¿Influye el calentamiento global en la disminución de las nevadas en los Andes Áridos?

Arnobio Germán Poblete^* - Juan Leonidas Minetti^**

^* Docente-Investigador. Instituto de Geografía Aplicada. Universidad Nacional de San Juan. agpoblete@gmail.com
^** Investigador. Universidad Nacional de Tucumán- CONICET. minettil@arnet.com

Resumen
Cuyo y Chile central soportan una grave crisis hídrica generada por una de las sequías más prolongadas en los Andes Áridos. Se postula que, como consecuencia del Calentamiento Global (CG), se generaría una aceleración de la celda de Hadley, la que repercutiría en un incremento de la subsidencia en las regiones subtropicales que podría producir una presurización y desplazamiento de los anticiclones por ganancia de masa.
El derrame de los ríos cuyanos y Chile Central depende del paso de sistemas frontales, vaguadas, bajas segregadas y el forzamiento orográfico de la cordillera, que están condicionados por los siguientes factores: las temperaturas superficiales del mar (SST) en el área Niño 3+4, la actividad del Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur (ASPSO) y Oscilación Decadal Pacífica (PDO), entre otros.
Se utilizó el Análisis de Correlación, Break Regression y el Reanalysis I del NCEP/NCAR. Se comprueba que la sequía que se registra en los Andes Áridos podría estar inducida por el CG a través de la aceleración de la celda de Hadley, puesto que la subsidencia aumentada en el ASPSO lo potencia bloqueando y/o desviando los mecanismos precipitantes que se desplazan desde regiones sub-polares a latitudes más bajas.

Palabras clave: Calentamiento Global; Andes Áridos; Celda de Hadley; Sequía Nival.

Does Global Warming influence declining snowfalls in the Arid Andes?

Abstract
Central Chile and Cuyo bear a severe water crisis caused by one of the longest droughts in the Arid Andes. It is postulated that, as a consequence of Global Warming (GC), an acceleration of the Hadley cell would be generated, which would bring about an increase in the subsidence in the subtropical regions and it could produce pressurization and displacement of the anticyclones by mass gain.
The overflow of Cuyuan and central Chile depends on the passage of frontal systems, troughs, segregated lows and the orographic forcing of the mountain range, which are conditioned by the following factors: sea surface temperatures (SST) in the Niño 3+ area 4, the activity of the South Pacific Subtropical Anti-cyclone (ASPSO) and Pacific Decadal Oscillation (PDO), among others.
We used the Correlation Analysis, Break Regression and the Reanalysis I of the NCEP / NCAR. It is verified that the drought registered in the Arid Andes could be induced by the GC through the acceleration of the Hadley cell, since the increased subsidence in the ASPSO potentiates it blocking and/or diverting the precipitating mechanisms moving from sub-polar regions to lower latitudes.

Key words: Global Warming; Arid Andes; Hadley Cell; Nival Drought.

Introducción

Se postula que como consecuencia del Calentamiento Global (CG), se generaría una modificación en la actividad de la celda de Hadley, la que se aceleraría/intensificaría por ser directa, proceso que repercutiría en un incremento de la convección de los Alisios en el Ecuador y una subsidencia más intensa en las regiones subtropicales (Fig. 1) que podría producir, por ganancia de masa, una presurización, una expansión y, además, un calentamiento/secamiento de los anticiclones, que inducirían su posible desplazamiento (Fig. 1) (Diaz & Bradley, 2004; Hu & Fu, 2007; Lu, Vecchi & Reichler, 2007; Minetti et al. 2009).

Figura 1. Esquematización de la relación entre la aceleración de la celda de Hadley y la presurización/expansión del Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur (ASPSO). Fuente: elaborado por Poblete y Minetti.

El régimen de precipitación en los Andes Áridos depende principalmente del paso de sistemas frontales, depresiones en superficie, vaguadas y bajas segregadas, entre otros, a lo que se suma el forzamiento orográfico que impone la cordillera (Viale, 2010). La actividad frontal está conducida por factores de larga escala (Poblete et al., 2013), entre los que se destacan las temperaturas superficiales del mar (SST) en el área Niño 3+4 (SSTN3+4), la actividad del Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur Oriental (ASPSO), la Oscilación Decadal Pacífica (PDO), entre otros (Fig. 2). De ellos en este trabajo se abordará la intensificación (PSGO) y posible desplazamiento latitudinal del ASPSO al que se le llamará LSAP, puesto que su corrimiento estaría ligado a la citada aceleración de la celda y por ende al CG.

Figura 2. Ubicación del área de estudio y de los diagnosticadores analizados en este trabajo. Fuente: elaborado por Poblete y Minetti.

Investigadores e instituciones han intentado construir un índice que cuantifique el posicionamiento latitudinal del ASPSO, tales como NCEP (National Center for Environmental Prediction), NCAR (National Center for Atmospheric Research), (Kalnay et al., 1996), (Kistler et al., 2001), National Climate Centre (NCC) del Australian Bureau of Meteorology que utilizaron diversos métodos que no han generado series homogéneas a los efectos de la comparación dentro de los subperíodos analizados como Kidson (1925), entre 1890-1923; Das (1956), entre 1909-1953; Pittock (1971; 1973; 1980) y Smagorinsky (1963). Otros los asociaron con su impacto en las precipitaciones regionales (Pittock, 1980; Minetti & Vargas, 1998; Rusticucci & Penalba, 2000; Minetti et al., 2004). En el área de estudio los intentos por utilizar el índice para explicar la variabilidad interanual del clima fueron realizados por Pittock (1980), Minetti et al. (1982), Radicella et al. (1989), Minetti & Vargas (1990). En la mayoría de los casos, los períodos analizados para discernir sobre los impactos de las posiciones del ASPSO con otras variables climáticas han incluido pocas décadas y, sin embargo, se han obtenido conclusiones inherentes al CG.

En otro trabajo, los autores Poblete et al. (2013) demostraron que el ASPSO y su posición latitudinal (LSAP) tienen un efecto negativo sobre la caída de nieve en los Andes Áridos. Por esta razón y debido a la continuidad hasta 2014 de la sequía en Cuyo que se agravó desde el 2009 con epicentro en 2010, es relevante investigar sobre la relación entre el ASPSO, LSAP con la aceleración de la celda de Hadley, estimada con la temperatura global (TG) y su repercusión en las nevadas.

Datos y métodos

La figura 3 muestra la posición media del ASPSO en los meses de enero y julio. Por la inexistencia de datos de nieve y precipitación suficientes sobre los Andes Áridos, se utilizan los derrames anuales del río San Juan (DJUA) como índice hidroclimático para estimarlos (Figs. 4 y 5).

Figura 3. Posición media del Anticiclón Subtropical Pacífico Sur (ASPSO) en enero (a) y en julio (b). Fuente: Longley, 1973.

Figura 4. Temporadas nivales de los años 2005 a 2014 medidas en la estación Horcones en el norte de la cuenca del río Mendoza, cercana a la del San Juan. Donde EAN es el equivalente en mm de agua de la nieve caída. Fuente: DGI de Mendoza.

Figura 5. Derrames anuales del río San Juan 2005 a 2014. Nótese la coincidencia entre el monto de los derrames y las temporadas nivales mostradas en la figura 4. Fuente: elaborado por Poblete y Minetti.

Esto surge de acuerdo con los estudios realizados por Minetti (1985) y Poblete et al. (2014) en los que se demostró, objetivamente con herramientas estadísticas multivariantes, que dicho río representa el derrame medio de los rís cuyanos y chilenos que se alimentan del agua de deshielo proveniente de la región en estudio. Los datos de la temperatura global (TG) fueron descargados del Instituto Goddard (NASA).

La metodología básica empleada fue la siguiente.

• Índice de Pearson

(1)

Donde n= número de datos, x_i es el dato en la posición i, con medias de las dos series, S_x, S_y desviaciones estándar de las variables x e y (Draper y Smith, 1976).

• Ajuste polinómico por MCO (mínimos cuadrados ordinarios)

Se obtiene el polinomio de grado n:

(2)

Donde y es la variable dependiente, x la independiente y los a_i son los coeficientes a determinar mediante las siguientes ecuaciones normales:

(3)

• Test de Break Regression (BR)

El procedimiento de las regresiones de ruptura (Break Regression, BR) consiste en calcularlas punto a punto durante un corrimiento sobre toda la serie temporal y en cada uno de ellos aplicar un test de significación de la tendencia. Cuando esta es significativa en un punto dado, se lo considera como un cambio abrupto de la recta de regresión (Mudelsee, 2009).

El modelo de regresión de ruptura se escribe para un tiempo continuo como:

(4)

Donde X_break(T) es el punto de ruptura poblacional de la tendencia X_trend(T).

Como se observa (4) tiene cuatro parámetros libres: x1, t2, x2 y x3. Donde xi son realizaciones de las serie en los tiempos ti, con i=1, 2, 3.

Una formulación alternativa incluiría los siguientes parámetros: t2, x2, β1= (x2 - x1) / (t2 - t1) y β2 = (x3 - x2) / (t3 - t2). Con βi la pendiente de la recta i.

La ruptura (break) describe un cambio en la tendencia lineal en un punto (t2, x2), a partir de las pendientes β1 a β2 correspondientes a las rectas anteriores y posteriores al quiebre. Asumiendo que la desviación estándar S (i) mide la variabilidad, el modelo de quiebre se ajusta mediante la minimización de la siguiente suma de mínimos cuadrados ponderada:

(5)

Donde x_break (i) es la versión muestral en tiempo discreto de X_break (T) poblacional (Ecuación 5).

Debido a que se supone que la ruptura o quiebre es una descripción adecuada sobre toda la longitud de registros en el intervalo limitado por t1 y t3, solo un punto de la serie temporal a saber: t2 = t (i2), con i2 un número entero entre 1 y n es considerado como candidato para el corte (t2).

Para el análisis espacial se utilizó el Reanalysis del NCEP y NCAR de la NOAA (National Oceanic & Atmospheric Administration) de los Estados Unidos.

• Estimación del LSAP

La estimación mensual del LSAP en grados geográficos se elabora mediante un ajuste de un polinomio de tercer grado (ecuación 2) al conjunto de datos mensuales de presión atmosférica reducida al nivel medio del mar. Esto se realiza sobre aquellas estaciones meteorológicas ubicadas a lo largo de la costa lindera con el océano Pacífico Sur y en caso de escasez de información en el interior del continente. Su formulación sigue los siguientes pasos:

a) Se estima por derivación la tangente de (6) igualada a cero, a los efectos de obtener la posición del máximo de presión. En caso de algún resultado no satisfactorio, se aplica un polinomio de quinto grado para realizar el ajuste. El objetivo del modelado con dichos polinomios es el de suavizar las irregularidades que presentan los datos, por efectos naturales y/o artificiales (Minetti et al., 2009).

b) Se formula el siguiente algoritmo:

(6)

donde:

P = presión media mensual al nivel del mar de un mes y año determinado.

a, b, c, d = coeficientes del polinomio.

L = latitud en grados Sur.

E = error de estimación.

La serie del LSAP que se analiza corresponde al lapso 1909-2012, consistida y homogeneizada en el periodo abril-septiembre. Fue construida, como se describe en Minetti et al. (2009), siguiendo la línea de los autores internacionales citados en la introducción. Como se dijo, el LSAP fue consistido en forma física con el SOI (Southern Oscillation Index), la precipitación en Chile-Argentina y un índice de sequía del conjunto de ríos de este último país, para el periodo 1909-2004 (Minetti et al., 2009).

Para valuar la intensidad del ASPSO se utiliza la presión atmosférica a nivel del mar de la estación Quinta Normal de Santiago de Chile, a la cual se la simboliza como PSGO con el aditamento de la sigla AS cuando se trata del periodo abril-septiembre. Este índice está suficientemente justificado en el trabajo (Poblete et al., 2015). En el mismo se verifica la significativa isocorrelación espacial en el periodo nival (abril-septiembre) entre PSGO y la Presión Media a Nivel del Mar (MSLP) en el área que ocupa el anticiclón del Pacífico Sur, revelando una alta asociación (r > 0,70) entre los 10° y 25° de latitud Sur y los 85° y 110° de longitud Oeste inserta en una superficie mayor que se inicia a los 5° de latitud Norte penetrando mar adentro desde la costa, de forma convexa, en dirección este-oeste incluyendo en su parte sur a Santiago, ambas contenidas en áreas más extensas, que abarcan gran parte del océano Pacífico Sur, con correlaciones r> 0,50 y r > 0,40 respectivamente.

La Dirección Meteorológica de Chile ha elaborado un índice llamado IPPS (Índice de Presión del Pacífico Sur), considerando como tal al primer componente principal de la presión en superficie de la media anual de ocho estaciones ubicadas dentro del dominio del anticiclón (Quintana y Aceituno, 2011) teniendo ambos una correlación significativa.

Resultados y discusión

Como se dijo, para estudiar la relación entre la actividad de la celda de Hadley y la caída de nieve en los Andes Áridos, se decide analizar el comportamiento del anticiclón del Pacífico Sur, tanto en su intensidad como en su posible desplazamiento hacia altas latitudes, puesto que los autores han demostrado la incidencia negativa del ASPSO y el LSAP sobre la precipitación invernal (abril-septiembre) en dicha región (Poblete et al., 2013).

Debido a que no se cuenta con un índice que cuantifique la actividad de dicha celda, se utilizan los datos de la temperatura global del periodo abril-septiembre (TGLOB-AB-SE), asumiendo como hipótesis que esta acelera/intensifica la actividad de aquella. La figura 6 muestra la incidencia negativa (r= -0,28) del corrimiento latitudinal del anticiclón Pacífico (LSAP) sobre las precipitaciones níveas representadas, como se dijo, por el derrame anual del río San Juan (DJUA) durante el periodo 1909-2012, como así también la asociación directa (r= 0,36) con la intensidad del ASPSO, lo que resulta coherente puesto que a un aumento de masa correspondería una posible expansión latitudinal. La correlación directa (r= 0,32) con la temperatura global reafirmaría la hipótesis planteada sobre la incidencia de la actividad de la celda de Hadley en el corrimiento del anticiclón Pacífico Sur hacia el sur de acuerdo a lo postulado sobre que el CG acelera aquella.

Figura 6. Correlación (Ec.1) del corrimiento latitudinal (LSAP) con el derrame anual del río San Juan (DJUA), la intensidad del ASPSO y la temperatura global en el periodo abril-septiembre (TGLOB-AB-SE), 1909-2012. Todos con correlaciones significativas al 5 %. Fuente: elaborado por Poblete y Minetti.

Para precisar las asociaciones encontradas, se correlaciona la TGLOB-AB-SE, con la presurización y desplazamiento del ASPSO en todo el periodo 1909-2012. En la figura 7 se aprecia que está más conectada (r= 0,32) con el LSAP que con la intensidad del ASPSO (r= 0,27). De esto, se infiere que el aumento de la actividad de la celda incidiría más en el desplazamiento que en el fortalecimiento del anticiclón del Pacífico Sur, en dicho lapso. En la misma figura se observa que no hay una correlación significativa entre el calentamiento global y las precipitaciones níveas de los Andes Áridos, de lo que se deduciría que la incidencia del mismo es indirecta a través de la aceleración de la celda de Hadley, que potencia y desplaza al ASPSO hacia el sur.

Figura 7. Correlación (Ec.1) entre la TG-AS con el derrame anual del río San Juan (DJUA), la intensidad del ASPSO y LSAP, en el periodo 1909-2012. En rayado correlaciones significativas al 5 %. Fuente: elaborado por Poblete y Minetti.

Se valúa la incidencia del ASPSO sobre las nevadas a partir de lo encontrado por Poblete et al. (2014) cuando identifican los ritmos de crecimiento de la temperatura global (TG) que se muestran en la figura 8, con el objeto de determinar el comportamiento del ASPSO en estos ritmos de crecimiento. Se observa que hasta 1944 su ritmo de crecimiento no fue muy marcado; entre 1945 y 1976 tuvo una "pausa" debido a que se mantuvo casi estacionaria; sin embargo, desde 1977 hasta la actualidad su crecimiento se acelera significativamente. En la figura 9 se aprecia que tanto la presurización (PSGO, r= -0,55) como el desplazamiento

Figura 8. Puntos de ruptura detectados con el procedimiento Break-Regression (Ec. 4) en la marcha interanual de la temperatura global.
Fuente: elaborado por Poblete y Minetti.

Figura 9. Correlación entre el comportamiento del ASPSO en su intensidad (relleno punteado y todos significativos) y desplazamiento (relleno rayado, en negro único significativo) en los tres periodos mostrados en la figura 8.
Fuente: elaborado por Poblete y Minetti.

(LSAP, r=-0,36) se ven afectados por dichos ritmos de crecimiento de la TG, potenciándose sus correlaciones inversas a partir de 1977, cuando esta se acelera. Lo descripto confirma la incidencia de la celda de Hadley estimada con la TG sobre la intensificación y desplazamiento del anticiclón del Pacífico Sur.

Análisis espacial

La distribución espacial de la intensificación/expansión o no del ASPSO desde 1948 (año inicial del Reanalysis) hasta 2012 se visualiza en las figuras 10 y 11, donde se verifica que el anticiclón tuvo un crecimiento periférico que pudo provocar su desplazamiento (LSAP), dado que en 1948 existía un mayor gradiente y concentración. Si se toma como referencia la isobara de 1.020 mb en 1948, se observa que la misma delimita una expansión de la presión entre los 21° a 37° latitud Sur y los 74° a 112° longitud Oeste, aproximadamente, mientras que en 2012 se expande hacia un área delimitada aproximadamente entre los 20° y 38° latitud Sur y los 73° a 150° longitud Oeste, de lo que se deduce que tuvo una notable predominancia longitudinal y un menor gradiente. Esto se confirma a través de la sustracción de la presión entre ambos años, lo que se muestra en la figura 12 en la que se observa una marcada diferencia a favor del primero, incluyendo esta vez al continente, la Puna, Comahue y la región de los Lagos de Chile, lo cual ratificaría el desplazamiento e intensificación del ASPSO.

Figura 10. Distribución espacial media de la presión atmosférica a nivel del mar en el periodo abril-setiembre del año 1948. Fuente: elaborado por Poblete y Minetti con Reanalysis

Figura 11. Distribución espacial media de la presión atmosférica a nivel del mar en el periodo abril-setiembre del año 2012. Fuente: elaborado por Poblete y Minetti con Reanalysis

Figura 12. Diferencia de la presión media a nivel del mar entre los años 2012 y 1948. Fuente: elaborado por Poblete y Minetti con Reanalysis

Para confirmar lo recién descripto, se asocia la temperatura global con la presión atmosférica a nivel del mar en el periodo 1948-2011. En la figura 13 se observa que hay una correlación directa significativa entre ambos años en las costas de Chile, centro del océano Pacífico, los Andes Áridos y un lóbulo en las latitudes donde operan los vientos del Oeste, lo que implica que un incremento del CG induciría un corrimiento e intensificación del ASPSO en dichas áreas, salvo en un pequeño sector marino lindante al desierto de Atacama.

Figura 13. Isocorrelaciones entre la temperatura global con la presión atmosférica a nivel del mar. Fuente: elaborado por Poblete y Minetti con Reanalysis

Conclusiones

Se cuantificó la incidencia negativa del desplazamiento latitudinal y la intensidad del anticiclón subtropical del Pacífico Sur sobre las precipitaciones níveas en los Andes Áridos y se demostró que ambos están ligados a los ritmos de crecimiento de la temperatura global y, por lo tanto, a la actividad de la celda de Hadley, estando más asociada con el corrimiento que con la presurización del anticiclón del Pacífico Sur. Esto se verificó estadísticamente por la coincidencia de los ritmos de crecimiento del calentamiento terrestre, en especial cuando se aceleró desde 1977, tanto con la presurización como con el desplazamiento, aumentando sus incidencias negativas sobre las nevadas debido a que se hicieron más significativas sus correlaciones inversas a partir de ese año.

El Reanalysis permitió confirmar la observación anterior, puesto que desde el año 1948 hasta 2012 el anticiclón tuvo una expansión hacia el sur con una marcada predominancia longitudinal y un menor gradiente. La sustracción areal de la presión entre los años 2012 y 1948 muestra la notable diferencia positiva a favor del primero, que ratificaría lo estimado estadísticamente sobre el desplazamiento e intensificación del anticiclón del Pacífico Sur.

Además, se evidenció una asociación espacial significativa entre la temperatura global y la presión atmosférica a nivel del mar en el periodo 1948-2011, ratificando que un incremento de aquella induciría un corrimiento e intensificación de dicho anticiclón, especialmente en las costas de Chile, centro del océano Pacífico, Andes Áridos y un lóbulo en las latitudes donde operan los vientos del Oeste.

Por lo expuesto, se concluye que, el calentamiento global influye de manera indirecta en la disminución de las nevadas que alimentan las cuencas de los ríos cuyanos y chilenos activando la celda de Hadley que, a su vez, desplazaría y potenciaría el anticiclón del Pacífico Sur inhibiendo, de esta manera, los mecanismos y agentes que inducen la precipitación de aquellas.

Agradecimientos

Se agradece a las siguientes instituciones y proyectos por sus aportes económicos para el desarrollo de este trabajo: Universidad Nacional de San Juan y ANCYT, PICTO- UNSJ-2009-0150-BID, UNSJ, Proyecto: "Análisis climatológico-dinámico de la crisis hídrica de los últimos años en Cuyo y Chile central en el contexto del Cambio Climático Global". Cod. F994, RES: 018/14-CS-UNSJ. Laboratorio Climatológico Sudamericano, Secretaría de Energía por los datos proporcionados para esta investigación. NCEP/ENCAR y la NOAA por los datos del Reanalysis y su tratamiento.

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Fecha de recepción: 1 de septiembre de 2015
Fecha de aceptación: 6 de mayo de 2016

© 2017 por los autores; licencia otorgada a la Revista Universitaria de Geografía. Este artículo es de acceso abierto y distribuido bajo los términos y condiciones de una licencia Atribución-NoComercial 2.5 Argentina de Creative Commons. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.5/ar/deed.es_AR