Orozco-Montoya, Ricardo. A.¹
Con:  Penalba*, Olga. C.²

RESUMEN 

Las sequías son consideradas como la amenaza natural más compleja debido a su naturaleza intrínseca que afectan a diferentes actividades socioeconómicas, siendo el sector agrícola uno de los primeros en experimentar sus efectos. Por ello, tomando en cuenta que la región centroamericana es considerada una de las más expuestas a cambios en el clima, resulta importante profundizar en la variabilidad de este evento. El área de estudio se delimita a la Región Tropical Húmeda del Caribe (RTHC) de Costa Rica, territorio que concentra la mayoría de la producción agrícola exportadora del país (banano y piña).

El estudio de la sequía ha sido casi nulo en la RTHC, debido a que posee un alto régimen anual de lluvias.  Sin embargo, en los últimos años el sector agrícola ha percibido una disminución en la precipitación. A partir de un análisis inicial de la Estación Limón, como referente para la investigación, ubicada a 5 msnm y localizada en las coordenadas geográficas 9.96°N y 83.02°O, en un período de 74 años, se observaron distintos periodos secos que pueden afectar al cultivo de piña (Ananas comosus) y banano (Musa spp). La caracterización de las sequías y su variabilidad espacial ayudará a tomar medidas para minimizar sus impactos. Uno de los objetivos de la investigación doctoral consiste en caracterizar climáticamente las sequías, analizar su variabilidad espacio-temporal en la Región Tropical Húmeda del Caribe (RTHC) de Costa Rica y evaluar la incidencia del cambio climático en la etapa fenológica del cultivo de piña y banano. En el caso específico de este trabajo, el objetivo es analizar cómo se comporta un indicador de sequía frente a la problemática de no estacionaridad del clima, con énfasis en el trimestre DEF. 

INTRODUCCIÓN   

La región caribeña de Costa Rica presenta el mayor grado de vulnerabilidad del sector agropecuario ante cambios en el clima (Bouroncle et al., 2015). En esta región se producen los principales productos agrícolas de exportación del país (banano y piña) que representan el 36% y 34% de las exportaciones del sector (PROCOMER, 2019). El cultivo de banano (Musa spp) alcanzó las 43013 hectáreas en producción durante 2019 (CORBANA, 2020), mientras que la piña (Ananas comosus) es el producto de mayor expansión en los últimos años, con 55280 hectáreas en el 2016 y una tasa de crecimiento anual del 12% (PRIAS, 2017).   

La piña y el banano en Costa Rica se cultivan durante todo el año. El rango óptimo de precipitación para la piña es entre 1200 y 2000mm distribuidos durante el año (Pérez y Garbati, 2004), desarrollándose adecuadamente con hasta 50mm mensuales. Los aportes menores de precipitación mensual reducen el crecimiento, alargan el ciclo y disminuyen el peso de la fruta (Jiménez, 1999). Por su parte, el banano necesita al menos 25mm de agua a la semana y una lluvia que se distribuya uniformemente a lo largo del año (Robinson y Galán-Saúco, 2010). Los aportes menores de precipitación pueden reducir y paralizar la emisión de hojas, por lo que en casos de déficit hídrico, la instalación de sistemas de riego es prioritaria (Galán-Saúco y Robinson, 2013). La vertiente Caribe de Costa Rica presenta dos periodos con bajas precipitaciones, por debajo de los 100mm mensuales: febrero a abril (FMA) y setiembre-octubre (SO) (Amador et al., 2013). 

Dado lo anterior, el monitoreo climático para el cultivo de piña y banano en Costa Rica se da entre setiembre y abril, siendo más crítico el trimestre diciembre, enero y febrero (DEF) que acumula en promedio un 32.5% de la precipitación anual (Sáenz y Amador, 2016; Villalobos y Rojas, 2016). Dado que DEF se ubica entre dos periodos con mínima precipitación, su importancia en la distribución de lluvias se incrementa, ya que, un déficit en este trimestre produciría pérdida de humedad del suelo para el segundo periodo (FMA). Basado en ello, uno de los objetivos de la investigación doctoral consiste en caracterizar climáticamente las sequías, analizar su variabilidad espacio-temporal en la Región Tropical Húmeda del Caribe (RTHC) de Costa Rica y evaluar la incidencia del cambio climático en la etapa fenológica del cultivo de piña y banano. En el caso específico de este trabajo, el objetivo es identificar el índice más adecuado para el análisis de sequía en la región y analizar cómo se comporta este indicador frente a la problemática de no estacionaridad del clima, con énfasis en el trimestre DEF. 

DATOS Y METODOLOGÍA 

El área de estudio se delimita a la Región Tropical Húmeda del Caribe (RTHC) de Costa Rica, que posee una extensión de 23130 km². Para llevar a cabo el objetivo se utilizó la precipitación mensual de la estación Limón como referente, la cual se ubica a 5msnm y se localiza en las coordenadas geográficas 9.96 °N y 83.02 °O (Figura 1). Esta estación posee una serie histórica con un periodo de 74 años (1943-2016), por lo que se utilizó como estudio piloto para replicar en otras estaciones y regiones durante la investigación. Los datos fueron suministrados por el Instituto Meteorológico Nacional (IMN) de Costa Rica. 

Figura 1. Ubicación de la Estación Limón en la RTHC de Costa Rica, Centroamérica.  

En la literatura existen numerosos índices para caracterizar a las sequías, los cuales tienen como objetivo analizar el estado cualitativo de las sequías en el entorno en un periodo de tiempo determinado (OMM, 2016). Dichos índices deben monitorearse con la finalidad de determinar el inicio y fin de los eventos de sequía y sus características espacio-temporales (Rivera, 2014). Este trabajo compara 4 índices de sequía con el fin de evaluar cuál de ellos es el más adecuado en la región de interés. Los índices analizados son: Índice de Precipitación Estandarizado (IPE), Índice de Deciles (ID), Standardized Monthly Precipitation (Z-Score) y Porcentaje de la Precipitación Normal (PPN), los cuales categorizan a las sequías en clases según el cuadro 1. 

Para el cálculo del ID los valores de precipitación para cada mes se ordenan descendentemente para construir una distribución de frecuencia acumulativa que luego se divide en 10 partes o deciles. De acuerdo con Morid et al., (2006), los deciles se agrupan en 5 clases (2 deciles por clase), definiendo eventos de sequía de la siguiente forma: si la precipitación cae al 20% más bajo (deciles 1 y 2), se clasifica como muy por debajo de lo normal. Los deciles 3 a 4 (20 a 40%) indican precipitación por debajo de lo normal, los deciles 5 a 6 (40 a 60%) indican precipitación casi normal, 7 y 8 (60 a 80%) indican precipitación por encima de lo normal y 9 y 10 (80 a 100%) indican precipitaciones muy por encima de lo normal.

El Z-Score es una cantidad adimensional y se calcula para cada escala de tiempo considerada como la diferencia entre la precipitación acumulada y el promedio de la precipitación, dividido entre la desviación estándar de la población. De esta forma, el Z-Score indica cuántas desviaciones estándar un valor de precipitación se encuentra por encima o por debajo del promedio, definiendo así el evento de sequía. 

Por su parte, para el PPN debe obtenerse el valor medio para el mes o periodo de tiempo considerado. Luego, el valor de precipitación de ese mes o periodo se divide por la media y se multiplica por 100 para obtener el porcentaje. De esta forma, los eventos de sequía corresponden a valores por debajo del 100%. 

Para el Índice de Precipitación Estandarizado (IPE) (McKee et al., 1993), un evento de sequía se definió como el período de tiempo donde los valores de IPE están por debajo o iguales a -1.0. Este índice permite caracterizar dicho evento a partir de su duración, magnitud y severidad. De esta forma, el inicio (fin) del evento de sequía se determinó como el primer (último) mes en el cual los valores de IPE fueron menores o iguales a -1,0; y su duración (en meses) corresponde al período de tiempo entre el inicio y el fin de este. La magnitud es la suma del valor del IPE durante el evento de sequía, la severidad media es el promedio de los valores de IPE durante el evento de sequía y la severidad máxima corresponde al máximo valor del IPE durante el evento de sequía. Para más información sobre la definición de los índices de sequía referirse a OMM (2016).

Adicionalmente, estos índices permiten caracterizar en distintas escalas temporales a los eventos de sequía y así generar una clasificación en sequías meteorológicas, agrícolas, hidrológicas y socioeconómicas (OMM, 2016). En el caso particular de este trabajo, la aplicación se realizó en sequía agrícola y se eligió una escala temporal de 3 meses para caracterizar los eventos de sequía y se evaluaron los distintos índices en el periodo completo (1943-2016). Debido a que en la década del 70 se produjo un salto climático (Guilderson y Schrag, 1998), se evaluarán los eventos de sequía en 2 periodos de 31 años excluyentes: 1943-1973 y 1986-2016, con el fin de analizar si la ocurrencia de sequía se vio alterada. 

Finalmente, dada la problemática planteada en el área de estudio y a que el trimestre diciembre, enero y febrero (DEF) es el más crítico en el monitoreo del cultivo de piña y banano, se evaluó la ocurrencia de sequías en este trimestre. 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 

Inicialmente, se compararon la ocurrencia de los distintos índices. En la figura 2 se presenta la frecuencia absoluta en las distintas categorías, observándose que el IPE y el Z-score se comportan de manera similar en cada categoría. El único índice que identifica sequías extremas es el ID, con 8 casos. El PPN e ID presentan más casos en las categorías de humedad y sequía severa, mientras que IPE y Z-score presentan más casos en categoría normal y sequía moderada. Dado lo anterior y aunque los 4 índices necesitan datos mensuales de precipitación como parámetro de entrada y son clasificados con alta facilidad de uso (OMM, 2016), se elige el IPE para el desarrollo del estudio. Además dicho índice posee similitud con el Z-score y es recomendado como el principal índice de sequía meteorológica para vigilar y seguir las condiciones de sequía (OMM, 2016). 

Figura 2. Histograma de frecuencias de las distintas categorías para los índices IPE, ID,
Z-Score y PPN.  

Seguidamente, una vez elegido el IPE para la caracterización de los eventos de sequía se analizaron éstos para cada periodo excluyente de 31 años, encontrando que el número de eventos de sequía (30) del periodo 1986-2016 es mayor al ocurrido en el periodo 1943-1973 (23 eventos). Al analizar las distintas características de los eventos de mayor duración en cada periodo se observa que en el periodo 1943-1973, se presentó un evento con 8 meses de duración (enero a agosto de 1969), mientras que en el periodo 1986-2016 la mayor duración fue de 7 meses (octubre del 2013 a abril del 2014) (Cuadro 2). 

Respecto a la magnitud, el periodo 1943-1973 destaca por eventos con magnitudes superiores a -7, siendo el evento del año 1969 el que presentó mayor magnitud (-12.43), mientras que en el periodo 1986-2016, el evento con mayor magnitud no supera -9.28. Similares resultados de severidad máxima se dieron en el siglo XX en el quindenio 1955-1969, donde la mayoría de los eventos posee valores por encima de -2 (Cuadro 2). No obstante, los eventos con mayor severidad se dieron en el periodo 1986-2016, ya que para el periodo 1943-1973 la severidad media mayor fue de -1.87 con una duración de 4 meses, mientras que el periodo 1986-2016 presenta 2 eventos con severidades medias por encima de dicho valor (-1.97 y -1.96) con duraciones de 2 y 1 mes respectivamente. 

Finalmente se analiza el IPE3 en el trimestre DEF (IPE3Feb), identificándose 12 eventos de sequía para el periodo 1943-1973 y 11 eventos para el periodo 1986-2016 (Figura 3). Es interesante observar que, aunque la cantidad de eventos en el periodo 1943-1973 es levemente mayor, los ocurridos en el periodo 1986-2016 poseen severidades superiores (Cuadro 3). Además, se destaca el evento ocurrido en el 2014 como el de severidad mayor durante los dos periodos de análisis, seguido por el ocurrido en 1946. Por otro lado, el periodo 1986-2016 concentra más de 4 eventos con severidades por arriba de -1.2 mientras que el periodo 1943-1973 solo 3. Se identifica que la década del 60 concentra 6 eventos mientras que la última década del registro (2006-2016) concentra 4 eventos (2007, 2008, 2013 y 2014), donde los dos últimos ocurridos presentan severidades mayores a -1.3. 

Figura 3. Serie del índice IPE3Feb para los periodos 1943-1973 y 1986-2016. 

CONCLUSIONES 

A partir del estudio preliminar llevado a cabo en la estación Limón, se concluyó que el IPE es la mejor opción para la detección de los eventos de sequía. Al evaluar el IPE3, sin distinción de meses, la severidad máxima, duración y magnitud tienden a ser levemente mayor en el primer período. El análisis del IPE3Feb no presenta más eventos de sequía en el período más reciente y su severidad tiende a ser de la misma magnitud que en el primer periodo. Sin embargo, es importante mencionar que el trimestre DEF 2018-19 ha sido el segundo año con menores lluvias trimestrales en la región, con fuerte impacto en la producción de piña (IMN, 2019). Profundizar este tipo de estudio, con estaciones distribuidas en la región caribeña, permitirá evaluar la distribución espacio-temporal de las condiciones de sequías.

REFERENCIAS

Amador, JA; Alfaro, EJ; Hidalgo, HG; Soley, FJ; Solano, F; Vargas, JL; Sáenz, F; Calderón, B; Pérez, PM; Vargas, JJ; Díaz, R; Goebel, A; Montero, A; Rodríguez, JL; Salazar, A; Ureña, P; Mora, N; Rivera, I; Vega, C; Bojorge, C. 2013. Clima, variabilidad y cambio climático en la Vertiente Caribe de Costa Rica: Un estudio básico para la actividad bananera. Universidad de Costa Rica y Corporación Bananera Nacional (CORBANA).

Bouroncle, C; Imbach, P; Läderach, P; Rodríguez, B; Medellín, C; Fung, E; Martínez-Rodríguez, M.R; Donatti, C.I. 2015. La agricultura de Costa Rica y el cambio climático: ¿Dónde están las prioridades para la adaptación? CGIAR Research Program on Climate Change, Agriculture and Food Security (CCAFS). Copenhague, Dinamarca. 

CORBANA. 2020. Estadísticas. Recuperado de: http://www.corbana.co.cr/banano-de-costa-rica/#estadistica

Galán-Saúco, V. y Robinson, J.C. 2013. Fisiología, clima y producción de banano. XX Reunião Internacional da Associação para a Cooperação em Pesquisa e Desenvolvimento Integral das Musáceas (Bananas e Plátanos) 9 a 13 de setiembre de 2013 – Fortaleza, CE. 

Guilderson, T.P., Schrag, D.P. 1998. Abrupt shift in subsurface temperatures in the tropical Pacific associated with changes in El Niño. Science 281, 240–243.  

IMN (Instituto Meteorológico Nacional). 2019. Boletín meteorológico enero 2019. San José, Costa Rica. 

Jiménez, J. 1999. Manual práctico para el cultivo de piña de exportación. Cartago: Editorial Instituto Tecnológico de Costa Rica. 

Laboratorio PRIAS. 2017. Actualización del paisaje productivo piñero al año 2016, publicado a través del visor del Sistema Nacional de Información Territorial. San José, Costa Rica.

McKee, T; Doesken, N; Kleist, J. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. En: Eight Conference on Applied Climatology, 17-22 January 1993, Anaheim, California. 

Morid, S., Smakhtin, V., Moghaddasi, M. 2006. Comparison of seven meteorological indices for drought monitoring in Iran. Int. J. Climatol. 26: 971–985. 

OMM. 2016.  Manual de indicadores e índices de sequía. OMM N°-1173.  

Pérez, J y Garbati, F. 2004. Preparación de suelos para la producción de piña. Ministerio de Ciencia, Tecnología y Ambiente. Cuba. 

PROCOMER. 2019. Anuario Estadístico 2019. Recuperado de: https://www–procomer–com.insuit.net/exportador/documentos/anuario-estadistico-2019/

Rivera, J.A. 2014. Aspectos climatológicos de las sequías meteorológicas en el sur de Sudamérica. Análisis regional y proyecciones futuras. Tesis doctoral, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina. 

Robinson, J.C y Galán-Saúco, V. 2010. Bananas and Plantains (2nd ed.), CAB International, Wallingford. UK (2010), pp. 67-75. https://doi.org/10.1079/9781845936587.0067

Sáenz, F y Amador, J.A. 2016. Características del ciclo diurno de precipitación en el Caribe de Costa Rica. Revista de Climatología, Vo.16, 21-34.

Villalobos, R y Rojas. N. 2016. Descripción del clima: Cantón de Limón. Instituto Meteorológico Nacional, San José, Costa Rica. 

1. Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, Pabellón II, Ciudad Universitaria, Núñez, CP-1428, Buenos Aires, Argentina. Contacto: rorozco@at.fcen.uba.ar [↩]
2. Directora de tesis doctoral. Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Intendente Güiraldes 2160, Pabellón II, Ciudad Universitaria, Núñez, CP-1428, Buenos Aires, Argentina. [↩]

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