ANÁLISIS DE LAS SERIES DEL NIVEL DEL MAR EN … · de alerta temprana en relación con posibles...

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 Co-lombiano, 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 Co-lombia. 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 segun-da, del Ciclo en mención, aunque de muy baja resolución durante los episodios La Niña, en am-bos 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 in-cremento 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 resulta-dos 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, in-tra-annual and inter-annual variability of the MSL are studied in the Colombian Pacific, in connec-tion 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, al-though 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 begin-nings of the decade of the seventies, which could be related to the higger frecuency of warm epi-sodes. 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, Clima-

tic Chance, Global Change.

54 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N°7, MARZO 2003

1. INTRODUCCIÓN

1.1. 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 contami-nación, el calentamiento de la atmósfera terrestre a cau-sa 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 ma-nifestaciones físicas de tales cambios, como los aumen-tos 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 relacio-nadas con la luna y el sol, pero fue solamente hasta la época de Newton en que se dio una explicación razona-ble del fenómeno mediante la ley de la Gravitación Uni-versal. 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 con-secuencia 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 descenden-tes (bajamares) diarios del mar, por otra, la doble pulsión que trae y lleva la marea ascendente y el hecho fascinan-te de observar que mientras en algunas partes se produ-ce una sola pleamar cada 24 horas, la pleamar y la baja-mar se registran todos los días a la misma hora, aparen-tando 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 algu-nos 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 altu-ra 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 mun-do son vulnerables, salvo los casi 30 que carecen de costas. Más de 50 millones de personas se verán despla-zadas 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 impor-tancia para las actividades de planeación, toma de deci-siones 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, Rio-hacha, 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 men-suales 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 respec-to 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).

Se utilizó la serie cronológica mensual, correspondiente a los valores medios mensuales obtenidos durante el pe-riodo 1952-1995 (524 meses) y la serie de valores me-dios anuales para el período 1953-1995 (44 años). Para las series mensual y anual, se calcularon las si-guientes 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), Co-eficiente de simetría (C.S) y el Coeficiente de kurtosis (C.K).

2.1. Características de la Serie Cronológica Mensual

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 determi-nada por una desviación estándar alrededor de la media histórica, tal como lo muestran las Figs. 1A y 1B. 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 (coefi-ciente de asimetría -0.104,) y platocúrtica (coeficiente de kurtosis 0.657), lo que significa que existe un gran núme-ro de observaciones entre la media y los valores extre-mos.

2.2. Características de la Serie Cronológica Anual

La siguiente Tabla 2, muestra las estadísticas básicas de la serie de valores medios anuales para el período 1953-1995.

La serie de valores medios anuales presenta un prome-dio 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 des-viación estándar alrededor de la media histórica, tal como lo muestran las Figs.1L y 1M.

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 interva-lo 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. Los anteriores estadísticos se reflejan muy bien en la-Fig.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 (+), respectivamen-te, 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).

2.3. Variabilidad Intra-Anual 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. 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 nive-les 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.

Tabla 1. Estadísticas básicas de la serie cronológica mensual, NMM Tumaco

M Md Mo Mn Mx LSQI LIQS RIQ C.V C.S C.K

1563. 7 1565. 5 1613. 0 69. 643 1343. 0 1824. 0 1524. 5 1608. 0 83. 5 4. 45 - 0. 104 0. 657

Tabla 2. Estadísticas básicas de la serie cronológica anual, NMM Tumaco


1565. 1 1560. 8 1550. 3 36. 91 1471. 7 1646. 8 1541. 4 1583. 0 41. 6 2. 36 0. 315 0. 367

Tabla 3. Valores medios mensuales multianuales del NMM, Tumaco

Ene Feb. Mar Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic.

1551. 7 1495. 6 1486. 7 1531. 3 1591. 0 1611. 1 1593. 7 1572. 1 1566. 6 1592. 3 1595. 3 1579. 0


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 MESES

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900 DIAGRAMA DE CAJA

1C

NMM

-2 -1 0 1 2

NINO (-1) NORMAL (0) NINA (1)

0

100

200

300

400

NÚMERO DE CASOS

1H

0 120

1A

240 300 420 540 MESES

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

NMM SERIE TEMPORAL

1952 1995 0 120 240 360 540 MESES

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

DE

SV

IAC

IÓN

TÍP

ICA

ANOMALIAS TIPIFICADAS

1952

1B

1995

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 FRECUENCIA

0

1

2

3

4 X 10000

PERÍODOGRAMA

1 ANO

6.5 ANOS

3.6 ANOS

1D

-1 0 1

NINO (-1) NORMAL (0) NINA (1)

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

DIAGRAMA DE CAJA

1G

NMM

0 120 240 360 480 MESES

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900 NMM

TENDENCIA LINEAL

1952 1995

1I

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 extre-mos 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 decremen-tos significativos superan los citados intervalos, respecti-vamente. 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 significati-vos 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 (va-riabilidad estacional) y algo menos significativos en la frecuencia correspondiente a 3.7 años (variabilidad inter-anual). 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 men-sual 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-


damente, con los períodos de ocurrencia de los fenóme-nos ENSO, hecho ampliamente conocido.

2.6. Análisis de Tendencia

2.6.1. Serie cronológica mensual

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 Cleve-land (Low-pass filter), utilizando tensiones de 0.25 y 0.75, respectivamente.

Figura 1J

Figura 1K

Figuras 1L a 1O. Tumaco. nivel medio del mar. serie cronológica anual


La Fig.1I, apenas insinúa una leve tendencia lineal cre-ciente de la serie cronológica mensual, a partir de la segunda mitad de la misma. Al analizar la serie por inter-valos 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 ten-dencia al crecimiento del nivel medio del mar, aproxima-damente 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 fenóme-nos ENSO se hayan venido presentando con mayor fre-cuencia 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 Cleve-land, 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 decrecimien-to 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 cro-nológica 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

venido presentando con mayor frecuencia en los últimos diez años.

2.7. Análisis de la Serie con Respecto a Perio-dos “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 subcon-juntos: 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 condicio-nes 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). Adicio-nalmente se identificaron sucesiones de tres o más valo-res (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 estadísti-cas básicas de la serie correspondiente toman los si-guientes valores (Tabla 4).

Figura 1S. NMM. TUMACO (T=0.25) Figura 1T. NMM.TUMACO (T=0.75)


Tabla 4. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Tumaco, durante períodos normales


1567. 0 1567. 0 1613. 0 35. 77 1494. 0 1633. 0 1539. 0 1595. 0 56. 0 2. 28 - 0. 058 - 0. 978

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 (+), respectivamen-te, superpuestos por indicar el mismo valor señalado en la tabla. Los valores extremos absolutos (outliers), co-rresponden 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 inicia-ción y finalización estuviera rotulado con el código (-1). Adicionalmente se identificaron sucesiones de tres o más valores (-1), aceptando interrupciones de hasta un máxi-mo 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 ca-racterísticas, presenta las siguientes estadísticas básicas (Tabla 5). Estos valores se representan igualmente en la caja supe-rior 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 perío-dos 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 perío-dos 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 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 me-ses) 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 condi-ción es explicable por cuanto al estar Tumaco ubicada dentro del canal dinámico de las ondas Kelvin ecuatoria-les asociadas a ENSO, experimenta aumentos significati-vos del nivel del mar, del orden de 30 cm, en caso de eventos fuertes y de entre 10 y 15 cm, en eventos mode-rados.

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 finali-zación estuviera rotulado con el código (1). Adicionalmen-te se identificaron sucesiones de tres o más valores (1), aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valo-res 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 ca-racterísticas, presenta las siguientes estadísticas básicas (Tabla 6).

Tabla 5. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Tumaco, durante períodos El Niño

M Md Mo Mn Mx Q.I Q.S RIQ C.V C.S C.K

1672. 2 1662. 0 1638. 0 36. 64 1635. 0 1824. 0 1643. 0 1683. 0 40. 0 2. 31 1. 93 4. 26


Tabla 6. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Tumaco, durante períodos La Niña

M Md Mo Mn Mx Q.I Q.S RIQ C.V C.S C.K

1445. 7 1450. 0 1410. 0 32. 36 1343. 0 1493. 0 1422. 0 1473. 0 51.0 2. 24 - 0. 775 0. 312

Estos valores se representan igualmente en la caja infe-rior 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 cate-goría (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). Se aplicó la misma metodología a la serie de valores 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 me-ses). 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 am-bos métodos de identificación, es posible advertir, en términos generales, que prácticamente no existe coinci-dencia 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.

3. ANÁLISIS DE LAS SERIES DEL NIVEL MEDIO DEL MAR EN BUENAVENTURA.

Para el análisis de las series de precipitación con respec-to a la variabilidad climática se utilizó la metodología recomendada por la Organización Meteorológica Mundial (Rangel, 1995).

Se utilizaron la serie cronológica mensual, correspondien-te a los valores medios mensuales obtenidos durante el

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 si-guientes 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), Co-eficiente de simetría (C.S) y el Coeficiente de kurtosis (C.K).

3.1. 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 determi-nada 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 simé-trica (coeficiente de asimetría -0.099,) y platocúrtica (co-eficiente de kurtosis 0.418).

3.2. 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


2943. 6 2945. 0 2940. 0 90. 330 2654. 0 3282. 0 2890. 0 3001. 0 111. 0 3. 067 - 0. 099 0. 418

Tabla 8. Estadísticas básicas de la serie cronológica anual, NMM Buenaventura


2943. 6 2943. 7 2950. 8 50. 193 2839. 2 3086. 8 2908. 6 2964. 8 56. 2 1. 705 0. 760 1. 381


0 100 200 300 400 500

MESES

2600

2800

3000

3200

3400 NMM SERIE CRONOLÓGICA

1953 1995

2A

0

MESES

100 200 300 400 500 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 ANOMALÍAS TIPIFICADAS

2B

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

MESES

2600

2800

3000

3200

3400 NMM

10-27-98

2C

DIAGRAMAS DE CAJA

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

FRECUENCIA

0

2

4

6

8

10

12

NM

M

X 10*5 PERÍODOGRAMA

2D

-1 0 1 (-1) NINO (0) NORMAL (1) NINA

2600

2800

3000

3200

3400 NMM DIAGRAMA DE CAJA

2G

-1 0 1 (-1) NINO (0) NORMAL (1) NINA

0

100

200

300

400

NÚMERO DE CASOS

2H

100 300 500 600 MESES

2600

2800

3000

3200

3400 NMM TENDENCIA LINEAL

1953 1995

2I

Figuras 2A a 2I. Buenaventura. nivel medio del mar. serie cronológica mensual

Figura 2J

Figura 2K.


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 interva-lo 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 (coefi-ciente de asimetría 0.760) y platocúrtica (coeficiente de kurtosis 1.38). Los anteriores estadísticos se reflejan muy bien en la-Fig.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 (+), respectivamen-te, alcanza valores muy similares. Así mismo se aprecia

que el 50% de los datos cae dentro del intervalo com-prendido 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).

3.3. Variabilidad Intra-Anual La tabla siguiente y La Fig.2C muestran el comportamien-to de la serie de valores medios mensuales del nivel medio del mar, con el transcurso del año. (Tabla 9)

0 10 20 30 40 50

ANOS

2800

2850

2900

2950

3000

3050

3100

NMMSERIE CRONOLOGICA

1953 1995

2L

0 10 20 30 40 50

ANOS

-3

-2

-1

0

1

2

3

DE

SV

IAC

ION

TIP

ICA

ANOMALIAS TIPIFICADAS

2M

1953 19952800 2900 3000 3100

NMM

DIAGRAMA DE CAJA

2N

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

FRECUENCIA

2O

1

3

5

7

9

11

13

15

X 1000PERIODOGRAMA

T=3.5 ANOS

T=1.8 ANOS

T=6 ANOS

T=0.5 ANOS

0 10 20 30 40 50 60

ANOS

2800

2850

2900

2950

3000

3050

3100NMM

TENDENCIA LINEAL

1953 1995

2R

Figuras 2L a 2R. Buenaventura. nivel medio del mar. serie cronológica anual

Tabla 9. Valores medios mensuales multianuales del NMM, Buenaventura

Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic.

2917. 9 2844. 8 2832. 1 2882. 7 2958. 0 2986. 1 2975. 2 2965. 0 2981. 5 2996. 8 3004. 0 2979. 0


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 noviem-bre, intercalado con una época de ligero relajamiento en julio-septiembre) y un período de niveles bajos (enero-abril, con mínimo en marzo). Los valores extremos abso-lutos 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 extre-mos 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 decremen-tos significativos superan los intervalos mencionados, respectivamente. Con base en este criterio, los años de 1963, 1965, 1972, 1982, 1983 y 1991, resultan con in-crementos significativos (épocas en las que se han pre-sentado 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 (va-riabilidad 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. Análisis de Tendencia

3.6.1. 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 Cleve-land (Low-pass filter), utilizando tensiones de 0.25 y 0.75, respectivamente. 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 pue-de observar que mientras La Fig.2J muestra una marca-da 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

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 ten-dencia al crecimiento del nivel medio del mar, aproxima-damente a partir de los inicios de la década de los años 70’s, lo cual refleja igualmente el hecho de que los fenó-menos ENSO se hayan venido presentando con mayor frecuencia durante los últimos diez años.

3.6.2. Serie Cronológica Anual. 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 pe-riodo 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 decrecimien-to 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 Perio-dos “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 cronoló-gica de 516 meses y se establecieron los siguientes sub-conjuntos: 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. 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). Adicio-nalmente se identificaron sucesiones de tres o más valo-res (0), aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valores consecutivos con código distinto de cero (0).


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 (ou-tliers), 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 inicia-ción y finalización estuviera rotulado con el código (-1). Adicionalmente se identificaron sucesiones de tres o más

valores (-1), aceptando interrupciones de hasta un máxi-mo 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 carac-terísticas, presenta las estadísticas básicas que se mues-tran en la Tabla 11: Estos valores se representan en la caja superior de la-Fig.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 perío-dos 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 2S. BUENAVENTURA. (T=0.25)

Figura 2T. BUENAVENTURA. (T=0.75)

Tabla 10. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Buenaventura, durante períodos normales


2946. 8 2945. 0 2940. 0 47. 257 2853. 0 3034. 0 2910. 0 2987. 0 77. 0 1. 604 - 0. 023 - 1. 000

Tabla 11. Estadísticas básicas de la serie mensual del NMM en Buenaventura, durante períodos El Niño


3077. 6 3063. 5 3050. 0 45. 726 3035. 0 3282. 0 3050. 0 3090. 0 40. 0 1. 486 2. 405 6. 801


Como referencia, a continuación se identifican los perío-dos 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 me-ses).

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 considera-blemente de la de los segundos. La serie NMM no mues-tra señales indicadoras de eventos El Niño en cinco per-íodos que fueron reconocidos como tal por la serie de comparación IOS. Así mismo, la serie NMM registra nive-les altos para los años 1963 y 1981, que no correspon-den 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 finali-zación estuviera rotulado con el código (1). Adicionalmen-te se identificaron sucesiones de tres o más valores (1) aceptando interrupciones de hasta un máximo de 3 valo-res 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 ca-racterísticas, 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 cate-goría (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 me-ses). 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 am-bos 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 me-todología. Por ende, el nivel medio del mar en Buenaven-tura, no es un buen indicador de los eventos La Niña.

CONCLUSIONES Las series del nivel medio del mar en Tumaco y Buena-ventura, se consideran como un buen indicador, la prime-ra, y un relativamente aceptable indicador, la segunda de los eventos “El Niño” Las series del nivel medio del mar en Tumaco y Buena-ventura, presentan una muy baja resolución durante los episodios “La Niña”. Las series del nivel medio del mar en Tumaco y Buena-ventura, 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


2796. 7 2805. 0 2850. 0 41. 264 2654. 0 2850. 0 2775. 0 2830. 0 55. 0 1. 475 -1. 002 1. 042


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

ANÁLISIS DE LAS SERIES DEL NIVEL DEL MAR EN … · de alerta temprana en relación con posibles...

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