Análisis de Tendencia (1980-2017) de Velocidad

de Viento Superficial del Golfo de California

Autores

1Rufino Morales-Azpeitia, 2Hugo Herrera-Cervantes,

1Juana López-Martínez y 2Emilio Beier

1Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C. Unidad Guaymas

2Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada Unidad La Paz

Actualmente, la temperatura ambiental

esta aumentando anualmente en el

planeta, por la quema de combustible

fósiles principalmente, que aumenta el

CO2 atmosférico (Grupo

Intergubernamental de Expertos sobre el

Cambio Climático IPCC, 2018).

El Cambio Climático (CC) afectara el clima

en el mundo; tierra y océanos?

¿El Golfo de California puede ser

afectado por el CC?

Panorama mundial del calentamiento global

El Cambio climático afectara la velocidad de viento?

Bakun en 1990 y 2018, dijo:

Incrementos en la temperatura ambiente del planeta, puede generar cambios en diversas variables, como; el campo de vientos, acelerando la velocidad promedio en el GC

IPCC (2014) recomienda estudiar la variabilidad climática de cada país, para conocer y mitigar si es posible sus impactos

Importancia pesquera del Golfo de California

México produce 1.5 millones de ton anuales (CONAPESCA 2018)

Especies de importancia comercial; sardina monterrey, sardina crinuda, calamar gigante, camarón

café, camarón azul, medusa, almeja, mojarra, jaiba, etc.

El NE de México aporta ~70%, capturado en el Golfo de California (GC)

Longitud del GC de ~ 1200 km.

5 estados; Baja California y Baja California Sur, Sonora, Sinaloa y Nayarit.

Antecedentes

Los vientos son importantes en el ecosistema del GC, ya que son los agentes forzantes de la circulación superficial de agua de mar y generan surgencias en ambas costas del golfo (Thorade 1909; Roden, 1954, Bakun 1958 y Lluch et al. 2010).

El forzamiento atmosférico está asociado a condiciones hidrográficas y provoca riqueza en el golfo, y es aceptado que responden a un patrón de surgencias costeras debido al transporte de Ekman durante primavera y verano (Pares et al. 1997, Espinosa-Carreón et al. 2004).

La climatología de vientos del GC, escriben características de Monzón; vientos del noroeste (NW) durante invierno y vientos del suroeste (SE) en verano (Roden, 1958; Badan-Dangon et al. 1991; Douglas et al. 1993 y

Marinone et al 2004. Esta climatología puede mdificarse por el CC?

Antecedentes

El sistema de vientos en fundamental para la riqueza biológica del ecosistema del GC, debido principalmente a la relación atmosfera-océano; (viento-surgencia) (Roden 1985; Bakun 2000; Pares et al., 2010).

Esta relación mantiene ricas las aguas superficiales, generando alta tasas de productividad primaria (Valdez-Holguín et al., 1997). qpd

El aumento de la VVS puede afectar el desove de la sardina monterrey, como ocurrió en

1998 (Lluch-Cota et al., 1999).

La disminución de la VV, según Robinson et al., (2016) provoco impactos negativos en el

calamar gigante en la costa este del GC, asociado a bajas surgencias y variabilidad de

clorofila (Lluch-Cota et al., 2000).

En síntesis, los volúmenes de producción presentan fuertes fluctuaciones interanuales,

dada entre otras causas por los efectos de variables ambientales (Pauly, 1980).

Área de estudio

El Golfo de California se dividió en 4 zonas; zona norte, zona grandes islas, zona centro y zona sur

Fig 1. Zonas del Golfo de California y localización de estaciones climáticas (se ubican con círculos negros).

Metodología

Dos fuentes de información:

1. Sensores remotos (Satélite) de la Nacional Atmosfera y Espacial Administración (NASA). Base de datos; The Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications version 2.0 (MERRA-2) y

2. Datos de estaciones Meteorologicas costeras del GC

Table 1. Datas de Reanalisis

No. Attributes MERRA2

1 Date source Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications,

version 2

2 Climatic variables Speed Wind (WS avg)

3 Temporal Resolution Monthly

4 Gridded Resolution 0.3 degree x 0.3 degree (36.7 km)

5 Geographical Coverage Global (Sea only)

6 Period of record 1980-2017

Período de 38 años de datos mensuales (456 meses) en total 35,112 datos. La precisión de estos datos es de 2 m s -1 en velocidad y 20° en dirección (Freilich y Dunbar 1999).

Métodos

Para el análisis de tendencia se utilizaron dos métodos:

1) Método estadístico de Mann-Kendall (1975) y

2) Método Sen (1968).

El método Mann-Kendall (M-K) muy usado para el análisis de tendencias

climatológicas (Chaouche et al 2010). Por ser un método no-paramétrico, no

requiere datos distribución normal y tiene baja sensibilidad a los cambios bruscos

por datos no homogéneos (Trajkovic y Gocic, 2013).

En este método la hipótesis Ho asume que no hay tendencia y la Hi asume que si

existe tendencia.

Los métodos M-K y Sen, se encuentran en el paquete MAKENSENS VER.1 del

Instituto Danés de Meteorología 2002 de acceso libre.

https://en.ilmatieteenlaitos.fi/makesens

Este paquete requiere series de tiempo anual mínimo de 10 años.

Ubicación geográfica de zonas del GC

Zone´s name Initial position Final Range

Latitud N Longitud W Latitud N Longitud W stations

North Zone (NZ) 31.5° -114.4° 30.0° -113.1° 1 a 11

Midriff Islands Zone (MIZ) 29.5° -113.8° 29.0° -112.5° 12 a 16

Center Zone (CZ) 28.5° -113.1° 25.0° -108.8° 17 a 46

South Zone (SZ) 24.5° -110.6° 21.5° -105.6° 47 a 77

Total Zones (TZ) 31.5° -114.4° 21.5° -105.6° 1 to 77

Table 2

Nombre de zona, ubicación geográfica y número de estaciones de datos Reanalisis

(MERRA) de 1980 a 2017.

Análisis de tendencia de VVS por zonas del GC

Los resultados de tendencia de la VVS de todas las estaciones del golfo, indican una tendencia positiva (Z = 0.78), (Fig. 4) Los análisis de tendencia por zonas fueron positivas solo en tres zonas: Zona Islas (Z = 1.03), Zona

Centro (Z = 1.13) y Zona Sur (Z = 0.05), solo la Zona Norte no presento tendencia. La tendencia positiva

más alta fue para la zona centro y la menor tendencia fue la zona sur.

Fig. 4. Tendencia de la VVS por zonas del Golfo de California de 1980 a 2017

Table 6

Test´s Mann-Kendall trend for zones and for season year of the Gulf of California by 1980 to 2017.

Seasons year

Zones name Winter Spring Summer Autumn

Annual

Incremento de

VVS en %

North zone -1.32 -1.22 3.87 -1.92 0.00 0.00

Midriff islands zone 1.09 0.16 0.10 -0.81 1.03 3.25

Center zone 2.21 -0.74 -0.28 0.25 1.13 6.56

South zone 1.97 -3.04 2.33 -0.18 0.05 0.58

Análisis de tendencia de velocidad de viento por estación meteorológica

La importancia de estos resultados de las tendencias positivas, es que ocurren en las estaciones

ubicadas en las principales zonas de surgencias costeras de GC (costa de Sonora y Sinaloa),

durante invierno.

Los cambios observados en los VVS pueden modificar los patrones anuales de corrientes

superficiales y de surgencias costeras del CG. Dado, que los vientos de invierno provocan

surgencias fuertes en la región costera continental y los vientos de verano las surgencias

moderadas en las costas de la península (Lluch-Cota et al., 2000).

Table 7. Análisis de tendencia de la VVS por estaciones climáticas, valores de Z (Prueba MK), tipo

de tendencia (Prueba Sen), significancia estadística (Z ≥ 2) y tendencia en porcentaje (%).

Stations Test MK

Z

Test Sen

Trend

Significancia

(p>0.05)

Trend

(%)

La Paz 1.4 Positiva No 12.0

Santa Rosalia 1.4 Positiva No 12.0

Topolobampo 2.8 Positiva Si 19.2

Empalme 2.9 Positiva Si 20.0

Mazatlán -4.5 Negativa Si -7.0

Análisis de tendencia de estaciones climáticas costeras

La Paz y Santa Rosalía no son estadísticamente significativa por no alcanzar el valor de Z ≥

2, pero tienen tendencia positiva (Tabla 7).

La estación de Empalme y Topolobampo resultaron con tendencia positiva.

Caso contrario fue la estación de Mazatlán que resulto con tendencia negativa, lo que

significa que los vientos se están debilitando en la estrada del golfo (Tabla 7).

Discusiones Bakun (1990) advirtió que el CG puede intensificar la VV de los océanos, acelerando las surgencias

costeras

La intensificación de los vientos en otros ecosistemas, como; California, Humboldt, Iberica, Canaria y

Benguela podrían beneficiar poblaciones marinas mediante el aumento de aporte de nutrientes en las

zonas subtropicales. Pero, también podrían ser perjudicial por interrumpir el transporte de las

interacciones tróficas (Sydemen et al., 2014).

Los resultados mostraron un incremento en las tendencias de las estaciones climáticas analizadas, en

excepto en la estación Mazatlán. Para reforzar el análisis se utilizaron datos de reanálisis de cinco puntos

geográficos cercanos a la costa.

Actualmente, el CC está provocando aumentos en la temperatura del ambiente del planeta (IPCC, 2014) y

con ellos una serie de cambios en variables atmosféricas, como el viento (Bakun 1990).

Recientemente, Heras et al., (2018) analizaron la TSM en el GC utilizando datos de satélite (1998 a 2015)

y encontraron una tendencia positiva anual de 0.04 a 0.72°C. Este incremento en la temperatura pudiera

estar asociado al incremento de la VVS que presenta el GC durante las 2 últimas décadas.

El conocimiento de las tendencias de la VVS, pudieran tomarse como un indicativo de los efectos del CC,

en el GC y a su vez influir sobre el patrón de las surgencias de los ecosistemas costeros. Estudios previos sobre la tendencia de la VVS en el GC son pocos (Valenzuela-Sánchez 2016).

Bernal et al., (2001) reportaron tendencia positiva y vientos de inviernos con tendencia ascendente solo

para la zona sur del oriental del golfo.

Conclusiones preliminares

En síntesis, este estudio analizó la tendencia de los VVS, con datos cinco

estaciones climáticas costeras y información de la base de datos (MERRA)

del GC, durante el periodo de 1980 a 2017:

Los resultados de estos análisis concluyen lo siguiente:

Las pruebas de tendencia espacial de la VVS de datos de satélite fueron

positivas desde la Zona Grande Islas hasta la Zona Sur (86% del área del

GC), con excepción de la zona norte.

También, las pruebas de tendencia para estaciones meteorológicas de La Paz,

Topolobampo, Santa Rosalía y Empalme fueron positivas, excepto Mazatlán .

Asimismo, el análisis de tendencia temporal para las estaciones del año;

invierno y verano, fue positiva significativas estadísticamente. Esto puede

alterar en el patrón anual de surgencias marinas en el ecosistema del GC.

Conclusiones

Las tendencias espacio-temporal de las VVS utilizando datos de Re-

análisis y de estaciones climáticas fueron positivas para el periodo de

estudio. Los resultados indican que la tendencia ascendente de la VVS,

continuara los próximos años, aunque no de forma dramática, dada la

pendiente.

Es importante, considerar que las tendencias positivas de los VVS

encontradas en este estudio, pueden deberse al cambio climático, que

han incrementado la temperatura del planeta en las últimas décadas.

La relevancia y utilidad de estos resultados, es conocer que incremento

presenta la VVS en las últimas décadas.

Recomendaciones

Dado el cambio climático se recomienda, continuar

con investigaciones de las variables océano-

atmosfera, que pueden impactar en los aspectos

socioeconómicos en actividades productivas como;

la pesca comercial y deportiva, acuicultura y

maricultura en los estados que bordean el Golfo de

California.

Agradecimientos

Se agradece a las instituciones que participaron:

• CONACyT-Beca de Estancia Sabática Nacional (ESN)

• CICESE La Paz (Apoyo en ESN)

• CIBNOR (Apoyo año Sabático)

• CNA (Información de vientos de Estaciones

Meteorológicas Costeras).

A los colegas investigadores:

Dra. Juana López-Martínez (Cibnor Guaymas).

Dr. Jose Emilio Beier y Dr. Hugo Herrera-Cervantes (CICESE)

Dr. Carlos Robinson Duorak (UNAM)

Bibliografía • Amador J.A, Alfaro E.J., Lizano O.G. y Magaña V.O. 2006. Atmospheric forcing of the Eastern tropical Pacific: A review. Progr.

Oceanogr. 69: 101-142.

• Badan-Dangon, A., C. E. Dorman, M. A. Merrifield, and C. D. Winant (1991). The lower atmosphere over the Gulf of California, J. Geophys. 80 Res., 96, 16,877–16,896. 81 Douglas, M. W., R. A. Maddox, and K. Howard (1993), The Mexican 82 Monsoon, J. Clim., 6, 1665–1677.

• Badan A. 2003. The atmosphere over the Gulf of California. En: Velazco Fuentes O.U, Sheinbaum, J, Ochoa J. (eds.), Nonlineal Processes in Geophysical Fluid Dynamics. Springer. ISBN 1402015895, 9781402015892.

• Bakun A. 1970. The seasonal cycle of wind-wtree curl in subtropical Eastern boundary current regions. J. Phys. Oceanogr. 21: 1815-1834.

• Bakun A. y Nelson 1991. The seasonal cycle of wind-wtree curl in subtropical Eastern boundary current regions. J. Phys. Oceanogr. 21: 1815-1834.

• Castro R. y J.A. Martinez 2010. Variabilidad espacial y temporal del campo de viento frente a la Peninsula de Baja California. Ed: Durazo Reginado y Gilberto Gaxiola. En libro: Dinámica del Ecosistema Pelágico frente a Baja California, 1997-2007: Diez Años de Investigaciones Mexicanas de la Corriente de California. 129-145 p.

• Castro R, Mascarenhas A, Martinez A, Durazo R, Gil-Silva E. 2006. Spatial influence of Santa Ana events along Baja California Peninsula and its oceanic thermal response. Atmosfera 19: 195-211.

• Espinosa Carreón T.L., Strub P.T. Beier E. Ocampo-Torres F, Gaxiola-Castro G. 2004. Seasonal and interannual variability of satelite derived chlophyll pigment, surface height, and temperature off Baja California. J. Geophys. Res. 109, C03039, doi;10.1029/2003JCCOO20105.

• Freilich M.H. & R.S. Dunbar 1999. The accuracy of the NSCAT 1 vector viento: Comparisons wich National Data Buoy Center Buoys, J. Geophys Res. 104:11,231-11,246.

• Instituto Nacional de la Pesca 2004. Carta Nacional Pesquera. SEMARNAP. Diario Oficial de la Federación, 15 de marzo 2004.

• Instituto Danés de Meteorología 2002. Estimados de tendencia de datos anuales de Mann-Kendal y estimados de Sen´s. Paquete MAKESENS ver. 1.0 Softwere gratis. Copyright Finnish Meteorological Institute 2002.

• IPCC, 2014. Cambio climático 2014. Informe de síntesis. Resumen para responsables de políticas. 33p.

• Kendall, M. G. (1975). Rank correlation methods. Londres: Charles Griffin.

• Lluch-Cota S. E. 2000. Coastal upwelling in the eastern Gulf of California. OCEANOLOGICA ACTA Vol. 23 No. 6. 731-740 p.

• La Vega- Impacto del cambio climático en las tendencias de la evaporación en la presa La Vega, Teuchitlán, Jalisco, México.

• Available from:https://www.researchgate.net/publication/277957166_Impacto_del_cambio_climatico_en_las_tendencias_de_la_evaporacion_en_la_presa_La_Vega_Teuchitlan_Jalisco_Mexico [accessed Dec 03 2018].

• Marinone S. G. y M. F. Lavín, 1997. Mareas y corrientes residuales en el Golfo de California. En: M.F. Lavín, editor. Contribuciones a la Oceanografía Física en México. Monografía No. 3, Unión Geofísica Mexicana, 113-139.

• Parés-Sierra, A., A. Mascarenhas, S. G. Marinone, and R. Castro (2003). Temporal and spatial variations on the surface winds in the Gulf 85of California, Geophys. Res. Lett., 30(6), 1312, doi:10.1029/ 862002GL016716. 87

• Parés-Sierra A., López M., & Pavia E. 1997. Oceanografia Física del Pacifico nororiental. Contribuciones a la Oceanografia física en México. Monografia UGM 3: 1-24.

• Roden, G. I. 1958. Oceanographic and meteorological aspects of the Gulf of California. Pac. Sci., 12:21-45.

• Sparre P. & S.C. Venema 1995. Introducción a la evaluación de los recursos pesqueros tropicales. FAO Documento Técnico de Pesca 306(1): 177-185.

• Sen, P. K. (1968). Estimates of the regression coefficient ba- sed on Kendall’s tau. Journal of the American Statistical Association, 63(324), 1379-1389.

• Tang, W., and W. T. Liu (1996), Objective interpolation of scatterometer 90 winds, JPL Publ., 96-19, Jet Propultion Laboratory, Pasadena, CA.

• TANNER, F. 1. 1889. Report on investigations of the D. S. Fish Commission Steamer "Albatross" for the year ending J une 20, 1889. U. S. Fish Comn. Rept. for 1888. Pl'. 395-5 12.

• THORADE, H . 1909. Uber die Kalifornische Meeresstrornung. Hydrog. U . Marit. Met., Ann. 37: 17- 34, 63-76.