Indicadores de sequías (página 2)

El método de Pálmer está probado para estimar la capacidad de agua disponible, a través de un balance hidrológico, el cual se calcula a partir del contenido de agua del suelo, la evapotranspiración Potencial (ETP) estimada por el método de Penman y los datos de lluvias. Con ello se obtuvieron los valores mensuales de Evapotranspiración Real (ETR), Recarga (R), Escurrimiento (Ro), Pérdida de humedad en el suelo (L) y sus respectivos valores potenciales (PR, Pro, PL), para el área de estudio en un periodo de tiempo determinado.

Asimismo, se determinó la precipitación necesaria para mantener la humedad climática normal.

Pn = a ETP) + (b PR) + (g Pro) + (d PL)

La diferencia entre esta precipitación calculada y la precipitación real, Palmer la definió como desviaciones de humedad d, donde:

d = P – Pn

Cuando los períodos son húmedos, estas desviaciones son positivas y cuando los períodos son secos, los d son negativos.

Palmer obtuvo un índice de anomalía de humedad Z multiplicando los valores d por una constante k determinada para cada lugar y para cada período:

Z = d * k

Con los valores de anomalía de humedad Z (en milímetros), se determina un índice de sequía mensual x (adimensional).

Como resultado de estos cálculos, se puede realizar un análisis de la frecuencia de índices húmedos y secos, que se representan como porcentaje de cada categoría en una figura y también se realiza la representación gráfica de la marcha temporal de los índices de sequía mensuales calculados previamente.

El Índice de Pálmer es básicamente un algoritmo de humedad del suelo calibrado para regiones relativamente homogéneas. No está diseñado para grandes variaciones topográficas a través de una región y no considera la acumulación de nieve y su subsecuente escorrentía.

El índice de Pálmer es un índice de equilibrio o balance de agua que considera el suministro de agua (precipitación), demanda (evapotranspiración) y pérdida (escurrimiento).

El Índice de Pálmer es básicamente un algoritmo de humedad del suelo calibrado para regiones relativamente homogéneas. No está diseñado para grandes variaciones topográficas a través de una región y no considera la acumulación de nieve y su subsecuente escorrentía.

El índice de Pálmer es un índice de equilibrio o balance de agua que considera el suministro de agua (precipitación), demanda (evapotranspiración) y pérdida (escurrimiento).

2 Índice Estándar de Precipitación

El Índice Estándar de Precipitación fue diseñado para mejorar la detección del comienzo de la sequía y para la monitorización de la misma. El (IEP) es una medición de la sequía más simple que el Índice de Severidad de la Sequía de Palmer (ISSP

El Índice Estándar de Precipitación Estandarizado (IEP) es un índice de probabilidad que considera sólo precipitación. El IEP es un índice basado en la probabilidad de grabar una cantidad dada de precipitación, y las probabilidades se estandarizan para que un índice de cero indique la cantidad de la precipitación del medio (la mitad de las cantidades de la precipitación históricas está debajo del mediana, y la mitad es anterior el mediana). El índice es negativo para la sequedad, y positivo para las condiciones húmedas.

Una característica clave del IEP es la flexibilidad de medición de la sequía en distintas escalas temporales. Debido a que las sequías tienen una gran variación en la duración, es importante detectarlas y monitorizarlas en una variedad de escalas temporales. Las sequías de corto término son medidas por instrumentos meteorológicos y son definidas de acuerdo a la climatología regional específica.

Las sequías de importancia para la agricultura resultan en déficit de la humedad del suelo y las sequías de tres a seis meses pueden causar un gran impacto. Las sequías más prolongadas (de meses a años) pueden tener impactos significativos sobre las reservas de agua superficial y subterránea. Los valores de IEP se derivan comparando la precipitación acumulada total para una estación o región en particular durante un intervalo de tiempo específico con el promedio de la precipitación acumulada para ese mismo intervalo todo lo largo de lo que dure el registro climático. Los valores varían desde 2.00 o más (extremadamente húmedo) a -2.00 o menos (extremadamente seco) con las condiciones casi normales en un rango de 0.99 a -0.99 (tabla 3.2).

Se define una sequía cuando el (IEP) es continuamente negativo y alcanza un valor de -1.00 o inferior, y continúa hasta que el (IEP) se torna positivo. La duración de la sequía es definida por el intervalo entre el comienzo y el final del período. La magnitud de la sequía se mide sumando los valores del (IEP) durante los meses de la sequía.

Tabla 3.2 Evaluación del Índice Estándar de Precipitaciones

3 Porcentaje de la Precipitación Normal

El Porcentaje de la Precipitación Normal (PPN) se refiere a la relación que existe entre la precipitación acumulada en un periodo de tiempo determinado y la precipitación media anual para una región, y se expresa de manera porcentual. La precipitación media anual histórica se conoce como precipitación normal y se obtiene a partir del valor promedio de las precipitaciones anuales ocurridas en un periodo no menor de 30 años.

PPN = (Pi – Pm/Pi)*100

Los valores porcentuales estimados para cada año indican el déficit (valores negativos) y el excedente (valores positivos) en la precipitación anual ocurrida (tabla 3.3). Valores porcentuales próximos a cero corresponden a valores cercanos al promedio histórico.

Tabla 3.3 Evaluación del Índice Porcentaje de la Precipitación Normal

4 Índice de Suministro de Agua Superficial

El Índice de Suministro de Agua Superficial (ISAS) fue desarrollado por Shafer y Dezman, en 1982, como un complemento del Indicador de Palmer, con el fin de evaluar las condiciones de humedad en el estado de Colorado. Fue diseñado para ser un indicador de las condiciones del agua superficial y se le describió como "dependiente del agua de montaña", en el que la masa de nieve de las montañas es un componente principal.

El objetivo del ISAS es incorporar tanto las características hidrológicas como climatológicas en un solo índice parecido al Índice de Pálmer y aplicarlo a la mayoría de las cuencas de los ríos. Los valores del ISAS están estandarizados para permitir la comparación entre cuencas.

El ISAS requiere cuatro datos principalmente: la masa de nieve, el caudal de los ríos, la precipitación y el agua almacenada en los embalses. Debido a que depende de la temporada, Durante el invierno se calcula sólo con la masa de nieve, las precipitaciones y las reservas de agua acumuladas. Durante los meses de verano, el caudal sustituye a la masa de nieve, como componente dentro de la ecuación.

El procedimiento para determinar el ISAS de una cuenca en particular es el siguiente: se recogen y suman los datos mensuales de todas las estaciones pluviométricas, embalses y estaciones de aforo y de medida de la nieve de la cuenca. Cada dato de la suma se normaliza utilizando un análisis de frecuencia recopilado de una serie de datos a largo plazo, y, en base a este análisis de frecuencias, se calcula para cada dato la probabilidad de que las sumas sucesivas del mismo no sean mayores que la suma actual, lo cual permite realizar comparaciones entre las probabilidades de unos y otros sumandos. Cada componente de la suma tiene un peso asignado, dependiendo de su forma de contribuir al agua superficial, dentro de esa cuenca, y estos elementos ponderados son sumados para determinar un valor del ISAS que represente a la cuenca entera.

El valor de ISAS tiene su punto medio en el cero y oscila entre -4,2 y +4,2. Una de sus ventajas es que es sencillo de calcular y que ofrece una medida representativa de los recursos de aguas superficiales del estado.

Sin embargo, algunas de sus características limitan su aplicación, por el hecho de que el ISAS se calcula específicamente para cada cuenca o región y, por ello, es difícil comparar los valores del mismo entre unas y otras. Cualquier cambio o interrupción en las mediciones tomadas por cualquier estación de observación, o en la gestión del agua dentro de la cuenca, como puede ser la desviación del cauce o el establecimiento de nuevos embalses, significa que todo el cálculo del ISAS para esa cuenca tiene que ser realizado de nuevo, al objeto de tener en cuenta las nuevas distribuciones de frecuencia y/o los cambios en el peso de cada elemento de las sumas.

Los fenómenos extremos, si están fuera de las series históricas de datos, también suponen un problema, y el indicador tendrá que ser calculado de nuevo para incluir estos fenómenos dentro de la distribución de frecuencias de un elemento de la cuenca.

5 Índice de Riesgo de Sequía

El Índice de Riesgo de Sequía (IRS), conocido también como Indicador Normalizado de Precipitaciones (INP), se basa en la probabilidad de lluvias, en cualquier período de tiempo. Fue desarrollado por McKee et al. (1993) para cuantificar el déficit de precipitaciones durante múltiples periodos de tiempo. Estos periodos reflejan el impacto de la sequía sobre la disponibilidad de los diferentes recursos hídricos.

Las condiciones de humedad del suelo responden a las anomalías pluviométricas en un intervalo de tiempo relativamente corto, mientras que el agua subterránea, el caudal de los cursos superficiales y el agua embalsada reflejan tales anomalías a largo plazo, razón por la cual, originalmente, el IRS se calculaba para periodos de tiempo de 3, 6, 12, 24 y 48 meses.

El IRS está formado por cuatro componentes: precipitación media anual corregida en función de la temperatura media anual, estacionalidad pluviométrica, variabilidad y persistencia de la sequía.

El IRS es adaptable a cada región en particular y su principal fortaleza es la habilidad de tomar en cuenta tanto el clima como los factores de suministro de agua.

Una sequía se produce siempre que el IRS sea permanentemente negativo y alcance una intensidad de -1,0, o menor; el fenómeno finaliza cuando el IRS se hace positivo. Cada fenómeno de sequía, por lo tanto, tiene una duración definida por su comienzo y su final, y una intensidad diferente para cada mes que dure el fenómeno. La magnitud de la sequía puede también ser la magnitud acumulada de la sequía, es decir, la suma de todos los valores positivos del IRS durante los meses que ésta dura.

Las ventajas de este indicador son: que el IRS se puede calcular para diferentes periodos de tiempo, que da una señal de alerta temprana de la sequía, que ayuda a valorar la intensidad de la misma y que es menos complejo que el Indicador de Palmer. La desventaja es que los valores del IRS se basan en datos previos, que pueden sufrir cambios.

Tabla 3.5 Evaluación del Índice de riesgo de sequía

6 Índice de la Humedad del Cultivo

El Índice de la Humedad del Cultivo (IHC) utiliza un planteamiento meteorológico para hacer un seguimiento semanal de las condiciones de los cultivos. Fue diseñado por Pálmer, en 1968, a partir del método de cálculo del ISSP para evaluar las condiciones de humedad a corto plazo en las principales regiones dedicadas a la producción agrícola. Mientras el ISSP hace un seguimiento meteorológico de los períodos húmedos y secos a largo plazo, el IHC evalúa las condiciones de humedad a corto plazo en las principales regiones dedicadas a la producción agrícola.

Se basa en los datos medios semanales de temperatura y pluviometría total, dentro de una zona climática, así como en el valor del IHC de la semana anterior. Responde con rapidez a los cambios de condiciones, se mide por lugares y por tiempos para que los mapas que representan los valores semanales del IHC puedan ser utilizados para comparar las condiciones de humedad entre diferentes localidades.

Por estar diseñado para hacer un seguimiento a corto plazo de las condiciones de humedad que afectan a un cultivo en desarrollo, el IHC no es un buen instrumento para hacer un seguimiento de la sequía a largo plazo. Otro rasgo característico del IHC, que limita su uso, es que, normalmente, comienza y finaliza cada temporada vegetativa con valores próximos a cero, por lo que no se puede utilizar para valorar las condiciones de humedad fuera de la época vegetativa general, y, en especial, en períodos de sequía que se prolongan durante varios años. El IHC tampoco es de aplicación durante la fase de germinación de las semillas, al comienzo del período de crecimiento de un cultivo concreto.

7 Índice Estandarizado de Sequía Pluviométrica

El Índice Estandarizado de Sequía Pluviométrica (IESP) se calcula a partir de las precipitaciones mensuales en tres etapas sucesivas. En la primera de ellas se calcula la anomalía pluviométrica de cada uno de los meses de la serie, a partir de la expresión:

APi = Pi – Pm

Donde APi es la anomalía pluviométrica mensual; Pi la precipitación mensual y Pm la precipitación mediana del mes.

En la segunda fase se calculan las anomalías pluviométricas acumuladas, desde el primer mes de la serie. En el momento en que se encuentra una anomalía acumulada negativa se iniciaría una secuencia seca, que concluiría con la aparición de una anomalía acumulada positiva, dando paso a una secuencia excedentaria en agua; durante esta secuencia excedentaria, las anomalías siguen acumulándose hasta que aparezca de nuevo una anomalía pluviométrica negativa, momento en que se iniciaría una nueva secuencia seca, que se obtiene por el mismo método, recomenzando el cálculo de las acumulaciones a partir de ese valor negativo de anomalía pluviométrica. En consecuencia, el cálculo de esta segunda fase se resume de la forma siguiente:

APAi = S APi

Desde i = 1 hasta APi < 0 y APAi -1 = 0, donde:

Donde APAi es la anomalía pluviométrica acumulada del mes.

Por último, en la tercera fase se estandarizarían estas anomalías acumuladas mediante su conversión en puntuaciones Z:

ZAPAi = (APAi – APAm) / SAPA

Donde ZAPAi son las anomalías pluviométricas acumuladas estandarizadas del mes; APAm el valor medio de las anomalías pluviométricas acumuladas de todos los meses de la serie y SXAPA la desviación típica de las anomalías pluviométricas acumuladas de todos los meses de la serie.

El proceso de estandarización de las anomalías pluviométricas acumuladas se facilita porque éstas se ajustan a una curva normal y, una vez efectuado, tiene una ventaja doble: por un lado, la obtención de valores universalmente válidos y comparables para diferentes observatorios y, por otro lado, la expresión de estos valores en términos de probabilidad de ocurrencia de las anomalías, dado que es bien conocido que en la curva normal cada valor de Z es expresivo de un determinado valor de probabilidad.

El Índice Estandarizado de Sequía Pluviométrica se calcula a escala mensual, pero como el índice se va acumulando en el tiempo, no es necesario hacer ninguna agregación anual. En todo caso podría tomarse el valor del índice en el último mes del año hidrológico. También podría obtenerse la intensidad de cada secuencia seca mediante la suma de los valores de cada uno de los meses que participan de ella.

Se recomienda realizar el índice por cuencas hidrográficas, a partir del promedio de precipitaciones registrado en cada cuenca.

8 Número de días con precipitación mayor de 30 mm

El Número de días con precipitación mayores 30 mm (NDP>30) es un indicador que surge a partir de considerarse que los valores de precipitación diaria superior a 30 mm denotan posibles situaciones de fuerte intensidad de la precipitación.

Se define como el cociente entre el número de días con P>30 mm registrado en el período considerado y el que se considera normal para ese período, multiplicado por cien. Cuando el NDP>30 mm observado es superior al normal, el indicador vale más de 100, y cuando es inferior, vale menos de 100.

Como número normal de NDP>30 mm del período se recomienda utilizar la mediana (percentil 50) de la serie de observaciones correspondiente a dicho período.

NDP>30 = (NDP>30) i /Med

Donde (NDP>30) i es el número de días con P>30 mm registrado en un periodo determinado y Med la mediana o el percentil 50.

Se recomienda el cálculo del indicador a escala mensual, aunque luego podría agregarse a escala anual.

9 Período de retorno de la precipitación máxima diaria

Se entiende por período de retorno (T) el inverso de la probabilidad de ocurrencia de un determinado fenómeno, expresada ésta en tanto por uno. En este caso, el fenómeno cuyo período de retorno se evalúa es la precipitación máxima diaria registrada a lo largo de un año y lugar determinados.

Los valores de precipitación máxima diaria se analizan mediante su ajuste a curvas expresivas de fenómenos extremos y, en general, ajustan bastante bien a la curva de Gumbel, siendo éste el método recomendado para la obtención del período de retorno.

Elevados períodos de retorno (50, 100 años) denotan intensidades muy fuertes, mientras que los períodos de retorno reducidos (2 a 5 años) denotan intensidades muy suaves. En este caso no se establece ningún cociente respecto a los valores normales porque el concepto de período de retorno ya lleva implícita esta consideración y en su elaboración se tiene en cuenta todo el comportamiento de la serie larga de observaciones.

Se suele trabajar a escala anual en este parámetro, de forma que el indicador caracterizaría al año en cuestión. Debería utilizarse el año hidrológico.

El valor más elevado de este indicador obtenido en los diferentes puntos de observación, puede considerarse como el indicador de la zona e estudio.

10 Índice USBR de la Sequía

El Índice USBR de la Sequía (RDI) es un indicador desarrollado por el Buró de Reclamación de los estados Unidos (USBR) para definir la intensidad y duración de las sequías; así como predecir su comienzo y su final.

Se calcula en el ámbito de una cuenca fluvial a partir de las precipitaciones, la masa de nieve, el caudal de los ríos y el agua almacenada en los embalses.

El RDI se diferencia del ISAS en que incorpora un componente de demanda, basado en la temperatura y en una duración. Este indicador se puede adaptar a cualquier región concreta, y su mayor ventaja es su capacidad para tener en cuenta, tanto el factor clima, como el factor agua.

Los valores del RDI y sus calificaciones de severidad son los siguientes:

Tabla 3.10 Evaluación de Indice USBR de Sequía.

La ventaja del RDI es que, incluyendo un componente de temperatura, también tiene en cuenta la evaporación. Sin embargo, debido a que este indicador es único para cada cuenca, las comparaciones entre cuencas son limitadas.

11 Índice de Aridez de Palfai

El Índice de Aridez de Palfai (IAP) es un indicador desarrollado por Palfai en 1984, principalmente para su uso en Hungría, y en la cuenca Cárpata, para caracterizar la intensidad de la aridez mediante un solo dígito, a partir de un número reducido de parámetros meteorológicos e hidrológicos.

En la fórmula básica para el cálculo del IAP, la temperatura media del aire (ºC), en el período entre abril y agosto, se divide entre la precipitación total (mm), obtenida como suma de los valores mensuales ponderados entre octubre y agosto, y se multiplica por 100. Los pesos mensuales de los valores de precipitación se basan en las condiciones de almacenamiento de humedad y en los cambios de la demanda general de agua por los cultivos. Las estimaciones de los factores de peso son las siguientes (con relación a las condiciones naturales de la cuenca de los Cárpatos):

• 0,1 en octubre.
• 0,4 en noviembre.
• 0,5 de diciembre a abril.
• 0,8 en mayo.
• 1,2 en junio.
• 1,6 en julio.
• 0,9 en agosto.

Es evidente que el mes de julio es el periodo más crítico, desde el punto de vista de suministro de agua.

Para expresar la aridez con mayor exactitud se debe corregir el valor base del IAP0 mediante los siguientes factores:

Factor de corrección de la temperatura "días calurosos" (Kt): es la relación entre el número de días calurosos (t max = 30ºC) durante el periodo de junio a agosto, y la media nacional multianual de este valor que, para Hungría, es de 16 días.

Factor de corrección de la precipitación (Kp): es la relación entre el número de días del periodo más largo de pluviometría mínima (cuando la suma de las precipitaciones en días sucesivos no excede, como máximo, de 5 ó 6 mm), entre mediados de junio y mediados de agosto, y la media nacional multianual del mismo valor que, para Hungría, son 20 días.

Factor de corrección de aguas subterráneas (Kas): es la relación entre la profundidad media (m) del manto freático durante los meses de noviembre a agosto (m), y el valor plurianual de esta profundidad, en una zona concreta. El empleo de este factor de corrección es importante para zonas llanas. En la práctica, lo mejor es utilizar los datos de los 2 ó 3 pozos de observación más próximos a la estación meteorológica o al punto de observación de otros datos.

El valor final del IAP se obtiene a partir del valor base (IAP0), corregido como sigue:

IAP = Kt * Kp *Kas*PAI0

Una descripción más detallada de este indicador se puede encontrar en la publicación de Palfai et al. (1995).

Según experiencias realizadas en Hungría, el umbral de partida del IAP debería ser 6.0. Los valores menores, para un lugar concreto, corresponden a años húmedos, mientras que los superiores indicarían diferentes grados de severidad de la sequedad, según las siguientes categorías:

Tabla 3.11 Evaluación del Indice de Aridez de Palfai.

El indicador se puede utilizar para hacer comparaciones entre situaciones húmedas y/o secas de diferentes periodos así como de diferentes áreas, y también es válido para fines de predicción, siempre y cuando el cálculo de los valores del PAI se haga de manera continuada. Para una mejor caracterización de la situación de la sequía de una determinada zona agrícola o de una masa de cultivo, es aconsejable utilizar este indicador junto con el Indice de Potencial Agrohidrológico.

12 Índice de Potencial Agrohidrológico

El Índice de Potencial Agrohidrológico (IPAH) es un indicador que marca la demanda de agua como la capacidad de una zona determinada de satisfacer las necesidades de un cultivo concreto, que exista en ella, mediante el cociente entre el agua consumida (Vcf) y la requerida (Vr). En otras palabras, el Potencial Agrohidrológico es la relación entre la evapotranspiración real de un cultivo (ETR) y la evapotranspiración óptima (ETO).

Según Petrasovits (1984) este indicador puede mostrar, hasta qué punto y durante cuánto tiempo, es un terreno capaz de satisfacer la demanda de agua del cultivo que lo ocupa; este indicador también es útil para expresar la frecuencia de las sequías y de los diferentes grados de escasez de agua. Explicaciones más detalladas sobre este indicador se pueden encontrar en la publicación de Palfai et al., 1995.

Los valores numéricos del IPAH están comprendidos entre 0 y 1. De acuerdo con las investigaciones húngaras tales valores son:

1,0 – 0,8: la escasez de agua del cultivo es sólo teórica, porque a las plantas se les suministra agua de forma continua e ilimitada.

0,8 – 0,5: la capacidad para satisfacer la demanda de agua de la zona sigue siendo continua, pero se va restringiendo progresivamente.

0,5 – 0,3: la escasez de agua empieza a ser alta, el suministro de agua a las plantas es periódico y restrictivo, y, como consecuencia, aparecen síntomas de estrés hídrico.

< 0,3: se produce un gran estrés hídrico, que causa considerables pérdidas de biomasa y, si esta situación se prolonga, también causa la muerte de la planta.

Para expresar la severidad (o intensidad) de la sequía pareció bueno determinar el número de días con estrés hídrico, es decir, el número de días en los que los valores del AHP estaban por debajo de 0,5 (lo que significa que las plantas disponían de menos de la mitad del agua que necesitaban).

El término estrés hídrico indica la tensión fisiológica que se produce en la planta como consecuencia de una falta o exceso de agua, que causa en ella daños vegetativos o degenerativos, y reduce su cosecha. Cuantos más días dure la situación de estrés hídrico más severa será la sequía para las masas de cultivo, o para toda una zona.

Con la ayuda de este método se puede hacer el diagnóstico de la sequía de una parcela agrícola dada, o de una zona, y, mediante el cálculo de los datos de frecuencia, se puede calcular el grado de sensibilidad frente a la sequía de toda clase de plantas o de parcelas cultivadas, lo cual puede servir de base para determinar una estrategia ante la sequía.

Para cada parcela o cultivo, se puede calcular a relación que existe entre los valores del IPAH y los rendimientos potenciales de una determinada especie vegetal, y mediante estos resultados se puede expresar la intensidad del efecto de la sequía.

13 Índice de Evapotranspiración Medio o Medio Normal

El índice de evapotranspiración es una de las medidas más sintéticas que existen para expresar el grado de sequía experimentado por un lugar dado, especialmente en lo concerniente a la sequía edáfica, es decir, aquella que puede afectar el desarrollo de la vegetación. Se elabora a partir de la comparación entre la evapotranspiración potencial (ETP), que es la evapotranspiración máxima realizable por el conjunto planta-suelo en el supuesto de que el único factor limitante fuera la energía necesaria para realizar el proceso (es decir, cuando no hubiera ninguna limitación hídrica), y la evapotranspiración real (ETR), que es la pérdida de agua realmente experimentada por el conjunto agua – suelo. Cuando el aprovisionamiento de agua del suelo es adecuado, ETR=ETP; cuando hay insuficiencia de agua, ETR<ETP. En consecuencia, la diferencia entre ambas magnitudes expresa la verdadera falta de agua al nivel de la vegetación y el cociente entre ambos parámetros, es decir, el índice de evapotranspiración, representa una buena medida de la sequía. El índice responde pues a la expresión:

IE = ETR/ETP

Los índices inferiores a la unidad son expresivos de condiciones de déficit de agua, y los superiores a la unidad, de condiciones satisfactorias o incluso excedentarias.

14. Índice de Evapotranspiración Medio.

El Índice de Evapotranspiración Medio (IEM) se define como el cociente entre el índice de evapotranspiración registrado en el período considerado y el índice de evapotranspiración que se considera normal para ese mismo período, multiplicado por cien. Cuando el valor observado es superior al normal, el indicador vale más de 100, y cuando es inferior, vale menos de 100.

Como índice de evapotranspiración normal se recomienda utilizar la mediana (percentil 50) de la serie de observaciones 1961-1990 correspondiente al período considerado.

Se recomienda su elaboración a escala mensual y su posterior agregación a la escala anual mediante la media aritmética de los índices mensuales. Debe utilizarse el año hidrológico y no el civil.

Para el cálculo de la evapotranspiración potencial pueden utilizarse el método energético e Penman – Monteith que proporciona una elevada exactitud, que son de una calidad impecable, aunque con frecuencia la disponibilidad de datos es escasa. En caso de utilizar formulaciones empíricas como la de Thornthwaite, menos exigentes en parámetros de entrada, los resultados serían menos precisos, pero la disponibilidad de datos aumentaría mucho, dado que esta fórmula sólo requiere el empleo de la temperatura media mensual y la latitud del lugar. Dado que la pretensión de este indicador no es la de evaluar con toda precisión la evapotranspiración registrada en el período y lugar considerados, sino la de establecer en términos relativos el grado de déficit hídrico experimentado, podría recurrirse a los métodos empíricos, a pesar de no ser la más precisa de las posibles.

15 Deciles

Los Deciles (D) o sequía mensual es un indicador que se utiliza para monitorear la sequía. Fue desarrollado por Gibbs y Maher (Gibbs, W. J. 1987) con base en el análisis estadístico de las series de los acumulados de lluvias mediante la distribución de percentiles para evitar alguna de las debilidades del índice Porciento del normal.

Su uso como índice, posee la utilidad práctica de que ellos expresan el grado de la lluvia sobre un período dado dentro de la distribución de frecuencia sin especificar la cantidad de lluvia.

El Indice D consiste en ordenar los datos de precipitación mensual en deciles. Divide la distribución de ocurrencias de registros de precipitación a largo plazo en décimos de la distribución. Cada una de estas categorías es un decil. El primer decil es la cantidad de lluvia no excedida por el 10% más bajo de las ocurrencias de precipitación. El segundo decil es la cantidad de precipitación no excedida por el 20 % más bajo de las ocurrencias.

Estos deciles continúan hasta que la cantidad de lluvia identificada por el décimos decil es la cantidad de precipitación más grande dentro del registro de largo plazo. Por definición el quinto decil es la mediana, y es la cantidad de precipitación que no exceda el 50 % de las ocurrencias sobre el periodo de registro. Los deciles son agrupados en cinco categorías.

Tabla 3.14 Clasificación de Decíles

Gibbs y Maher sugieren la siguiente interpretación:

16 Índice de Aridez

El índice climático para caracterizar la aridez del paisaje es la razón de la Precipitación y la Evapotranspiración potencial ( Hare y Ogallo, 1993), dado por:

R = P/ Eo

Donde P equivale a la Precipitación y Eo a la Evapotranspiración potencial. Este índice, recomendado por el PNUMA fue utilizado en la evaluación de la aridez a nivel global (UNEP, 1992) y actualmente es el adoptado por la "Convención Internacional de Lucha Contra la Desertificación y la Sequía".

Es necesario precisar aquí que este índice depende de factores exclusivamente climáticos y no toma en cuenta las características hidrofísicas del suelo y la vegetación. Dichas variables climáticas son:

• Temperatura Media.
• Temperatura Máxima.
• Temperatura Mínima.
• Insolación Media (horas-luz).
• Humedad Relativa.
• Velocidad del Viento.
• Precipitación.

Tabla 3.15 Evaluación del Indice de Aridez

17 Índice de Repetibilidad de Sequía

Se ha interpretado como Repetibilidad de la Sequía, la frecuencia con que se manifiesta el fenómeno de la sequía en una región o territorio dado, lo cual está en dependencia de la escala temporal en que se analice la misma, ya sea diaria, mensual, anual, etc. A los efectos del presente trabajo, el análisis de este comportamiento de la sequía se desarrolló sobre la base del cálculo de las anomalías interanuales estandarizadas, o índices de intensidad anual (Zij), de amplio uso internacional (Ogallo y Nassib, 1984), expresado como:

Zij = (Xij – Xj) Sj

Donde Xij representa el total anual de la lluvia en la estación j en el año i; Xj y Sj son la media y la desviación estándar del período seleccionado.

Los rangos que caracterizan las anomalías negativas como débiles (D) o no significativas, moderadas (M) y severas (S), se precisan multiplicando el cociente Xj / Sj por los coeficientes K max = – 0.15 y K min = – 0.30, de tal modo que:

– Zij > – 0.15 Xj / Sj Sequía débil

– – 0.30 Xj / Sj < Zij < – 0.15 Xj / Sj Sequía moderada

– Zij < – 0.30 Xj / Sj Sequía severa

La distribución espacial de la repetibilidad de la sequía fue tomada de los trabajos de Lapinel B. et al, (1993) denominado "Sistema Nacional de Vigilancia de la Sequía. Análisis del Periodo 1971-1990"

18 Indicativo Integrado de Sequía: Mapa de Riesgo de Sequía

Asumiéndose que el riesgo de sequía se basa en la combinación del Indice de Aridez y el de la Repetibilidad de la Sequía, se puede determinar los componentes por separado para cada uno de las localidades de la región objeto de estudio.

Ambos índices se convierten en unidades comparables y se promedian para obtener un único valor integrado, al que se le denomina Indicativo Integrado del Riesgo de Sequía.

El indicativo que se logra no contempla todos los aspectos e interrogantes de este fenómeno meteorológico, ya que resulta muy difícil su cuantificación absoluta, por lo que estos resultados no deben ser extrapolados para otros fines ajenos al alcance del presente objetivo de análisis.

Este procedimiento permite encontrar cuales son los territorios más sensibles a los efectos de la sequía desde el punto de vista de la seguridad alimentaria, a partir de una escala relativa de riesgo.

El procedimiento consiste en conformar una serie de datos, calculándose su media, y dividiéndose los valores en dos grupos, por encima y por debajo de ésta. Posteriormente se calcula nuevamente la media a ambos grupos, lo que permite establecer cuatro rangos bien definidos, que agrupan una cantidad bastante homogénea de localidades en los que se reflejan los distintos tipos de riesgo. El método puramente matemático, que responde a los intereses de la clasificación de cada territorio como valor relativo de los restantes, produjo un resultado satisfactorio de acuerdo a los criterios de los especialistas.

Al establecer una escala de valores por rangos, el límite interlocal decide siempre un cambio en la clasificación por grupos y la distribución espacial que resulta pudiera aparecer en algunas partes alterada en función de las características topográficas y actividades económicas específicas de la localidad. Las áreas que abarcan a la vez zonas llanas y montañosas, producen gradientes muy elevados de las variables.

La escala de valores obtenida y el agrupamiento en rangos determinan la siguiente clasificación del Indicativo:

Denominación Indicativo

Muy Alto Riesgo 52.60 – 48.84

Alto Riesgo 48.84 – 45.60

Riesgo Medio 45.60 – 41.85

Bajo Riesgo 41.85 – 37.50

El resultado alcanzados se mapifican, obteniéndose una representación de las áreas afectadas, las cuales se comparan con el comportamiento tradicional de las mismas. De aquí es posible determinar la clasificación según el nivel de Riesgo.

La distribución espacial del índice de aridez, se puede tomar del trabajo "Mapas de Radiación, Evapotranspiración Potencial e Indice de Aridez para Cuba" de Rivero R. E. et al (1995).

19 Índice de Vegetación Diferencia Normalizada

El índice de vegetación diferencia normalizada (IVDN) es una variable que permite estimar el desarrollo de una vegetación basándose en la medición, con censores remotos, de la intensidad de la radiación de ciertas bandas del espectro electromagnético que la misma emite o refleja lo que permite determinar el estrés hídrico experimentado por la vegetación, lo que lo convierte en un buen instrumento para evaluar el grado de sequía edáfica experimentado por la región.

El IVDN utiliza los canales 1 (espectro visible VIS) y 2 (infrarrojo cercano NIR) del censor AVHRR de los satélites de órbita polar NOAA (satélite NOAA-AVHRR). La banda visible proporciona información de la cantidad de energía absorbida por las plantas mientras que la vegetación sana es altamente reflectante en el infrarrojo cercano, por lo que su diferencia muestra en cierta forma el grado de actividad fotosintética.

Normalmente la vegetación viva, tiene reflectancia baja en el espectro VIS y alta en el espectro NIR. Cuando una cobertura vegetal se encuentra en estrés, tiende a absorber menos radiación solar en el VIS aumentando su reflectancia y a absorber más en el NIR.

El índice de diferencia (ID) se calcula como la diferencia entre las bandas espectrales pertenecientes a los rangos infrarrojo cercano y visible (canales 2 y 1). Este tiende a decrecer cuando la cobertura vegetal está afectada por algún factor agua, enfermedades, plagas, etc).

ID = R2 – R1

El índice diferencial normalizado se define como:

IVDN = (R2 – R1)/(R2 + R1)

Los valores de IVDN oscilan entre -1 y 1. El índice permite identificar la presencia de vegetación verde en la superficie y caracterizar su distribución espacial así como la evolución de su estado a lo largo del tiempo. Esto esta determinado fundamentalmente por las condiciones climáticas.

Los valores positivos corresponderán a zonas de vegetación, mientras que los negativos se refieren a nubes, nieve, agua, suelo desnudo, roca o vegetación seca, parámetros que poseen una mayor reflectancia en la banda roja que en el infrarrojo.

La interpretación del índice debe considerar los ciclos fenológicos y de desarrollo anuales para distinguir oscilaciones naturales de la vegetación de los cambios en la distribución espacial causados por otros factores.

Los valores de IVDN para un mes dado pueden ser expresados en valores absolutos o en valores relativos comparados con promedios de series históricas para ese mismo mes. Como IVDN normal del período se recomienda utilizar la mediana (percentil 50) de la serie de observaciones más larga de la que se disponga.

Los valores de IVDN para diferentes condiciones son:

• El agua tiene reflectancia R1 > R2, por lo tanto valores negativos de IVDN.
• Las nubes presentan valores similares de R1 y R2, por lo que su IVDN es cercano a 0.
• El suelo descubierto y con vegetación rala presenta valores positivos aunque no muy elevados.
• La vegetación densa, húmeda y bien desarrollada presenta los mayores valores de IVDN

La atmósfera, especialmente las nubes, influyen sobre las señales R1 y R2, tendiendo a disminuir el valor real del IVDN. Debido a esto los datos de IVDN mensuales corresponden al máximo valor registrado durante el mes para cada pixen al máximo valor registrado durante el mes para cada pixel, de manera de garantizar la menor incidencia de nubes en el valor del índice.

Definición: Es el cociente (multiplicado por 100) entre el NDVI registrado en el período considerado y el NDVI que se considera normal para ese mismo período. Cuando el NDVI observado es superior al normal, el indicador vale más de 100, y cuando es inferior, vale menos de 100. Unidades: Tanto por ciento.

Se recomienda su elaboración a escala mensual, aunque luego se realice la agregación a escala anual mediante la media aritmética de los valores mensuales obtenidos.

Para su agregación a escala regional se proponen dos métodos complementarios:

• Media aritmética de los valores del indicador en cada uno de los píxeles que componen el territorio estudiado.
• Porcentaje de la superficie regional con indicadores inferiores a la unidad.

20 Índice de Humedecimiento Modificado

La herramienta básica para el cálculo del índice de humedecimiento es el balance hídrico agrometeorológico del suelo en la rizosfera, según el método tradicional empleado por la FAO, modificado por Allen et al. (1998) y simplificado y calibrados algunos cálculos de sus elementos principales, por Solano et al. (2003a), para su uso operativo en el servicio de vigilancia y en la investigación agrometeorológica.

El balance hídrico agrometeorológico simplificado del suelo, expresado en términos del agotamiento de agua en la rizosfera (Arl), al final de un día, década, mes, etc., es planteado por Solano et al. (2003a) como:

Ar = Ari -1 – Pei – Ii +ETcai

• Ari-1 es el agotamiento de agua en la rizosfera al final del período temporal anterior de análisis (i -1).
• Pei es la precipitación efectiva en el período temporal de análisis (i).
• Ii es la irrigación en el período temporal de análisis (i).
• ETcai es la evapotranspiración de cultivo ajustada en el período temporal de análisis (i).

Si el balance hídrico del suelo se realiza en condiciones de agricultura sostenible y de secano, la ecuación simplificada toma la forma:

Ar = Ari -1 – Pei +ETcai

El proceso se repite para todas las décadas siguientes i + 1, i + 2… , i + n. La evapotranspiración del cultivo (ETc o necesidad hídrica de un cultivo específico), para condiciones estándar (cultivos bien abastecidos de agua), durante un período de tiempo dado, se obtiene como resultado del producto de la evapotranspiración de referencia de ese mismo período calculada por el método Penman – Monteith ajustado para las condiciones de Cuba, según Menéndez et al. (1999), por los coeficientes de cultivo que relacionan Allen et al. (1998).

ETc = Kc. Eto

Donde Kc es el coeficiente de cultivo; ETo es la evapotranspiración de referencia (mm).

Cuando el agua disponible es menor que el límite productivo, la tasa a la cual se evapora el agua disminuye. Para simular este fenómeno, Allen et al. (1998) señalan que para condiciones no estándar (con ajustes en el suministro de agua), la evapotranspiración del cultivo ajustada (ETca), durante un período de tiempo dado, es el producto de la ETc de ese mismo período, por el coeficiente de estrés:

ETca = (Kc * ETo) *Ks

Donde Ks es el coeficiente de estrés.

El índice de disponibilidad hídrica (IDH) representa la razón entre la reserva de agua del suelo en la década de análisis y el total de agua disponible por los cultivos:

IDH = (TAD – Ar). TAD-1

Donde (TAD – Ar) es el contenido actual de agua en la rizosfera (mm); TAD es el total de agua disponible en la rizosfera (mm).

El índice de humedecimiento modificado se conceptuó en una escala de seis valores mediante los algoritmos siguientes:

(Θsat – θpmp). Pr < (Pei + Ii – ETcai + TAD – Ari-1), para la categoría excesivamente húmedo.

Donde: θsat es el contenido de agua del suelo en condiciones de saturación (m3/m3); θpmp el contenido de agua del suelo para el punto de marchites permanente (m3/m3); Pr la profundidad de las raíces del cultivo (mm).

TAD < (Pei + Ii – ETcai + TAD – Ari-1) ≤ (θsat – θpmp). Pr, para la categoría muy húmedo.

TAD.(1 – f) ≤ (Pei + Ii – ETcai + TAD – Ari-1) ≤ TAD, para la categoría favorablemente húmedo.

Donde f es la fracción promedio del total de agua disponible en el suelo que el cultivo puede extraer de la zona de las raíces fácilmente.

TAD.(1 – f) / 2 ≤ (Pei + Ii – ETcai + TAD – Ari-1) < TAD.(1 – f), para la categoría ligeramente seco.

θpmp. Pr ≤ (Pei + Ii – ETcai + TAD – Ari-1) < TAD.(1 – f)/2 y Pei + Ii > 0,

para la categoría muy seco.

Pei + Ii = 0 y TAD – Ari-1 = 0, para la categoría severamente seco.

La información utilizada para calcular y realizar la distribución espacial del índice de humedecimiento modificado en el territorio cubano proviene de estaciones de superficie.

La escala temporal utilizada para el cálculo y seguimiento del índice de humedecimiento fue la década, según recomiendan Eldin (1986), Frère et al. (1978) y Rojas (1985), como una solución intermedia entre la necesidad de determinar la influencia de la distribución del índice en los días del mes y la sencillez del cálculo.

La escala espacial de trabajo fue 1:1 000 000, la cual resulta adecuada para la exploración al nivel nacional de diversos índices agrometeorológicos. Esta escala fue utilizada previamente por los autores en las zonificaciones de diferentes índices de interés agrícola para el Atlas agrometeorológicos de Disponibilidades Hídricas para una Agricultura de Secano (Menéndez et al. 2001) y en la vigilancia de índices agrometeorológicos dentro del servicio operativo a la agricultura.

CONCLUSIONES.

La evaluación de la sequía se realiza a partir de indicadores basados en el comportamiento de variables climatológicas. La utilización de estos indicadores depende de múltiples factores entre los cuales se destacan la disponibilidad de datos y el alcance del análisis que se pretenda realizar.

Los indicadores de sequías son necesarios para determinar la severidad e las sequías, deben utilizarse en las regiones donde se encuentren afectadas por las ocurrencias de sequías, y con los resultados obtenidos se podrán mapificar zonas vulnerables a la ocurrencia de sequías.

Tabla Resumen.

BIBLIOGRAFÍA.

1. Donald Wilhite (1997). Improving Drought Management in the West: The Role of Mitigation and preparedness. National Drought Mitigation Center. Universidad de Nebraska. Estados Unidos. 56 p.
2. Donald Wilhite, Michael J. Hayes, Cody Knutson, Kelly Helm Smith. The Basic of Drought planning: A 10- Step process. National Drought Mitigation Center. Universidad de Nebraska. Estados Unidos. 15p.
3. Guía para la Elaboración de Planes de Contingencia por Sequía. Por Dionisio Castillo Ríos de la Gerencia Estatal en San Luis Potosí de La Comisión Nacional del Agua.
4. Guttman, N.B., (1998): Comparing the Palmer Drought Index and the Standardized Precipitation Index. J. Amer. Water Resour. Assoc., 34, 113-121.
5. Hugo Andrés Justiniano Rojas (2005). Tesis de Grado, Análisis del la Sequía, aplicación un del de cuenca de la Río Poopó. Presentación en Acrobat Reader. Universidad de San Andrés Facultad de Ingeniería Civil.
6. Libro blanco de indicadores de sequías. (2001). .

Autor:

Ing. Yurisbel Gallardo Ballat 1,

Dr. Oscar Brown Manrique 2,

1. Profesor de la Universidad de Ciego de Ávila (Cuba).

Edad: 24años

Estudios realizados: Graduado de Ingeniero hidráulico en el 2006 EN LA universidad De Santiago de Cuba. Mis trabajos científicos se han desarrollados en el campo de los procesos de sequías.

2. Profesor de la Universidad De Ciego de Ávila.