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Introducción
El cambio climático ha generado alteraciones significativas en las condiciones atmosféricas a nivel mundial; según datos de la Organización de las Naciones Unidas (ONU, 2022) y el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (2018), la concentración de los gases de efecto invernadero se encuentra en el punto más alto de los últimos dos millones de años, lo cual ha dado como resultado un incremento de la temperatura global de 1,5 °C y el incremento de las lluvias intensas. Autores como Chenguang et al. (2023) mencionan que el incremento de 1,5 °C y el aumento de los días de sequía a nivel mundial implican un incremento de entre un 10 y un 15% de los incendios forestales que afectan la Amazonía, el sur de África y los bosques boreales de Eurasia.
La ONU (2021) señala que América Latina es una de las regiones más vulnerables al cambio climático, ya que reporta temporadas prolongadas de sequía y un aumento considerable de los riesgos meteorológicos. Miranda (2018) menciona que el cambio climático genera grandes impactos en las condiciones socioeconómicas de esta región, lo cual pone en riesgo incluso su soberanía alimentaria.
En México, el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC, 2018) reporta que la temperatura promedio en el país se ha incrementado 0,85 °C, mientras que las precipitaciones han disminuido en la porción sureste del territorio. El Gobierno, a través del Atlas nacional de vulnerabilidad al cambio climático, menciona que México es un país con una vulnerabilidad alta frente al cambio climático debido a sus características geográficas y ambientales, si bien los efectos son distintos para cada región (INECC, 2019).
El cambio climático está favoreciendo la ocurrencia de eventos climáticos extremos que cada vez son más recurrentes y afectan tanto las actividades humanas como los ecosistemas. En un estudio hecho por García et al. (2013), se evidencia que en México el cambio climático, junto con los cambios de uso de suelo, están provocando periodos de retorno cada vez más cortos entre los eventos climáticos extremos.
En este contexto, los cambios en la dinámica climática global han provocado también modificaciones en las condiciones climáticas locales. Al respecto, el Instituto Estatal de Energía y Cambio Climático (IEECC, 2020) señala que el 22% de los municipios que integran el Estado de México presenta una vulnerabilidad alta ante el cambio climático.
Entre las variables climáticas, la precipitación es una de las más importantes, ya que representa una de las principales fuentes de abastecimiento de agua. La precipitación no solo permite potabilizar el agua, sino que es una de las formas más asequibles en las que el ser humano ha podido acceder al agua potable incluso en las zonas más remotas donde no se cuenta con la infraestructura necesaria para su distribución; sin embargo, en los últimos años el cambio climático ha modificado los regímenes de lluvia (Houze, 2014). A su vez, los cambios en la precipitación han generado alteraciones ambientales muy importantes en los ecosistemas, y este es el caso de las inundaciones (Sauquet & Lang, 2017).
Por lo tanto, la comprensión de cómo el cambio climático está afectando las condiciones atmosféricas locales, y específicamente la precipitación, nos ayuda a establecer políticas públicas más eficientes para la adaptación al cambio climático. Esto nos lleva a la pregunta de investigación: ¿cuáles son las modificaciones que ha tenido la intensidad de lluvia en la región centro del Estado de México? Para responder a esta cuestión, se parte de la hipótesis de que existen variaciones en la tendencia de la intensidad de lluvias en la región centro del Estado de México. El objetivo de esta investigación es analizar cuáles son los cambios que ha tenido la intensidad de lluvia en la región centro del Estado de México durante las últimas décadas.
Materiales y métodos
La región centro del Estado de México que se delimitó para el presente estudio comprende los municipios de Almoloya de Juárez, Almoloya del Río, Atlacomulco, Calimaya, Chapultepec, El Oro, Ixtlahuaca, Jocotitlán, Joquicingo, Lerma, Metepec, Mexicaltzingo, Rayón, San Felipe del Progreso, Temoaya, Tenango del Valle, Toluca y Zinacantepec (Figura 1). La mayor parte de estos municipios pertenecen al Valle de Toluca (Gobierno del Estado de México, 2005).
La zona de estudio presenta un clima templado subhúmedo, con una precipitación media anual de 1.000 mm. Se localiza entre los 2.500 y 3.000 metros sobre el nivel del mar y en el área predomina el uso de suelo agrícola, el cual cubre más del 80% del territorio. Actualmente es una de las zonas más densamente pobladas del país, ya que supera el medio millón de habitantes (Gobierno del Estado de México, 2019).
Metodología
Para el desarrollo de la investigación, se identificó una zona con precipitación homogénea con el fin de identificar los cambios locales en la lluvia. Para esto, se utilizaron los datos del conjunto de datos vectoriales de precipitación escala 1:1.000.000 y se seleccionó la zona ubicada en la isoyeta 1.000 mm del Estado de México, con el fin de disminuir la alteración por otras variables como la altitud y la topografía (Instituto Nacional de Estadística y Geografía, 2006). Posteriormente, se obtuvo la información estadística climatológica de las estaciones meteorológicas ubicadas dentro de la zona de estudio y se seleccionaron aquellas que tuvieran registros diarios de lluvia en 24 horas durante el periodo 1930-2010, para un total de 48 estaciones meteorológicas distribuidas en 18 municipios (Servicio Meteorológico Nacional, 2022). En la Figura 2 se presenta la ubicación de las estaciones meteorológicas; sin embargo, cabe señalar que algunas de las estaciones se encuentran muy cerca entre sí, por lo que se utilizó un solo punto para su representación cartográfica.
Los registros de lluvia en 24 horas de las estaciones meteorológicas fueron categorizados usando como base la clasificación echa por Brown et al. (2017), modificada para las condiciones particulares de la zona de estudio (Tabla 1).
Tabla 1 Clasificación de las precipitaciones diarias
Fuente: elaboración propia con base en Brown et al. (2017).
Posteriormente, se desarrolló un índice de precipitación diaria para cada estación meteorológica utilizando la siguiente fórmula:
En donde:
IPD = Índice de precipitación diaria.
Dn = Número de días del mismo nivel de precipitación registrados por la estación.
TD = Total de días de todos los niveles de precipitación registrados por la estación.
Una vez que se obtuvo el IPD de cada estación, se llevó a cabo un promedio de todas las estaciones y se obtuvieron las medias de las variables atmosféricas: precipitación diaria, nivel de precipitación, evaporación diaria, temperatura máxima diaria y temperatura mínima diaria. Los datos obtenidos fueron agrupados por tiempo (décadas) y por espacio (municipios). Con los datos obtenidos por tiempo, se realizó un análisis de tasa de cambio entre décadas mediante la siguiente fórmula:
TC = Da - Dp
En donde:
TC = Tasa de cambio.
Da = Década anterior.
Dp = Década posterior.
Enseguida, se efectuó un análisis de tendencias mediante la prueba estadística no paramétrica de Mann-Kendall con el software de acceso abierto TREND V1.0.2 (De la Mora et al., 2014; EWATER, 2023). La descripción de la significancia de dicho análisis se llevó a cabo utilizando como base la investigación de Alencar y Silva (2017) (Tabla 2).
Posteriormente, se elaboró un análisis de correlación de Pearson con las variables atmosféricas analizadas para comprender las relaciones que existen entre dichas variables y se procedió a realizar una prueba t de Student para determinar si existe una relación o no entre las variables utilizando un nivel de confianza del 95%, con un nivel de significación del 0,05.
Con los datos obtenidos por municipios, se llevó a cabo un análisis de autocorrelación espacial utilizando del índice I de Moran con el software ArcGis, esto con el fin de identificar la existencia de patrones espaciales de agrupación o dispersión en las variables atmosféricas analizadas (González et al., 2020; Environmental Systems Research Institute, 2021). Al igual que en el caso anterior, se consideró un nivel de confianza del 95%, con un nivel de significación del 0,05 y una desviación estándar (puntuación z) de <-1,96 o >+1,96.
Resultados
En la Tabla 3 se muestra el desarrollo histórico de las precipitaciones en la región centro del Estado de México, y se observa que la década en la cual existió mayor precipitación diaria promedio fue 1930. Por su parte, en lo que respecta a los niveles de precipitación, se observa que 1940 fue la década que presentó más días sin lluvia (nivel 0), la década de 1930 fue la que tuvo el mayor porcentaje de días con lluvias ligeras (nivel 1), nuevamente 1930 fue la década que presentó más días con lluvias moderadas (nivel 2), la década del 2000 es la que albergó el mayor porcentaje de días con lluvias fuertes (nivel 3) y la década de 2010 es la que ostenta el mayor porcentaje de días con lluvias intensas (nivel 4); asimismo, destaca que la década de 1950 fue la que presentó mayor promedio de evaporación diaria y la década del 2010 es la que ocupó los promedios de temperatura diaria máxima y mínima más altos de todo el periodo analizado. Cabe señalar que no se presentaron precipitaciones torrenciales (nivel 5) en la zona de estudio.
De forma general, se observa que las primeras décadas tenían un régimen de lluvias caracterizado por precipitaciones nivel 1 y 2; sin embargo, las últimas décadas se han diferenciado por presentar mayor porcentaje de precipitaciones nivel 3 y 4, junto con las temperaturas máximas y mínimas más altas de todo el periodo analizado. Los resultados evidencian que el parámetro que presenta los datos más dispersos es la precipitación nivel 0, seguido por la precipitación nivel 1 y nivel 2; el resto de los datos presentan una baja dispersión.
En la Tabla 4 se advierte que, de los niveles de precipitación analizados, las lluvias nivel 3 son las que presentan el promedio negativo más grande. En cuanto al resto de las variables atmosféricas analizadas, destaca el incremento promedio de 0,3 °C de las temperaturas máximas diarias entre décadas.
En la Tabla 5 se presentan los resultados del análisis de Mann-Kendall, donde se observa que las precipitaciones nivel 1 y nivel 2 manifiestan una tendencia significativa decreciente, lo cual se traduce en que estadísticamente existe una tendencia a la disminución de las lluvias ligeras y moderadas en el centro del Estado de México.
En la Figura 3 se observa que la evaporación diaria es la variable que mostró la tendencia a la baja más pronunciada, mientras que la temperatura máxima diaria presentó la única tendencia significativa creciente.
En la Tabla 6 se muestra que en el caso de las precipitaciones nivel 3 existe una correlación positiva alta con la temperatura máxima, mientras que las precipitaciones nivel 4 muestran una correlación positiva alta con la temperatura mínima, lo cual significa que la cantidad de lluvias fuertes está relacionada directamente con la temperatura máxima del día y la cantidad de lluvias intensas, con la temperatura mínima del día; por el contrario, las precipitaciones nivel 1 presentaron una correlación negativa con la temperatura mínima, lo cual muestra que el incremento en las temperaturas más bajas del día se vincula con la disminución de las precipitaciones ligeras.
Según la prueba de hipótesis para la evaluación de la correlación de Pearson mediante un análisis de t de Student, se encontró que todas las correlaciones analizadas muestran existencia estadística de vinculación entre las variables, ya que presentan datos de p-valor menores a 0,05 (Tabla 7).
En la Tabla 8 se muestra el desarrollo de las precipitaciones por municipios. El municipio en el cual existió mayor promedio de precipitación diaria fue Tenango del Valle; por su parte, en lo que respecta a los niveles de precipitación, se observa que Chapultepec presentó más días sin lluvia (nivel 0), Temoaya fue el que tuvo mayor porcentaje de días con lluvias ligeras (nivel 1), Almoloya del Río es el municipio que presentó más días con lluvias moderadas (nivel 2), nuevamente Tenango del Valle es el que albergó el mayor porcentaje de días con lluvias fuertes (nivel 3) y el municipio de Lerma es el que ostenta el mayor porcentaje de días con lluvias intensas (nivel 4); asimismo, destaca que Almoloya de Juárez fue el municipio que presentó mayor promedio de evaporación diaria y Tenango del Valle ocupó los promedios de temperatura diaria máxima y mínima más altos de todo el periodo analizado.
En la Tabla 9 se presentan los resultados del análisis del índice I de Moran de las variables atmosféricas analizadas. Los datos exponen que la evaporación diaria es la única variable que muestra evidencia estadística de autocorrelación espacial positiva, lo que significa que la evaporación diaria es la única variable que muestra un patrón espacial que, en este caso, es agrupado.
Discusión
Los resultados muestran que se está presentando una redistribución de las intensidades de lluvia en el centro del Estado de México, con una disminución de las lluvias ligeras y moderadas. Dichos resultados concuerdan con los de Méndez et al. (2008), quienes efectuaron un análisis de las tendencias de precipitación en México de 1920 a 2004 y encontraron que la precipitación en la región centro del país está presentando una propensión a la baja.
En un análisis elaborado por López (2016) sobre la distribución temporal de las lluvias en Bogotá, se encontró que el promedio de las precipitaciones anuales se había incrementado entre 1987 y 2003, lo cual coincide con el Estado de México, donde la cantidad promedio de lluvia durante esas mismas fechas aumentó, aunque cabe mencionar que dicho incremento no fue estadísticamente significativo al analizar un periodo de tiempo más largo como el de la presente investigación.
En un estudio realizado por Olusola et al. (2022), en el cual se analizó la intensidad de precipitación en el Tibet de 1980 a 2020, se identificó que a partir del 2010 la precipitación incrementó su intensidad; dicho resultado concuerda también con el Estado de México, en donde la década del 2010 fue la que exhibió los niveles más altos de precipitación nivel 4. Por su parte, Chauhan et al. (2022) mencionan que en la India las lluvias moderadas muestran una tendencia a la baja mientras que las lluvias fuertes presentan una tendencia al alza, lo cual concuerda con los resultados de la presente investigación.
Los cambios en la intensidad de la precipitación tienen severas implicaciones ambientales, pues disminuyen la lluvia efectiva que puede ser aprovechada por el hombre y los ecosistemas (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación [FAO], 1978).
En el caso de la agricultura, Medina (2002) menciona que aquellas precipitaciones diarias menores a 5 mm y mayores a 75 mm no son útiles para los cultivos, por lo cual las precipitaciones que realmente favorecen el desarrollo de los cultivos agrícolas son las lluvias nivel 2 y 3. Si consideramos que las lluvias nivel 2 muestran una tendencia significativa a la baja y que la mayor parte de los terrenos agrícolas en el centro del Estado de México dependen de la lluvia como principal fuente de riego, la disminución en las precipitaciones nivel 2 representará un riesgo importante para la producción agrícola de la región en los próximos años.
En cuanto a la vegetación natural, Zheng y Pan (2022) señalan que las modificaciones en la precipitación generan cambios relativamente pequeños en los bosques de coníferas y latifoliados; sin embargo, los impactos más significativos se presentan en pastos, plantas y arbustos, por lo que estos estratos pueden verse mayormente afectados por el cambio en la intensidad de la lluvia.
Por su parte, Colotti (1999) y la FAO (2010) señalan que la intensidad de lluvia está directamente relacionada con la erosión hídrica del suelo y a mayor intensidad de lluvia la cantidad de agua que se infiltra a aguas subterráneas es menor. En este sentido, Rivera et al. (2012), en su análisis sobre los procesos de erosión en el centro del Estado de México, señalan que las lluvias menores a 15 mm (niveles 1 y 2) favorecen la infiltración del agua y promueven la recarga de mantos freáticos, mientras que las lluvias más intensas (niveles 3 y 4) producen escurrimientos y favorecen la erosión del suelo. Si consideramos que las precipitaciones nivel 1 y 2 disminuirán, tenemos que la cantidad de agua de lluvia que se filtrará en el subsuelo durante las siguientes décadas será menor. Al interior de la zona de estudio se encuentra la Zona Metropolitana del Valle de Toluca, la cual es una de las principales urbes del país. Según datos de la Comisión Nacional del Agua (2023), el acuífero del Valle de Toluca actualmente tiene una disponibilidad media anual de agua subterránea de -110,343 hm3/año, lo que significa que se trata de un acuífero sobreexplotado. Esta situación se agravará en los próximos años debido a la disminución de las lluvias ligeras y moderadas que alimenten a dicho acuífero, lo cual pone en riesgo el abastecimiento de agua potable de la zona conurbada del centro del Estado de México.
En lo concerniente al impacto que genera la lluvia en los fenómenos de inundación, Herrera et al. (2020) señalan que el valor aproximado de precipitación diaria que puede generar problemas de inundación es de 40 mm o más (precipitaciones nivel 3 y 4); sin embargo, los resultados muestran que no hay una tendencia significativa para estos tipos de precipitaciones, por lo que el comportamiento de estos fenómenos requiere de más estudios para conocer a profundidad su comportamiento.
Por otra parte, la temperatura es una de las variables climáticas que muestra más cambios en el periodo estudiado. Los resultados exponen que la temperatura mínima diaria de la región tiene una tendencia no significativa creciente; sin embargo, la temperatura máxima diaria presenta una tendencia significativa creciente, lo que implica que la temperatura máxima diaria en la región está aumentando un promedio de 0,3 °C cada década. En un estudio hecho por Faranak et al. (2020), donde se analizaron las tendencias anuales de la temperatura en la Ciudad de México, se obtuvo un incremento promedio de 0,1 °C por década. En Zacatecas, Santillán et al. (2011) reportan un incremento promedio en la temperatura máxima de 0,068 °C por decenio, mientras que Brohan et al. (2006) establecen que el incremento de la temperatura global por década oscila entre los 0,084 ± 0,021 °C. Los resultados de la presente investigación coinciden con el aumento en la temperatura máxima reportada por los autores antes mencionados; sin embargo, el incremento es mayor al de los casos aludidos.
El aumento en la temperatura máxima diaria puede traer impactos negativos considerables en el territorio, y tal es el caso de las inundaciones. Jie et al. (2023) señalan que el incremento de la temperatura a nivel mundial en 3 °C puede aumentar la magnitud de inundaciones de un 16,4 a un 30,6% e incrementar la frecuencia de estos fenómenos meteorológicos entre un 47 y un 74%; por lo tanto, el impacto en las inundaciones no solo se acrecentaría por el aumento en la intensidad de las lluvias, sino también por el aumento en la temperatura máxima diaria.
En cuanto a las correlaciones se refiere, se obtuvo que el incremento en las temperaturas tanto máximas como mínimas diarias está relacionado con el incremento de las precipitaciones nivel 3 y nivel 4 y la disminución de las precipitaciones nivel 1 y nivel 2, lo cual coincide con la investigación de Durán et al. (2010), quienes señalan en su estudio que los incrementos en las temperaturas se asociaron con la disminución del número de precipitaciones.
Por su parte, la evaporación diaria es la variable climática que presentó la tendencia temporal significativa más pronunciada a la baja, así como los únicos valores significativos de autocorrelación espacial con un patrón agrupado; esto, según Zitouna et al. (2023), se debe a que la evaporación diaria es la variable atmosférica más susceptible a los cambios de uso de suelo debido a su relación con la vegetación, lo cual coincide con la disminución de superficie vegetal y cambios de uso de suelo que ha tenido la zona en los últimos años. Según Adame et al. (2020), la Zona Metropolitana de Toluca, entre 1984 y 2017, sufrió cambios de uso de suelo importantes, con una disminución de la superficie agrícola de 9.538,43 hectáreas y un incremento de la superficie urbana de 9.240,32 hectáreas; dicho periodo concuerda con las décadas que presentaron los valores más bajos de evaporación diaria. Esta tendencia coincide a su vez con el estudio de Jiacan et al. (2022), quienes analizaron cómo la isla de calor formada por una ciudad China favoreció el aumento de temperatura en la zona e incrementó la presión de saturación de vapor de agua, causando así una disminución en la evaporación.
Por otro lado, el Programa Estatal de Acción ante el Cambio Climático del Estado de México señala que la mayor parte de la zona de estudio tiene una vulnerabilidad de baja a media (IEECC, 2020); sin embargo, sería importante considerar los cambios en la intensidad de la precipitación y el aumento en la temperatura máxima diaria para desarrollar mejores estrategias de adaptación ante el cambio climático.
Son varios los esfuerzos que los Gobiernos locales del Estado de México han realizado para adaptarse al cambio climático, entre los que se encuentran los planes de acción climática municipal; sin embargo, debido a la falta de información de los efectos del cambio climático a nivel local, no se han logrado los resultados esperados (Torres, 2019). Es por esta razón que la información de los efectos del cambio climático a nivel local es un insumo necesario para el desarrollo de políticas públicas eficientes.
Conclusiones
El cambio climático mundial está generando modificaciones climáticas locales importantes en la región centro del Estado de México. Las variables atmosféricas que muestran cambios son las precipitaciones ligeras, las precipitaciones moderadas, la evaporación diaria y la temperatura máxima diaria.
Los resultados de la varianza muestran que la variable atmosférica más estable durante el periodo analizado fue la precipitación nivel 4, ya que muestra una mayor estabilidad a través del tiempo; por el contrario, las variables climáticas más inestables fueron la precipitación nivel 0, la precipitación nivel 1 y la precipitación nivel 2. Esto, sumado al análisis de tendencias que señala que las precipitaciones nivel 1 y 2 tienen una tendencia estadísticamente significativa decreciente, da evidencia de que se está presentando una redistribución de la intensidad de lluvias en la zona centro del Estado de México, pues si bien la cantidad de lluvia no muestra cambios estadísticamente significativos, la intensidad de lluvia ligera y moderada si está presentando una tendencia a la baja, lo cual puede generar grandes impactos en el ambiente y hacer que la lluvia efectiva disponible para el hombre y los ecosistemas disminuya.
Por otro lado, se observa que la temperatura máxima diaria está presentando una tendencia al alza, con un incremento promedio por década de 0,3 °C, lo que puede generar efectos significativos en el funcionamiento de los ecosistemas locales y en la vida diaria de los habitantes de la zona.
Por su parte, la evaporación diaria es la variable atmosférica que está presentando la tendencia decreciente más pronunciada; asimismo, es la única variable que muestra una autocorrelación espacial de agrupamiento, lo cual nos indica que es la variable atmosférica más susceptible al cambio climático en la zona centro del Estado de México.
De manera general, los análisis del cambio climático a nivel local son muy importantes porque proveen información esencial para el diseño de políticas públicas efectivas de adaptación ante el cambio climático, por lo cual es necesario continuar con este tipo de estudios para obtener diagnósticos precisos que nos permitan responder mejor a los cambios ambientales que se avecinan en las próximas décadas.
Finalmente, la lluvia es un recurso vital que garantiza el acceso al agua potable en muchas regiones del centro del Estado de México, por lo que el cambio en su intensidad implica cambios ambientales, sociales y económicos que deben ser estudiados con mayor profundidad.
