7 y 6.0 años. Como se puede advertir, tanto la serie cronológica mensual como la anual, coinciden en señalar un período de alrededor de 4 años como el de mayor contribución a la variabilidad de la serie, el cual corresponde, aproxima- RANGEL & MONTEALEGRE: ANÁLISIS SERIES NIVEL MAR PACÍFICO COLOMBIANO RELACIÓN CAMBIO CLIMA 57 damente, con los períodos de ocurrencia de los fenómenos ENSO, hecho ampliamente conocido. 2.6. 2.6.1. Análisis de Tendencia La Fig.1I, corresponde a tendencia lineal basada en el método de los mínimos cuadrados. Las Figs. 1J y 1K se fundamentan en el método de suavizamiento de Cleveland (Low-pass filter), utilizando tensiones de 0.25 y 0.75, respectivamente. Serie cronológica mensual Figura 1J Figura 1K Figuras 1L a 1O. Tumaco. nivel medio del mar. serie cronológica anual 58 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N°7, MARZO 2003 La Fig.1I, apenas insinúa una leve tendencia lineal creciente de la serie cronológica mensual, a partir de la segunda mitad de la misma. Al analizar la serie por intervalos decadales, se puede observar que mientras La Fig.1J (mayor resolución en el filtrado con una tensión del 25%), muestra una marcada tendencia creciente durante la década de los años 50’s y decreciente en la de los años 60’s, La Fig.1K, resultante de un filtrado con tensión de sólo el 75%, indica un decrecimiento generalizado durante las dos décadas mencionadas. No obstante, ambas figuras coinciden en mostrar una marcada tendencia al crecimiento del nivel medio del mar, aproximadamente a partir de los inicios de la década de los años 70, el primero y de mediados de la misma, el segundo, lo cual podría ser un reflejo del hecho de que los fenómenos ENSO se hayan venido presentando con mayor frecuencia durante los últimos diez años. 2.6.2. Serie cronológica anual Al igual que en el análisis anterior, las Figs. 1S y 1T se fundamentan en el método de suavizamiento de Cleveland, mencionado anteriormente. Al analizar la serie por intervalos decadales se puede observar que mientras La Fig.1S muestra una marcada tendencia creciente durante la década de los años 50’s, y decreciente en la de los años 60’s, La Fig.1T, resultante de un filtrado con tensión del 75%, indica un decrecimiento generalizado durante las dos décadas mencionadas. En cuanto se refiere a las décadas siguientes, las tres figuras coinciden en mostrar, en términos generales, una tendencia al crecimiento, la cual resulta bien marcada, a partir de inicios de la década de los setentas, Fig.1S, o desde mediados de la misma, Fig.1T, resultados que concuerdan con lo anotado para el caso de la serie cronológica mensual y que también justificarían lo afirmado anteriormente en el sentido de que el comportamiento de este parámetro refleja que los fenómenos ENSO se han Figura 1S. NMM. TUMACO (T=0.25) venido presentando con mayor frecuencia en los últimos diez años. 2.7. Análisis de la Serie con Respecto a Periodos “Normal”, “El Niño” y “La Niña” Con el fin de analizar el comportamiento del NMM en Tumaco dentro de los periodos “Normal ”, “ El Niño” y “ La Niña ”, se tomaron como estadísticos de referencia la media (x) y la desviación típica () de la serie cronológica de 524 meses y se establecieron los siguientes subconjuntos: Período El Niño: meses durante los cuales el nivel del mar es superior al valor dado por (x +). Período Normal: meses en los que el nivel del mar pertenece al rango (x ± ). Período La Niña: meses durante los cuales el nivel del mar es inferior al valor dado por (x – ). Los elementos de la serie se clasificaron dentro de las categorías (-1), (0) ó (1), según pertenecieran a condiciones El Niño, Normal o La Niña, respectivamente. 2.7.1. Comportamiento de los niveles asociados a los períodos normales. Para identificar eventos “Normales” se tuvo en cuenta que durante dicho lapso, el nivel del mar de iniciación y finalización estuviera rotulado con el código (0). Adicionalmente se identificaron sucesiones de tres o más valores (0), aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valores consecutivos con código distinto de cero (0). Del total de 524 meses analizados, 379 (72 %), caen dentro del intervalo x ± = [1494.0, 1633.0] ver Figs. 1A, 1B y 1H.Durante estos períodos “normales”, las estadísticas básicas de la serie correspondiente toman los siguientes valores (Tabla 4). Figura 1T. NMM.TUMACO (T=0.75) RANGEL & MONTEALEGRE: ANÁLISIS SERIES NIVEL MAR PACÍFICO COLOMBIANO RELACIÓN CAMBIO CLIMA 59 Tabla 4. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Tumaco, durante períodos normales M 1567. 0 Md 1567. 0 Mo 1613. 0 35. 77 Mn 1494. 0 Mx 1633. 0 Estos valores característicos están representados en la caja central de la Fig.1G. En ella se aprecia la mediana (Md) y la media (M), simbolizadas con una línea continua dentro de la caja (Box-plot) y el signo (+), respectivamente, superpuestos por indicar el mismo valor señalado en la tabla. Los valores extremos absolutos (outliers), corresponden a 1494.0 mm, el mínimo y 1633.0 mm, el máximo. 2.7.2. Comportamiento de los niveles asociados a los períodos El Niño Para la identificación de los períodos El Niño, se tuvo en cuenta que durante dicho lapso, el nivel del mar de iniciación y finalización estuviera rotulado con el código (-1). Adicionalmente se identificaron sucesiones de tres o más valores (-1), aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valores consecutivos con código diferente a (-1). Del total de 524 meses analizados, 70 meses (13%) caen dentro del intervalo de niveles > {(x -)} = {niveles > (1633.3)}. La serie de valores mensuales con estas características, presenta las siguientes estadísticas básicas (Tabla 5). Estos valores se representan igualmente en la caja superior de la Fig.1G, cuyas características fueron expuestas en el ítem anterior. De acuerdo con el análisis realizado a la serie NMM con categoría (-1) y con la ayuda de las Figs. 1A y 1B, es posible establecer la ocurrencia de los siguientes períodos de niveles altos, característicos en épocas de El Niño: 1 De julio de 1953 a enero de 1954 (7 meses). 2 De mayo de 1957 a diciembre de 1957 (8 meses). 3 De octubre de 1962 a diciembre de 1963 (15 meses). 4 De julio de 1965 a enero de 1966 (7 meses) 5 De mayo de 1972 a diciembre de 1972 (8 meses). 6 De mayo de 1976 a noviembre de 1976 (7 meses). 7 De junio de 1982 a julio de 1983 (14 meses). 8 De octubre de 1986 a diciembre de 1987 (15 meses). Como referencia, a continuación se identifican los períodos El Niño tomados con base en los datos de la serie LSQI 1539. 0 LIQS 1595. 0 RIQ 56. 0 C.V 2. 28 C.S - 0. 058 C.K - 0. 978 IOS (componente atmosférica del ENSO), durante el mismo lapso: 1 De febrero de 1953 a septiembre de 1953 (8 meses). 2 De mayo de 1957 a enero de 1958 (9 meses). 3 De abril de 1965 a marzo de 1966 (12 meses). 4 De enero de 1969 a octubre de 1969 (10 meses) 5 De mayo de 1972 a febrero de 1973 (10 meses). 6 De julio de 1976 a abril de 1978 (22 meses). 7 De junio de 1982 a abril de 1983 (11 meses). 8 De noviembre de 1986 a septiembre de 1987 (11 meses) De los ocho (8) eventos El Niño ocurridos durante el período 1952-1990 e identificados con base en las series IOS y NMM, seis (6) coinciden aproximadamente en sus fechas de inicio y terminación (números en negrilla). Sin embargo, la duración de los segundos es ligeramente inferior a la de los primeros. La serie NMM presenta igualmente períodos de niveles máximos no relacionados con El Niño, como se pudo observar para los períodos 1953/54 y 1962/63. Por lo tanto, la serie NMM en Tumaco se considera como una buena indicadora de los eventos El Niño. Esta condición es explicable por cuanto al estar Tumaco ubicada dentro del canal dinámico de las ondas Kelvin ecuatoriales asociadas a ENSO, experimenta aumentos significativos del nivel del mar, del orden de 30 cm, en caso de eventos fuertes y de entre 10 y 15 cm, en eventos moderados. 2.7.3. Comportamiento de los niveles asociados a los períodos La Niña. Para identificar eventos La Niña, se tuvo en cuenta que durante dicho lapso, el nivel del mar de iniciación y finalización estuviera rotulado con el código (1). Adicionalmente se identificaron sucesiones de tres o más valores (1), aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valores consecutivos con código diferente a (1). Del total de 524 meses analizados, 75 meses (14 %) caen dentro del intervalo de niveles < (x -) = {niveles < (1494.0)}. La serie de valores mensuales con estas características, presenta las siguientes estadísticas básicas (Tabla 6). Tabla 5. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Tumaco, durante períodos El Niño M 1672. 2 Md 1662. 0 Mo 1638. 0 36. 64 Mn 1635. 0 Mx 1824. 0 Q.I 1643. 0 Q.S 1683. 0 RIQ 40. 0 C.V 2. 31 C.S 1. 93 C.K 4. 26 60 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N°7, MARZO 2003 Tabla 6. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Tumaco, durante períodos La Niña M 1445. 7 Md 1450. 0 Mo 1410. 0 32. 36 Mn 1343. 0 Mx 1493. 0 Estos valores se representan igualmente en la caja inferior de la Fig.1G, cuyas características fueron expuestas en el ítem correspondiente a valores normales. De acuerdo con el análisis realizado a la serie con categoría (1) y con la ayuda de las Figs. 1A y 1B, es posible establecer la ocurrencia de los siguientes eventos La Niña: 1 De febrero de 1970 a febrero de 1971 (13 meses). 2 De noviembre de 1983 a abril de 1984 (6 meses). 3 De abril de 1965 a marzo de 1966 (12 meses). 4 De enero de 1969 a octubre de 1969 (10 meses) 5 De mayo de 1972 a febrero de 1973 (10 meses). Q.I 1422. 0 1 De junio de 1955 a abril de 1956 (11 meses). 2 De septiembre de 1970 a octubre de 1971 (14 meses). 3 De noviembre de 1973 a septiembre de 1974 (11 meses). 4 De marzo de 1975 a marzo de 1976 (13 meses) 5 De mayo de 1988 a mayo de 1989 (13 meses). Del análisis realizado a los resultados obtenidos por ambos métodos de identificación, es posible advertir, en términos generales, que prácticamente no existe coincidencia en los eventos La Niña identificados por uno u otro método. Por lo tanto, se puede inferir que la serie NMM en Tumaco, no es una buena indicadora de los eventos La Niña. ANÁLISIS DE LAS SERIES DEL NIVEL MEDIO DEL MAR EN BUENAVENTURA. Para el análisis de las series de precipitación con respecto a la variabilidad climática se utilizó la metodología recomendada por la Organización Meteorológica Mundial (Rangel, 1995). Se utilizaron la serie cronológica mensual, correspondiente a los valores medios mensuales obtenidos durante el C.V 2. 24 C.S - 0. 775 C.K 0. 312 Características de la Serie Cronológica Mensual La Tabla 7, muestra las estadísticas básicas de la serie mensual, correspondiente al período 1952-1995. La serie presenta un promedio multianual de 2943.6 mm, con una desviación típica de 90.33 mm y un coeficiente de variación de 3.1%, lo cual indica que hay una gran concentración de los datos dentro de una franja determinada por una desviación estándar alrededor de la media histórica, tal como lo muestran las Figs.2A y 2B. Los valores extremos absolutos oscilan entre 2654.0 mm, el mínimo y 3282.0 mm, el máximo, con una oscilación de 628 mm. El 50% de los datos cae dentro del intervalo comprendido entre el límite superior del cuartil inferior y el límite inferior del cuartil superior [L.S.Q.I= 2890.0, L.I.Q.S= 3001.0]. Su distribución es relativamente simétrica (coeficiente de asimetría -0.099,) y platocúrtica (coeficiente de kurtosis 0.418). 3.2. 3. RIQ 51.0 periodo 1953-1995 (516 meses) y la serie de valores medios anuales para el período 1953-1995 (44 años). Para las series mensual y anual, se calcularon las siguientes estadísticas básicas: Media (M), Mediana (Md), Moda (Mo), Desviación típica (), Mínimo (Mn), Máximo (Mx), Límite Superior del Cuartil-1 o Inferior (L.S.Q.I), Límite Inferior del Cuartil-4 o Superior (L.I.Q.S), Rango Intercuartiles (RIQ), Coeficiente de Variación (C.V), Coeficiente de simetría (C.S) y el Coeficiente de kurtosis (C.K). 3.1. Se aplicó la misma metodología a la serie de valores IOS y se identificaron los siguientes períodos La Niña durante el mismo lapso: Q.S 1473. 0 Características de la Serie Cronológica Anual La Tabla 8, muestra las estadísticas básicas de la serie de valores medios anuales para el período 1953-1995. La serie presenta un promedio multianual 2943.6 mm, con una desviación típica de 50.19 mm y un coeficiente de variación de 1.70%, lo cual indica que hay igualmente una gran concentración de los datos dentro de una franja determinada por una desviación estándar alrededor de la media histórica, tal como lo muestran las Figs. 2L y 2M. Tabla 7 Estadísticas básicas de la serie cronológica mensual, NMM Buenaventura M 2943. 6 Md 2945. 0 Mo 2940. 0 90. 330 Mn 2654. 0 Mx 3282. 0 LSQI 2890. 0 LIQS RIQ 3001. 0 111. 0 C.V 3. 067 C.S - 0. 099 C.K 0. 418 Tabla 8. Estadísticas básicas de la serie cronológica anual, NMM Buenaventura M Md 2943. 6 2943. 7 Mo 2950. 8 50. 193 Mn 2839. 2 Mx LSQI LIQS 3086. 8 2908. 6 2964. 8 RIQ 56. 2 C.V 1. 705 C.S 0. 760 C.K 1. 381 RANGEL & MONTEALEGRE: ANÁLISIS SERIES NIVEL MAR PACÍFICO COLOMBIANO RELACIÓN CAMBIO CLIMA 61 NMM SERIE CRONOLÓGICA 3400 ANOMALÍAS TIPIFICADAS 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 0 100 200 300 400 500 2B 2A 3200 3000 2800 2600 0 100 200 300 400 500 1953 MESES 1995 2C 3200 3000 2600 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112 MESES NMM DIAGRAMA DE CAJA 3400 2D 2G 3200 4 2 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 FRECUENCIA NMM 3400 10-27-98 2800 MESES X 10*5 PERÍODOGRAMA 12 10 N 8M 6M NMM DIAGRAMAS DE CAJA 3400 NÚMERO DE CASOS 400 300 3000 200 2800 100 2600 0 -1 0 1 (-1) NINO (0) NORMAL (1) NINA 2H -1 0 1 (-1) NINO (0) NORMAL (1) NINA TENDENCIA LINEAL 2I 3200 3000 2800 2600 1953 100 300 500600 MESES 1995 Figuras 2A a 2I. Buenaventura. nivel medio del mar. serie cronológica mensual Figura 2J Figura 2K. 62 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N°7, MARZO 2003 Los valores extremos absolutos oscilan entre 2839.2 mm, el mínimo, y 3086.8 mm, el máximo, con una oscilación de 247.6 mm. El 50% de los datos cae dentro del intervalo comprendido entre el límite superior del cuartil inferior y el límite inferior del cuartil superior [LSQI= 2908.6, LIQS= 2964.8]. Su distribución es relativamente simétrica (coeficiente de asimetría 0.760) y platocúrtica (coeficiente de kurtosis 1.38). que el 50% de los datos cae dentro del intervalo comprendido entre el límite superior del cuartil inferior y el límite inferior del cuartil superior. Los valores extremos absolutos, también conocidos con el nombre de “outliers”, corresponden a 2839.2 mm, el mínimo, (año de 1968) y 3086. 8 mm, el máximo, (año de 1983). Los anteriores estadísticos se reflejan muy bien en laFig.2N en la cual, se puede observar que la mediana (Md) y la media (M), simbolizadas con una línea continúa dentro de la caja (Box-plot) y el signo (+), respectivamente, alcanza valores muy similares. Así mismo se aprecia La tabla siguiente y La Fig.2C muestran el comportamiento de la serie de valores medios mensuales del nivel medio del mar, con el transcurso del año. (Tabla 9) 3.3. Variabilidad Intra-Anual ANOMALIAS TIPIFICADAS NMMSERIE CRONOLOGICA 3 2L 3050 3000 2950 2900 2850 2800 DESVIACION TIPICA 3100 DIAGRAMA DE CAJA 2M 2 2N 1 0 -1 -2 -3 0 10 20 30 40 50 1953 1995 ANOS PERIODOGRAMA X 1000 15 T=3.5 ANOS 2O T=1.8 ANOS 13 T=6 ANOS 11 T=0.5 ANOS 0 10 20 30 40 50 1953 1995 ANOS 2800 2900 3000 3100 NMM TENDENCIA LINEAL NMM 3100 2R 3050 3000 9 2950 7 5 2900 3 2850 1 2800 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 FRECUENCIA 0 10 20 30 40 50 60 1953 ANOS 1995 Figuras 2L a 2R. Buenaventura. nivel medio del mar. serie cronológica anual Tabla 9. Valores medios mensuales multianuales del NMM, Buenaventura Ene. 2917. 9 Feb. 2844. 8 Mar. 2832. 1 Abr. 2882. 7 May. 2958. 0 Jun. 2986. 1 Jul. 2975. 2 Ago. 2965. 0 Sep. 2981. 5 Oct. 2996. 8 Nov. 3004. 0 Dic. 2979. 0 RANGEL & MONTEALEGRE: ANÁLISIS SERIES NIVEL MAR PACÍFICO COLOMBIANO RELACIÓN CAMBIO CLIMA 63 Al igual que la serie de Tumaco, ésta también presenta un comportamiento monomodal, es decir, un período de niveles altos (mayo-diciembre, con máximo en noviembre, intercalado con una época de ligero relajamiento en julio-septiembre) y un período de niveles bajos (eneroabril, con mínimo en marzo). Los valores extremos absolutos tienen lugar en los meses de noviembre, el máximo, y marzo, el mínimo. La oscilación anual es de 171.9 mm, equivalente aproximadamente al doble de la desviación típica mensual. 3.4. Variabilidad Interanual. Como se puede apreciar en la Fig.2L, la serie temporal oscila alrededor del valor medio multianual (x), dentro de un rango determinado por los intervalos [ x +] y [ x ], observándose la ocurrencia de años con valores extremos por exceso y por defecto. Estos años son fácilmente identificados al analizar la serie de anomalías tipificadas, Fig.2M, en la cual, los años con incrementos o decrementos significativos superan los intervalos mencionados, respectivamente. Con base en este criterio, los años de 1963, 1965, 1972, 1982, 1983 y 1991, resultan con incrementos significativos (épocas en las que se han presentado fenómenos ENSO), mientras que los años de 1968, 1970, 1973, 1975 y 1985, muestran decrecimientos significativos en el nivel medio del mar. 3.5. Análisis Espectral. El periodograma de la serie cronológica mensual, Fig.2D, muestra picos de mayor energía espectral en el diapasón de bajas frecuencias, equivalentes a 0.5 y 1.0 años (variabilidad estacional). El periodograma de la serie anual, Fig.2O, refleja su variabilidad interanual, presentando máximos de energía espectral en las frecuencias correspondientes a 0.5, 1.8 y 3.5 años. Aquí también se observa que la serie anual presenta un período muy significativo, cercano a 4 años, como el de mayor contribución a la variabilidad de la serie, el cual corresponde, aproximadamente, con los periodos de ocurrencia de los fenómenos ENSO. 3.6. 3.6.1. Análisis de Tendencia Serie cronológica mensual. La Fig.2I, corresponde a tendencia lineal basada en el método de los mínimos cuadrados. Las Figs. 2J y 2K se fundamentan en el método de suavizamiento de Cleveland (Low-pass filter), utilizando tensiones de 0.25 y 0.75, respectivamente. de la década de los 50’s y un posterior decrecimiento generalizado hasta finales de la década de los 70’s. En cuanto se refiere al período 1970-1995, con excepción del decrecimiento mostrado durante los primeros años de la década de los 80’s Fig.2J, en términos generales, ambas figuras coinciden en mostrar una marcada tendencia al crecimiento del nivel medio del mar, aproximadamente a partir de los inicios de la década de los años 70’s, lo cual refleja igualmente el hecho de que los fenómenos ENSO se hayan venido presentando con mayor frecuencia durante los últimos diez años. 3.6.2. Al igual que en el análisis anterior, la Fig.2R corresponde a tendencia lineal y las Figs. 2S y 2T, se fundamentan en el método de suavizamiento de Cleveland, mencionado anteriormente. Al analizar la serie por intervalos decadales, para el periodo 1950-1970, se puede advertir que mientras La Fig.2S muestra una marcada tendencia creciente durante la década de los años 50’s y hasta mediados de los 60’s, y decreciente en la de los años 60’s, La Fig.2T, resultante de un filtrado con tensión del 75%, indica un decrecimiento generalizado durante las dos décadas mencionadas. En cuanto se refiere a las décadas siguientes, las tres figuras coinciden, en términos generales, en mostrar una tendencia al crecimiento, la cual resulta bien marcada, a partir de inicios de la década de los años 70’s- Fig.2S- o desde mediados de la misma- Fig.2T -. Los anteriores resultados concuerdan con los obtenidos para el caso de la serie cronológica mensual. 3.7. Análisis de la Serie con Respecto a Periodos “Normal”,“El Niño” y “La Niña”. Con el fin de analizar el comportamiento del NMM en Buenaventura dentro de los períodos “Normal ”, “ El Niño” y “ La Niña ”, se tomaron como estadísticos de referencia la media (x) y la desviación típica () de la serie cronológica de 516 meses y se establecieron los siguientes subconjuntos: Periodo El Niño: meses durante los cuales el nivel del mar es superior al valor dado por (x +). Periodo Normal: meses en los que el nivel del mar pertenece al rango (x ± ). Período La Niña: meses durante los cuales el nivel del mar es inferior al valor dado por serie se clasificaron dentro de las categorías (-1), (0) ó (1), en su orden. 3.7.1. La Fig.2I, muestra una sostenida tendencia al crecimiento de la serie cronológica mensual. Al analizar la serie por intervalos decadales, para el periodo 1950-1970, se puede observar que mientras La Fig.2J muestra una marcada tendencia creciente desde la década de los años 50’s hasta mediados de la de los 60’s y decreciente desde mediados y hasta el final de los 60’s, La Fig.2K, indica una ligera tendencia creciente durante los primeros años Serie Cronológica Anual. Comportamiento de los niveles asociados a los períodos normales. Para identificar eventos “Normales” se tuvo en cuenta que durante dicho lapso, el nivel del mar de iniciación y finalización estuviera rotulado con el código (0). Adicionalmente se identificaron sucesiones de tres o más valores (0), aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valores consecutivos con código distinto de cero (0). 64 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N°7, MARZO 2003 Del total de 516 meses analizados, 359 (70%), caen dentro del intervalo x ± = [2853.0, 3034.0], tal como se aprecia en las Figs. 2A, 2B y 2H.Durante estos períodos “normales”, las estadísticas básicas toman los siguientes valores (Tabla 10): Estos valores característicos están representados en la caja central de la Fig.2G. En ella se aprecia la mediana (Md) y la media (M), simbolizadas con una línea continua y el signo (+), respectivamente, muy cercanas, dados los valores señalados en la tabla anterior. El 50% de los datos cae dentro del intervalo limitado por los cuartiles inferior y superior y los valores extremos absolutos (outliers), corresponden a 2853.0 mm, el mínimo y 3034.0 mm, el máximo. 3.7.2. Comportamiento de los niveles asociados a los períodos El Niño. Para la identificación de los períodos El Niño, se tuvo en cuenta que durante dicho lapso, el nivel del mar de iniciación y finalización estuviera rotulado con el código (-1). Adicionalmente se identificaron sucesiones de tres o más valores (-1), aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valores consecutivos con código diferente a (-1). Del total de 516 meses analizados, 78 meses (15%) caen dentro del intervalo de niveles x > (x -) = {niveles > 3035.0}. La serie de valores mensuales con estas características, presenta las estadísticas básicas que se muestran en la Tabla 11: Estos valores se representan en la caja superior de laFig.2G, cuyas características fueron expuestas en el numeral anterior. De acuerdo con el análisis realizado a la serie NMM con categoría (-1) y con la ayuda de las Figs. 2A y 2B, es posible establecer la ocurrencia de los siguientes períodos de niveles altos, característicos en épocas El Niño: 1 De junio de 1963 a diciembre de 1963 (7 meses). 2 De junio de 1965 a enero de 1966 (8 meses). 3 De septiembre de 1981 a diciembre de 1981 (4 meses). 4 De mayo de 1982 a noviembre de 1983 (19 meses). 5 De junio de 1987 a octubre de 1987 (5 meses). Figura 2T. BUENAVENTURA. (T=0.75) Figura 2S. BUENAVENTURA. (T=0.25) Tabla 10. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Buenaventura, durante períodos normales M 2946. 8 Md 2945. 0 Mo 2940. 0 47. 257 Mn 2853. 0 Mx 3034. 0 LSQI 2910. 0 LIQS 2987. 0 RIQ 77. 0 C.V 1. 604 C.S C.K - 0. 023 - 1. 000 Tabla 11. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Buenaventura, durante períodos El Niño M 3077. 6 Md 3063. 5 Mo 3050. 0 45. 726 Mn 3035. 0 Mx 3282. 0 LSQI 3050. 0 LIQS 3090. 0 RIQ 40. 0 C.V 1. 486 C.S 2. 405 C.K 6. 801 RANGEL & MONTEALEGRE: ANÁLISIS SERIES NIVEL MAR PACÍFICO COLOMBIANO RELACIÓN CAMBIO CLIMA 65 Como referencia, a continuación se identifican los períodos El Niño tomados con base en los datos de la serie IOS (Componente Atmosférica del ENSO), durante el mismo lapso: 1 De febrero de 1953 a septiembre de 1954 (8 meses). 2 De mayo de 1957 a enero de 1958 (9 meses). 3 De abril de 1965 a marzo de 1966 (12 meses). 4 De enero de 1969 a octubre de 1969 (10 meses). 5 De mayo de 1972 a febrero de 1973 (10 meses). 6 De julio de 1976 a abril de 1978 (22 meses). 7 De junio de 1982 a abril de 1983 (11 meses). 8.De noviembre de 1986 a septiembre de 1987 (11 meses). De los ocho (8) eventos El Niño ocurridos durante el período 1952-1990 e identificado con base en las series IOS y NMM, sólo tres coinciden aproximadamente en sus fechas de inicio y terminación (números en negrilla). Sin embargo, la duración de los primeros difiere considerablemente de la de los segundos. La serie NMM no muestra señales indicadoras de eventos El Niño en cinco períodos que fueron reconocidos como tal por la serie de comparación IOS. Así mismo, la serie NMM registra niveles altos para los años 1963 y 1981, que no corresponden a eventos El Niño. Por lo tanto, se puede afirmar que la serie NMM en Buenaventura, es relativamente un aceptable indicador de los eventos El Niño. 3.7.3. Comportamiento de los niveles asociados a los períodos la niña. Para identificar eventos La Niña, se tuvo en cuenta que durante dicho lapso, el nivel del mar de iniciación y finalización estuviera rotulado con el código (1). Adicionalmente se identificaron sucesiones de tres o más valores (1) aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valores consecutivos con código diferente a (1). Del total de 516 meses analizados, 79 meses (15 %) caen dentro del intervalo de niveles x < (x +) = {niveles < (2852.0)}. La serie de valores mensuales con estas características, presenta las siguientes estadísticas básicas (Tabla 12): Estos valores se representan en la caja inferior de la Fig.2G, cuyas características se expusieron en el ítem correspondiente a valores normales. De acuerdo con el análisis realizado a la serie con categoría (1) y con la ayuda de las Figs. 2A y 2B, es posible establecer la ocurrencia de los siguientes períodos de niveles máximos que pudieran estar relacionados con eventos La Niña: 1 De enero de 1957 a marzo de 1957 (3 meses). 2 De febrero de 1961 a abril de 1961 (4 meses). 3 De enero de 1962 a marzo de 1962 (3 meses). 4 De febrero de 1967 a mayo de 1967 (5 meses) 5 De febrero de 1968 a junio de 1968 (5 meses). 6 De febrero de 1970 a abril de 1970 (3 meses). 7 De febrero de 1972 a abril de 1972 (3 meses). 8 De febrero 1973 a abril de 1973 (3 meses). 9 De febrero de 1975 a abril de 1975 (3 meses). 10 De enero de 1977 a abril de 1977 (4 meses). 11 De febrero de 1980 a abril de 1980 (3 meses). 12 De enero de 1985 a abril de 1985 (4 meses). 13 De febrero de 1988 a abril de 1988 (3 meses). 14 De enero de 1989 a abril de 1989 (4 meses). Se aplicó la misma metodología a la serie de valores del IOS y se identificaron los siguientes períodos La Niña durante el mismo lapso: 1 De junio de 1955 a abril de 1956 (11 meses). 2 De septiembre de 1970 a octubre de 1971 (14 meses). 3 De noviembre de 1973 a septiembre de 1974 (11 meses). 4 De marzo de 1975 a marzo de 1976 (13 meses). 5 De mayo de 1988 a mayo de 1989 (13 meses). Del análisis realizado a los resultados obtenidos por ambos métodos es posible advertir, en términos generales, que prácticamente no existe coincidencia en los eventos La Niña identificados por uno u otro método. La duración de los eventos La Niña, identificados con la serie NMM, es siempre menor o igual a 5 meses. Nueve (9) de los 14 eventos identificados con base en dicha serie, muestran una duración de 3 meses, la mínima requerida en la metodología. Por ende, el nivel medio del mar en Buenaventura, no es un buen indicador de los eventos La Niña. CONCLUSIONES Las series del nivel medio del mar en Tumaco y Buenaventura, se consideran como un buen indicador, la primera, y un relativamente aceptable indicador, la segunda de los eventos “El Niño” Las series del nivel medio del mar en Tumaco y Buenaventura, presentan una muy baja resolución durante los episodios “La Niña”. Las series del nivel medio del mar en Tumaco y Buenaventura, presentan una tendencia creciente durante los últimos tres decenios, hecho que podría servir de alerta temprana en relación con posibles manifestaciones del cambio global en Colombia. El incremento estimado en el nivel medio del mar es del orden de 3-5 centímetros en los últimos 25 años, lo que arroja una tasa de crecimiento de 1.2 – 2.0 milímetros por año. Tabla 12. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Buenaventura, durante períodos La Niña M Md Mo Mn Mx LSQI LIQS RIQ 2796. 7 2805. 0 2850. 0 41. 264 2654. 0 2850. 0 2775. 0 2830. 0 55. 0 C.V 1. 475 C.S -1. 002 C.K 1. 042 66 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N°7, MARZO 2003 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. IDEAM. 1996. Pronóstico de pleamares y bajamares en la costa Pacífica colombiana. Bogotá: Ideam. IPCC. 1986: Informe de expertos sobre evaluación de impactos del IPCC. Rangel, E. 1995. Metodología para el Análisis de las Series de Precipitación con respecto a la Variabilidad Climática. Nota Técnica Ideam-Meteo/004-95. Santa Fe de Bogotá, D.C. Fecha de recepción: 18 de noviembre de 2002 Fecha de aceptación: 17 d e enero de 2003