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Artículos Científicos
Análisis del contraste de la variabilidad interanual de la temperatura entre el verano y el invierno de San Juan en el contexto del Calentamiento Global
Anlysis of the contrast of the interannualvariability of temperature between the summer and winter of San Juan in the context of Global Warming
Arnobio Germán Poblete y María Agustina Albeiro
IGA - Facultad de Filosofía Humanidades y Artes
Universidad Nacional de San Juan
INTRODUCCIÓN:
La población de la Provincia de San Juan tiene la creencia de asociar el comportamiento de la temperatura de sus distintas estaciones climáticas con el Calentamiento Global. En trabajos anteriores, los autores detectaron que la variabilidad interanual (VarInt) de las mismas es disímil, siendo el invierno y el verano las más discordantes entre sí. El objetivo de este artículo es describir y demostrar estadísticamente dicha discordancia para luego contextualizarla en el marco del calentamiento global. La metodología utilizada consistió en la aplicación a las variables analizadas de test estadísticos descriptos en el ítem pertinente, para determinar correlaciones, significación de sus tendencias y detección de cambios abruptos. Para analizar la asociación con la temperatura global (TG) se utilizaron los datos e imágenes de la NASA, y el Reanalyzer. Los resultados obtenidos fueron: que el verano presenta una fuerte tendencia al calentamiento y una relación significativa con la TG; mientras que el invierno tiene una tendencia negativa no significativa estadísticamente, y a su vez, no se encuentra correlacionado con la TG. También se detectó mediante el análisis de cambios abruptos, que las estructuras del crecimiento/decrecimiento de ambas, son discordantes.
INTRODUCTION:
The population of San Juan Province believes that the temperature behavior of its different climatic seasons is associated with Global Warming. In previous works, the authors detected that the interannual variability (VarInt) of these seasons is dissimilar, with winter and summer being the most discordant between them. The objective of this article is to describe and statistically demonstrate this discordance and then contextualize it within the framework of global warming. The methodology used consisted in applying statistical tests described in the relevant item to the analyzed variables in order to determine correlations, significance of their trends and detection of abrupt changes. NASA and Reanalyzer data and images were used to analyze the association with global temperature (GT). The results obtained were: that summer has a strong warming trend and a significant relationship with GT; while winter has a negative trend that is not statistically significant, and in turn, is not correlated with GT. It was also detected through the analysis of abrupt changes, that the structures of growth/decrease of both are discordant.
PALABRAS CLAVES: verano – invierno – discordancia – calentamiento global
KEY WORDS: summer - winter - discordance - global warming
La Revista de Divulgación Científica de ADICUS
METODOLOGÍA
Se utilizaron los datos de registro de temperaturas proporcionados por el Goddard Space Flight Center (NASA) e imágenes de la anomalía de la temperatura global, complementado por el Servicio Meteorológico Nacional, en el período 1931 – 2020. Para el análisis espacial se recurrió a la plataforma Reanalyzer.
Para su procesamiento, se aplicaron:
- Pearson: se correlacionan dos variables y se establecen los niveles de significación del 1% (α=0,01) y 5% (α=0,05), para determinar el nivel de correlación. WMO (1966).
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"Contribuciones Científicas Preuniversitarias y Universitarias" es una revista de divulgación científica propiedad de la Asociación de Docentes, Investigadores y Creadores de la Universidad Nacional de San Juan (ADICUS).
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Figura 1
Ubicación del Área de Estudio
Siendo x e y las variables en análisis, X e Y sus medias, y Sx y Sy sus desviaciones típicas, respectivamente.
- Spearman: empleado para estimar la significación de la tendencia. Spearman (1904).
Figura 2. Variabilidad interanual de la temperatura media en °C del verano (DEF)
en el Valle de Tulum con su tendencia positiva, y su distribución normal. Fuente: Elaboración Propia
Detección de cambios abruptos
Para corroborar el derrotero de las tendencias tan disímiles, se cree conveniente realizar un análisis de cambios abruptos aplicando la metodología de Pettitt, para de esa manera conocer sus estructuras
Donde di es la diferencia entre los rangos de los datos originales de las series previamente ordenadas, y N el número de datos.
- Pettitt: Es una prueba no paramétrica, útil para evaluar la aparición de cambios abruptos en los registros climáticos. Pettitt (1979).
- Calcular el estadístico Uk:
mi = rango de la observación i cuando los valores x1,x2,…,xn están organizados en orden ascendente y k toma valores de 1, 2,..., n.
2. Definir la prueba del punto de cambio estadístico (SCP):
Cuando Uk alcanza el valor máximo de k en una serie, entonces ocurrirá un punto de cambio.
3. Obtener el valor crítico:
n=número de observaciones y α=nivel de significación estadística, que determina el valor crítico.
RESULTADOS
A continuación, se realiza un pormenorizado análisis estadístico de los parámetros obtenidos a partir de los datos registrados por las estaciones meteorológicas ubicadas en el Valle de Tulum, con el objeto de seleccionar los que corresponden al verano (Diciembre – Enero – Febrero) y al invierno (Junio – Julio – Agosto), que se muestran en la tabla 1.
Tabla 1. Estadísticas de las estaciones en análisis. Fuente: Elaboración propia.
Se observa que la temperatura media del verano es de 25,8° C (con una variabilidad de 0,87° C) y la del invierno es 9,06° C (con una variabilidad de 0,95° C). Los valores de la mediana se encuentran muy cercanos en ambos casos, siendo de 25,8° C para la estación estival y 9,1° C para la invernal, de lo que se infiere una distribución normal de los datos, confirmada en las figuras 2 y 3.
Figura 3. Variabilidad interanual de la temperatura media en °C del invierno (JJA)
en el Valle de Tulum con su tendencia nula, y su distribución normal. Fuente: Elaboración Propia
La figura 2 muestra la VarInt del verano en el Valle de Tulum, presentando una tendencia creciente significativa al 1% (rs= 0,51 // ver figura 5), y una distribución normal. Mientras que la del invierno tiene una tendencia prácticamente constante (rs= 0,01 // ver figura 5) y no significativa, también con una distribución normal.
Como se aprecia, hay un gran contraste entre ambas variabilidades, con un evidente incremento en las temperaturas de verano, y sin embargo un invierno que permanece sin tendencias significativas en el período analizado (ver figura 5); el mismo es corroborado objetivamente con un r de Pearson de 0,07 (ver figura 4).
Además, JJA se distingue de las demás estaciones tanto en su asociación (figura 4) como en sus tendencias (figura 5).
Figura 4. Correlación de Pearson entre el verano y el resto de las estaciones. Fuente: Elaboración Propia
Figura 5. Significación estadística según Spearman de las tendencias estacionales para San Juan. Fuente: Elaboración Propia
Figura 6. Cambios abruptos en la temperatura media del verano (DEF) en el período 1931 – 2020. Fuente: Elaboración Propia
Figura 7. Cambios abruptos en la temperatura media del invierno (JJA) en el período 1931 – 2019. Fuente: Elaboración Propia
La figura 6 muestra los cambios abruptos detectados en la temperatura media del verano en los siguientes períodos: de 1931 a 1960 fue de 25,4° C, de 1961 a 1990 creció a 25,8° C, y entre 1991 – 2020 culmina con otro incremento que lleva a la media a 26,3° C. De este modo se verifica que la tendencia al calentamiento del verano fue escalonada.
El invierno (figura 7) presenta un descenso en el período 1966 – 1990, con una media de 8,5°C, respecto de los 9,3°C en los intervalos 1931 – 1965 y 1991 – 2019. Este último cambio abrupto es simultáneo con el que presenta el verano (1991), mostrándose hasta el momento como el único “salto” coincidente entre las estaciones analizadas.
De esta manera, se demuestra que las estructuras del crecimiento/decrecimiento de ambas estaciones también son contrastantes.
Figura 8. Diferencia de las anomalías de temperaturas medias (°C) en DEF entre los años 2018 y 1950. Fuente: Reanalyzer (Climate Reanalyzer -
https://ClimateReanalyzer.org).
Figura 9. Diferencia de las anomalías de temperaturas medias (°C) en JJA entre los años 2018 y 1950. Fuente: Reanalyzer (Climate Reanalyzer -
https://ClimateReanalyzer.org).
Figura 10. Tendencia de las anomalías en la temperatura globa
en los meses del verano, desde el año 1931 al 2020. Fuente: Goddard Space Flight Center (NASA).
Para corroborar espacialmente lo recién demostrado con el análisis estadístico, se realizan las figuras 8 y 9, para el período 1950 – 2018 (debido a la disponibilidad de datos del Reanalyzer).
En la figura 8, se observa un calentamiento en gran parte de Cuyo, Comahue y la Patagonia que manifiesta el fuerte incremento de la temperatura estival en ese período. Mientras que en la figura 9, se visualiza una extensa zona de enfriamiento, especialmente en el este del Noroeste Argentino (NOA), el Noreste Argentino (NEA) y en menor medida en Comahue; permaneciendo constante Cuyo.
Para contextualizar el análisis descripto en el escenario global se decide analizar los cambios producidos en este, en el período en estudio (1931-2020).
Figura 11. Tendencia de las anomalías en la temperatura global
en los meses del invierno, desde el año 1931 al 2019. Fuente: Goddard Space Flight Center (NASA).
En la figura 10 se aprecia el incremento de las anomalías de la temperatura global (ATG), que en promedio fueron de 1° C. Se observa el invierno en el Hemisferio Norte con anomalías muy significativas, en el entorno del Ártico y Eurasia. Mientras que, en el Hemisferio Sur, son menores que las del anterior, pero en el caso de Argentina la región que más se incrementó fue la del Comahue (1° C), y en la zona central entre 0,5° C y 1° C, habiendo lugares neutros en parte del Pacífico Sur y en el entorno de Tierra del Fuego.
En JJA (figura 11), las ATG presentan estimativamente un valor de 0,93° C, siendo la península Antártica el área de mayor anomalía positiva (4° C a 6,3° C); sin embargo, se observa a la Oriental como la única negativa de todo el globo (-2° C a -4° C). Se destacan regiones con incrementos significativos en la península itálica, arábica, el noroeste del desierto del Sahara y nordeste de Brasil. También, se detectan territorios sin anomalías o muy bajas, como el centro-este de Norteamérica, el Atlántico Norte y el sur de Argentina. A su vez, en el resto del país las mismas se presentan en torno a 0,5° C y 1° C.
Con este análisis, se determina que los inviernos polares entre 1931 y 2020 son los más sensibles al crecimiento de la temperatura global, y en su totalidad la Tierra presenta un incremento de 1° C (límite crítico según el IPCC) en su temperatura media en DEF, y de 0,93° C en JJA.
De lo recién descripto, se deduce que no hay una componente planetaria significativa y distintiva que contribuya al contraste entre las estaciones en análisis. De ahí, que se debe investigar con mayor profundidad las condiciones de borde del Cono Sur Sudamericano (circulación regional, estado térmico y bárico de los océanos Pacífico y Atlántico, estado de la cupla océano-atmósfera, ondas de Rossby, jet stream y asociados), que generan el tiempo y clima del verano y el invierno de la región en estudio, y de esa manera discriminar qué factores y agentes en dicho entorno son los que influyen en el contraste investigado.
Ranking de años extremos
Para reforzar con mayor detalle el contraste recién descripto, se elabora la figura 10, donde se observa con más nitidez el mismo. Identificando algunos años con temperaturas extremas, como se verá a continuación.
Figura 12. . Tendencias de las temperaturas medias (DEF y JJA) en °C para el Valle de Tulum, en el período 1931 – 2020, con algunos años singulares y sus temperaturas. Fuente: elaboración propia.
Se decide realizar la figura 12 con el objeto de visualizar con mayor nitidez el contraste entre las tendencias de las estaciones en estudio, siendo la del verano marcadamente creciente y la del invierno prácticamente constante. Además, se enfatizan los años que presentan temperaturas extremas, que se analizarán a continuación:
Tabla 2. Ranking de los cinco veranos más calientes en San Juan. Fuente: Goddard – NASA.
Tabla 3. Ranking de los cinco inviernos más fríos en San Juan. Fuente: Goddard – NASA.
Para precisar la figura 12, se elaboran las tablas 2 y 3, donde se realiza un ordenamiento para detectar los años con veranos más cálidos (tabla 2) y con inviernos más fríos (tabla 3).
En la tabla 2 se observa que el verano más caliente en el Valle de Tulum fue el de 2017, con una TM de 27,5° C. Asociado a lo que ocurrió en Chile, donde se vivió con la misma intensidad, con registros de las temperaturas máximas más elevadas en 104 años en la ciudad de Santiago y mayores a 40°C en la región del Biobio (Dirección Meteorológica de Chile, 2017). Sugestivamente es el verano que le sigue al año con la ATG más alta registrada en el período instrumental (2016//ver figura 13). En segundo lugar, se posiciona el año 2020 con un promedio de 27,4° C, también con la particularidad de ser el subsiguiente al segundo año más cálido de la Tierra (2019//ver figura 13). Continuando, se presenta el año 1989 con una media estival de 27,4° C, el 1972 con 27,3° C y el 2001 con 27, 3° C, sin verificarse en ellos la relación anterior, por lo cual no se debe asociar el calentamiento global a un verano con altas temperaturas en la Provincia; esta es otra razón que corrobora lo ya encontrado con Pearson (ver figura 14).
En la tabla 3 se ordenan los años con inviernos más fríos, ubicándose primero el 1967 con una TM de 6,9° C, coincidente con lo que ocurrió en gran parte del país, que derivó en una de las heladas más grandes de la historia de Buenos Aires (Blog Gust Front, 2013). Siguiéndole el 1983 con 6,9° C. En tercer lugar también con un promedio de 6,9° C se sitúa el 2007, año en donde se produjo quizás la única nevada registrada por los autores en la Plaza 25 de Mayo – San Juan (Poblete, 2009). Luego, continúan el 1942 y 1970, con una TM 7,5° C.
Tabla 4. Ranking de los cinco veranos más fríos en San Juan. Fuente: Goddard – NASA.
Tabla 5. Ranking de los cinco inviernos más calientes en San Juan. Fuente: Goddard – NASA.
Los cinco veranos más frescos en el período en estudio (tabla 4), corresponden a: 1998, con una TM de 24,4° C. Seguido de tres años que corresponden a la década de 1940: 1940 y 1941 con una media de 24° C, y 1944 con 23,9° C. El promedio de TM más bajas para la estación estival, se dio en el año 1985 con 23,8° C.
Por otra parte, en la tabla 5 se exponen los inviernos más calientes del área de estudio, con TM superiores a los 10° C en los años 2006 (10,5° C), 2017 (10,5° C), 1941 (10,6° C), 2015 (11,2° C) y 1939 (11,3° C).
De esta manera se verifica, luego del análisis de los cuatro rankings, la nulidad de correlación entre ambas estaciones, ya que los únicos casos destacados se producen en el año 1941, con un verano fresco y un invierno caluroso; y el 2017, que se presenta tanto en verano como en invierno, con altas temperaturas.
Relación con la temperatura global
Para contextualizar a las estaciones en estudio en el marco del calentamiento global, se realiza el análisis siguiente.
Figura 13. Ritmo de crecimiento de la anomalía de la temperatura global anual, su tendencia y suavizado polinómico en el período 1880 – 2019, con años extremos destacados y el ranking de años más calientes con un orden decreciente. Fuente: elaboración propia.
Figura 14. Correlación (r de Pearson) entre la ATG anual, las estaciones y la temperatura media anual del Valle de Tulum (rojo=significativo al 5%) en el período 1931 – 2019. Fuente: elaboración propia.
La VarInt de la ATG anual se aprecia en la figura 14, que presenta un tramo cuasi decreciente hasta 1920, cuando comienza a ascender con un pico alrededor de 1944, a partir del cual tiene un descenso que se mantiene constante hasta 1976; desde 1977 hay un crecimiento significativo que se acentúa a partir del 2000 y se acelera continuamente desde el 2014 a la actualidad; alcanzando el máximo del período instrumental en 2016. La tendencia es creciente significativa al 1%.
En la figura 14 se muestra la asociación entre la ATG anual y las estaciones climáticas en el Valle de Tulum, existiendo una mayor correlación con la temperatura anual (r de Pearson = 0,48), seguida del verano (r de Pearson = 0,43), la primavera (r de Pearson = 0,37) y el otoño (r de Pearson = 0,33); quedando el invierno no significativo (r de Pearson = 0,13) confirmándose de esta manera su comportamiento desigual, adicionando otra razón al contraste entre las estaciones en estudio.
Figura 15. Anomalía de la temperatura global correspondiente al verano más cálido (2017) en el período 1931 – 2020. Fuente: Goddard Space Flight Center (NASA).
Figura 16. Anomalía de la temperatura global correspondiente al invierno más frío (1967) en el período 1931 – 2019. Fuente: Goddard Space Flight Center (NASA).
En la figura 15 se observa el verano más cálido (2017) registrado en el período 1931 – 2020 en el escenario global. De igual manera, en la figura 16, se muestra el contexto mundial, que enmarca al invierno más frío (1967). En ambos casos se nota una concordancia entre las anomalías globales y locales, sin embargo esto puede llevar a una generalización errónea, puesto que existen muchos casos en donde dicha coincidencia no se produce.
Figura 17. Anomalía de la temperatura global correspondiente al verano más frío (1985) en el período 1931 – 2020. Fuente: Goddard Space Flight Center (NASA).
Figura 18. Anomalía de la temperatura global correspondiente al invierno más cálido (1939) en el período 1931 – 2019. Fuente: Goddard Space Flight Center (NASA).
Reafirmando la correlación existente entre el verano y la ATG se observa la figura 17, donde la estación estival más fría registrada en el período en análisis (1985) se enmarca dentro de un contexto mundial predominantemente frío.
Mientras que, en la figura 18, también corroborando la casi nula correlación entre el invierno y la ATG, se observa en gran parte del cono sur una anomalía positiva, dentro de un escenario global mayormente frío (1939). Confirmando de esta manera, que no siempre hay relación entre la situación térmica local y mundial.
CONCLUSIONES Y DISCUSIONES FINALES
La temperatura media del verano es de 25,8° C (con una desviación estándar de 0,87° C) distribuida normalmente y en su VarInt presenta una tendencia creciente significativa al 1% (rs= 0,51). Mientras que el invierno tiene una temperatura media 9,06° C (con una desviación estándar de 0,95° C) y también una distribución normal, con una VarInt sin tendencia significativa (rs= 0,01), es decir prácticamente constante. Lo que muestra una gran incongruencia de la VarInt entre ambas estaciones, ratificada con un r de Pearson de 0,07 con un evidente incremento en las temperaturas de verano, y un invierno que permanece sin tendencias significativas en el período analizado.
Aplicando la metodología de Pettitt, para corroborar la disimilitud entre las tendencias, se detectan los siguientes cambios abruptos de la temperatura media. En el verano: de 1931 a 1960 fue de 25,4° C, de 1961 a 1990 creció a 25,8° C, y entre 1991 – 2020 culmina con otro incremento que lleva a la media a 26,3° C. De este modo se verifica que la tendencia al calentamiento del verano se estructura con escalones crecientes. A su vez, en el invierno existe un descenso en el período 1966 – 1990, con una 8,5° C, respecto de los 9,3° C en los intervalos de 1931 – 1965 y 1991 – 2020. Se constata así, que el único “salto” coincidente entre las estaciones analizadas fue en 1991. De esta manera, se demuestra que el crecimiento/decrecimiento de ambas, también es discrepante.
En el período 1950 – 2018 se corrobora espacialmente lo encontrado con el análisis estadístico, puesto que en el verano ha habido un calentamiento, mientras que en el invierno se verifica un leve enfriamiento en el sector sureste, sin cambios en el resto de la provincia. Sin embargo, del incremento de la temperatura global entre 1931 y 2020 para ambas estaciones, se deduce que no hay una componente planetaria significativa y distintiva que contribuya al contraste entre ellas.
Del análisis de los rankings de años extremos de sendas estaciones, se ratifica la nulidad de la asociación entre ellas, ya que los únicos casos destacados se producen en el año 1941, con un verano fresco y un invierno caluroso; y el 2017, que se presenta tanto en verano como en invierno, con altas temperaturas. Sugestivamente, este último, es el que le siguió al año planetario más caliente medido en el período instrumental (2016).
Contextualizando a las estaciones climáticas en análisis en el marco del calentamiento global, la VarInt de la ATG presenta una correlación significativa con la del verano (r de Pearson = 0,48), mientras que no es así con la del invierno (r de Pearson = 0,13), adicionando otro argumento a la disparidad entre ellas. Del análisis espacial, se obtiene que no siempre hay relación entre la situación térmica local y mundial.
Concluyendo que la suma de disparidades descripta demuestra el gran contraste que existe entre la variabilidad interanual del verano y el invierno en el Valle de Tulum.
BIBLIOGRAFÍAEquipo GISTEMP, 2020: Análisis de temperatura de superficie GISS (GISTEMP), versión 4. Instituto Goddard de la NASA para Estudios Espaciales en data.giss.nasa.gov/GISTEMP.
Foro Gustfront. El foro de meteorología en español. Sitio web: http://foro.gustfront.com.ar/viewtopic.php?t=3018.
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Poblete, A. G. (2009). Análisis Climático de dos Inviernos Extremos y contiguos en San Juan - Argentina y de su relación con el Calentamiento Global. Revista de Geografía N° 13. ISSN 1514-1942. San Juan. Argentina.
Vicencio, J., Cortés, C., & Crespo, J. (2017). Informe Especial: Verano en Chile. Dirección Meteorológica de Chile.
IPCC, W. (2019). 1, 2019 Resumen técnico. Cambio climático.
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