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Ingeniería. Revista de la Universidad de Costa Rica
Vol. 34, No. 1: 1-06, Enero-Junio, 2024. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica
Esta obra está bajo una Licencia de Creative Commons. Reconocimiento - No Comercial - Compartir Igual 4.0 Internacional
El fenómeno ENSO y la precipitación de la Zona Protectora
Monte Alto, Costa Rica
The ENSO phenomenon and the precipitation of the Monte Alto Protected Zone, Costa Rica
Gloriana Guzmán Vindas 1, Miguel Méndez García 2, Carlos Rojas Alvarado 3
1 Escuela de Ingeniería de Biosistemas, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica,
email: gloriana.guzmanvindas@ucr.ac.cr
2 Zona Protectora Monte Alto, Área de Conservación Tempisque, Guanacaste, Costa Rica,
email: miguel.mendez@sinac.go.cr
3 Escuela de Ingeniería de Biosistemas e Instituto de Investigaciones en Ingeniería, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica,
email: carlos.rojasalvarado@ucr.ac.cr
Recibido: 17/02/2023
Aceptado: 31/07/2023
Resumen
Mucho se habla de los cambios climáticos producto de fenómenos atmosféricos de orden regional y
global; sin embargo, no siempre se cuenta con evidencia relacionada a ellos. Esta comprobación cientíca
es necesaria para visualizar la dimensión de su efecto y para sentar las bases de manejo y conservación
de los servicios ecosistémicos que sustentan el estilo de vida moderno. En este trabajo, se ha hecho un
análisis de series de tiempo del registro mensual de precipitación de la Zona Protectora Monte Alto en
Hojancha, Costa Rica, para el periodo entre mayo 2013 y noviembre 2022. Se ha descubierto que una
disrupción del patrón temporal de precipitación durante la temporada lluviosa del año 2017 tomó alrededor
de dos años para regresar a lo observado en el año 2013. Tal disrupción estuvo directamente vinculada
con un periodo frío del fenómeno ENSO, conocido coloquialmente como “La Niña” y fue seguida por
otra disrupción similar, cuyo efecto continuó hasta nales del 2022. Los datos acá presentados sugieren
que el fenómeno ENSO tiene un efecto directo sobre la precipitación de la Zona Protectora Monte Alto,
cuya función original en el contexto local es la de proveer agua potable a las comunidades aledañas. Las
oscilaciones con variabilidad extrema en el ciclo hidrológico, aparentemente más frecuentes en los últimos
años en el contexto local de este análisis, tienen un efecto real sobre la calidad de vida de las poblaciones
afectadas y merecen seguir siendo documentadas y cuanticadas para incrementar la resiliencia por
adaptación de las sociedades afectadas.
Palabras Clave:
Adaptación,
cambio climático,
eventos extremos,
Guanacaste,
Hojancha,
resiliencia.
Keywords:
Adaptation,
climate change,
extreme events,
Guanacaste,
Hojancha,
resilience.
DOI: 10.15517/ri.v34i1.54178
Abstract
Much is discussed about the climatic changes associated with regional or global atmospheric
phenomena. Empiric evidence, however, only sometimes supports such claims even though it is necessary
to visualize the strength of their effects and their relevance for the management and conservation agendas
of those biosystems supporting the modern lifestyle. This work conducted a time series analysis with
monthly precipitation data from the Monte Alto Protected Zone in Hojancha, Costa Rica, between May
2013 and November 2022. A disruption in the temporal pattern was detected in the rainy season of 2017,
and it took about two years to return to the state observed back in 2013. Such disruption was linked to
a cold period of the ENSO phenomenon, colloquially known as “La Niña”, and followed by a second
disruption with an effect lasting until this moment. The data presented herein suggests that ENSO directly
affects the precipitation pattern in the Monte Alto Reserve, whose original conservation purpose was to
provide drinking water to local populations. The oscillations in the hydrological cycle, apparently more
frequent in the last years based on the local context of this analysis, inuence the quality of life of the
affected populations and deserve monitoring for proper documentation and quantication intended to
increase human resilience by means of adaptation.
GUZMÁN, MÉNDEZ, ROJAS: El fenómeno ENSO y la precipitación de la Zona Protectora Monte Alto, Costa Rica. 2
INTRODUCCIÓN
El seguimiento de los patrones de precipitación en el tiempo es
de suma importancia para la gestión inteligente del recurso hídrico.
Desde hace muchas décadas se ha realizado tal tarea con un enfoque
cientíco [1] y, recientemente, su estudio se ha orientado hacia la
perspectiva ciudadana o la política [2, 3]. Ambas orientaciones
encuentran su intersección lógica al visualizar el tema general de
aprovisionamiento de agua como un recurso ecosistémico esencial
para el mantenimiento del estilo de vida moderno [4].
Bajo ese marco de trabajo, el efecto de fenómenos climáticos,
como el ENSO, sobre la disponibilidad ecosistémica del recurso
hídrico, debe ser monitoreado para comprender el grado de resiliencia
y vulnerabilidad de las comunidades que se abastecen del mismo
[5]. Lo anterior debido a que la disponibilidad de agua destinada a
uso humano está directamente vinculada con tal aprovisionamiento
ecosistémico a través del ciclo hidrológico [6]. Es decir, que el
agua disponible para uso poblacional depende en gran medida de
la recarga natural de los acuíferos y de los reservorios naturales
presentes en los diferentes ecosistemas. Únicamente de esta forma se
puede incrementar el grado de adaptabilidad presente y futuro de las
poblaciones humanas y de los sistemas naturales circundantes [7].
En el caso de Costa Rica, la provincia de Guanacaste es
quizás la región más vulnerable a los cambios en los regímenes
de precipitación [8] y cualquier impacto se magnica debido al
uso inefectivo de las ciencias climáticas en esa parte del país [9].
En Guanacaste, desde hace muchos años, se han dado iniciativas
de protección del recurso hídrico y un ejemplo de ello es la Zona
Protectora Monte Alto, en el cantón de Hojancha [10], de la cual
se extrae agua potable para algunas comunidades de ese sector
de la provincia. En esa zona del país, se conoce bien el efecto del
fenómeno ENSO como un promotor de desastres naturales, pero
no necesariamente se concibe como un modulador hídrico a nivel
paisajístico [3].
Debido a lo anterior, es importante evaluar registros de
precipitación en la zona de Guanacaste cuando existan los datos
adecuados para hacerlo. Por ello, el objetivo del presente trabajo es
analizar el patrón de precipitación registrado en la Zona Protectora
Monte Alto bajo el marco de análisis regional de efecto del fenómeno
ENSO. Tal estrategia representa un insumo cientíco local con
aporte al manejo del recurso hídrico en la zona de Guanacaste y
a la comprensión de la vulnerabilidad socioeconómica regional.
Metodología
Este estudio se basa en datos obtenidos en la Zona Protectora
Monte Alto (abreviada acá como ZPMA), una zona protegida adscrita
al Área de Conservación Tempisque, localizada en la comunidad de
Pilangosta de Hojancha, en la provincia de Guanacaste. Esta reserva
protege zonas de bosque húmedo tropical y bosque muy húmedo
premontano entre 430 y 880 msnm, y cuenta con una precipitación
anual cercana a los 2500 litros por metro cuadrado en un periodo
lluvioso que normalmente se extiende de mayo a noviembre.
En este sitio, se anota el acumulado de las precipitaciones
diarias en una bitácora dedicada a tal registro y se hacen análisis
mensuales de precipitaciones desde el mes de mayo de 2013 cuando
tal actividad comenzó a sistematizarse. Para efectos de registro, se
usó un pluviómetro manual colocado en una zona abierta cercana
al estacionamiento para visitantes. Este dispositivo está atado a un
poste a una altura cercana a un metro de distancia de piso y no existe
vegetación directamente dispuesta sobre el mismo. Para validar
este registro, se llevó a cabo una correlación de tales datos con los
registrados ocialmente por el Instituto Meteorológico Nacional
en la estación de Pilangosta de Hojancha, a unos 3 km al noroeste.
Con el registro mensual de 115 meses (9 años y 7 meses
continuos de datos) se procedió a realizar un análisis de series
de tiempo con el paquete “technical trading rules (TTR)” en el
ambiente R [11]. Con esta técnica, se puede descomponer la relación
entre una variable dependiente del tiempo en varios componentes,
dentro de los que la temporalidad y la tendencia general son muy
relevantes porque permiten visualizar los patrones subyacentes,
que son difíciles de analizar en la relación original.
Posteriormente, se inició con un proceso de suavizamiento de
la relación original usando un factor de media móvil simple de orden
3. Este paso se realizó para minimizar el peso de las uctuaciones
naturales asociadas con la variabilidad natural del sistema. Tras
ese paso, se procedió a descomponer la serie de tiempo en cuatro
componentes llamados “observado”, “tendencia”, “temporalidad” y
“aleatorio”, que explican, respectivamente, las relaciones numéricas
originales, la tendencia subyacente en los datos, las características
cíclicas y al nal se comparan todas las anteriores con un patrón
azaroso. En el caso del componente de temporalidad, se obtuvieron
los coecientes de variación temporal más altos y bajos en la serie,
iguales para cada año, y los que estadísticamente indican cuales
periodos mensuales son los más y menos lluviosos en la base de
datos estudiada.
De forma paralela a lo anterior, se accedió a la información
de dos índices del fenómeno ENSO rutinariamente publicados por
la Ocina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica
(NOAA, www.noaa.gov). Estos índices, llamados ONI y Niño 1+2,
corresponden con dos estimadores mensuales de variabilidad de
temperatura en el Océano Pacíco y son útiles para evaluar el efecto
de fenómeno ENSO sobre el clima regional o local. De esta forma,
a cada mes en la serie de datos se le asignó el correspondiente valor
de cada índice y, con el caso del ONI, se clasicaron los diferentes
meses en “cálidos”, si el valor del índice fue mayor a 0.5, “neutrales”
con valores entre 0.5 y -0.5, y “fríos” cuando el índice mostró
valores menores a -0.5. En el estudio rutinario del fenómeno ENSO,
los meses cálidos están asociados con la manifestación climática
conocida como “El Niño” con décits típicos en precipitaciones;
los meses fríos con “La Niña” que trae un aumento en las mismas,
y los meses neutrales con precipitaciones en rangos medios. El
índice Niño 1+2 muestra un promedio de las temperaturas de la
supercie del océano en la zona más cercana a la costa americana
entre los 0° - 10° de latitud sur. Desde el año 1950, su valor ha
oscilado entre los 18.9 - 29.3 °C, con un promedio de 23.0 °C, y
su interpretación es similar a la del índice ONI con valores altos
asociados con “El Niño”, fríos con “La Niña” e intermedios con
los periodos “neutrales”.
GUZMÁN, MÉNDEZ, ROJAS: El fenómeno ENSO y la precipitación de la Zona Protectora Monte Alto, Costa Rica. 3
Con base en un cambio en las desviaciones con respecto
a la precipitación media, se dividió el set de datos temporal en
dos secciones. La primera sección de 52 meses correspondió
con el periodo entre mayo 2013 y agosto 2017 (desviación
general de -24.13, llamado Periodo A) y la segunda sección de
63 meses correspondió con el periodo entre setiembre 2017 y
noviembre 2022 (desviación general de 19.01, llamado Periodo
B). Para cada uno de estos periodos, así como para la base de
datos general, se obtuvieron los valores medios de precipitación
y las correspondientes desviaciones estándar. De igual forma,
se cuanticaron las frecuencias relativas de observaciones en
periodos cálidos, neutrales y fríos por cada uno de estos periodos,
y se hizo una prueba de Chi cuadrado para determinar diferencias
en tal composición de frecuencias relativas por periodo.
Al mismo tiempo se hicieron pruebas estadísticas de Kruskal
Wallis para evaluar diferencias en los valores de precipitación,
los valores de los índices ENSO y los coecientes de “tendencia”
extraídos del análisis de series de tiempo según categoría ENSO
(meses “fríos”, “cálidos” y “neutrales”). En todos los casos, se
evaluó la homocedasticidad con una prueba de Levene y en los
casos de diferencias, se usó una prueba de Tukey para evaluar
la presencia de estas. Para evaluar diferencias asociadas con los
mismos indicadores entre periodos A y B, se usaron pruebas de
Mann Whitney. El efecto relativo del fenómeno ENSO sobre
las precipitaciones observadas en Monte Alto se abordó a partir
de un análisis de regresión lineal aplicado a los coecientes de
tendencia y el índice ONI. En todos los casos de análisis, para
efectos de prueba de hipótesis, se usó un valor alfa de 0.05 y las
pruebas se corrieron en el software PAST v4.06b [12].
RESULTADOS
La correlación entre los valores de precipitación registrados
en la ZPMA y la estación de Pilangosta del Instituto Meteorológico
Nacional fue de 0.97, con un coeciente de determinación de
0.94. Según el análisis de series de tiempo (Fig. 1), se observó
una clara estacionalidad del patrón de precipitaciones durante
cada año en la relación de datos observados (gura superior) y
en la relación de datos temporales (tercera gura de arriba hacia
abajo). En esta última, los coecientes de variación temporal más
altos y bajos en la serie analizada correspondieron a los valores
de 212.86 para el mes de noviembre (más húmedo cada año) y
-213.74 para el mes de marzo (más seco cada año). De forma
esperada, la relación aleatoria mostró oscilaciones sin patrón
denido alrededor del valor central de cero (gura inferior). Sin
embargo, de manera interesante, la relación de tendencia sugirió
un aumento en la variabilidad asociada con las precipitaciones en
el tiempo (segunda gura de arriba hacia abajo). Tal aumento se
mostró como una disrupción de un patrón oscilatorio alrededor
de 217 ± 188 litros por metro cuadrado hasta el periodo lluvioso
del año 2017, a partir de cuya fecha se incrementó la magnitud
y el periodo de las oscilaciones alrededor de un valor cercano a
los 261 ± 248 litros por metro cuadrado.
Fig. 1. Diagramas de patrones subyacentes generados a partir del análisis de series de tiempo aplicado al
registro de precipitaciones del periodo 2013-2022 de la ZPMA.
GUZMÁN, MÉNDEZ, ROJAS: El fenómeno ENSO y la precipitación de la Zona Protectora Monte Alto, Costa Rica. 4
Se determinó que la precipitación anual en Monte Alto
oscila alrededor de 2756 ± 223 litros por metro cuadrado. De
forma similar, el valor medio registrado de los índices ONI y
Niño 1+2 fue de -0.0004 ± 0.87 y 23.13 ± 2.26, respectivamente;
y el valor medio de los coecientes de tendencia fue de 225 ±
45 litros por metro cuadrado. Se encontraron diferencias en las
frecuencias relativas de meses categorizados según el índice ONI
entre el set de datos general y los dos periodos evaluados (x2 =
36.49, P < 0.001). Se observó que, tanto para la base de datos
general como para el Periodo A (Fig. 2), la mayor frecuencia
estuvo asociada con los meses neutrales en un 45 % y un 58 %,
respectivamente; mientras que para el Periodo B en un 49 % de
los meses fueron fríos.
Fig. 2. Distribución porcentual de la clasicación mensual aplicada según
el valor del Índice ONI para el set de datos completo y para cada periodo
identicado.
Fig. 3. Valores de precipitación media por periodos de análisis y tipo de mes
según la clasicación basada en el Índice ONI.
No se observaron diferencias signicativas en la precipitación
según la categorización mensual en estados cálidos, fríos o
neutrales, lo cual se mantuvo aún dentro de los periodos analizados
(Fig. 3); pero sí hubo diferencias en los valores del índice Niño
1+2 (H = 11.6; P < 0.003, Levene P = 0.4) y en los coecientes de
tendencia (H = 30.2; P < 0.0001, Levene P = 0.08), siempre con
los meses fríos mostrando la ubicación de las diferencias (Tukey
P < 0.05 en ambos casos). De forma similar, no hubo diferencias
en precipitación entre los Periodos A y B; pero sí se observaron
diferencias en los índices ONI (U = 870.5; P < 0.0001) o Niño
1+2 (U = 1164; P < 0.007) y en los coecientes de tendencia
(U = 777; P < 0.0004, Fig. 4 ).
Fig. 4. Variación signicativa (U Mann Whitney) en los valores del coeci-
ente de tendencia entre periodos A y B según el registro de precipitaciones
de la ZPMA durante 2013-2022. La línea roja indica el valor medio de
periodo completo.
Finalmente, al analizar la relación entre los dos índices del
fenómeno ENSO y la tendencia en las precipitaciones observadas
en Monte Alto, se encontró una correlación de intensidad media,
pero signicativa, entre el ONI y la relación de tendencia (Fig. 5).
En esta relación, se observa claramente cómo a menor valor de
ONI (asociados con estados fríos, o “La Niña”) hay una mayor
tendencia a precipitaciones, cuya magnitud y variabilidad también
se ve incrementada. La signicancia de la relación sugiere que la
tendencia en las precipitaciones es dependiente del ONI.
Fig. 5. Diagrama de correlación entre el coeciente de tendencia extraído
del análisis de series de tiempo y el Índice ONI para el periodo 2013-2022 a
partir del registro de precipitaciones de la ZPMA.
DISCUSIÓN
Los datos de precipitación registrados en la ZPMA son
conables según la comparación llevada a cabo con datos
ociales y los resultados expuestos en este análisis apuntan en
GUZMÁN, MÉNDEZ, ROJAS: El fenómeno ENSO y la precipitación de la Zona Protectora Monte Alto, Costa Rica. 5
dos direcciones. En primer lugar, sugieren que el fenómeno ENSO
ha afectado el patrón de precipitación en la ZPMA en el periodo
analizado y que tal efecto se expresa en mayor grado durante
los periodos fríos o de “La Niña”. En segundo lugar, debido a
que la disrupción inicial observada en el registro de analizado
se dio alrededor de agosto del 2017, es fácil observar que la
tendencia generalizada de precipitaciones se ha manifestado de
forma diferente antes y después de la misma.
Los resultados acá mostrados no implican causalidad de
ninguna forma y no se puede establecer únicamente con este
estudio que el fenómeno ENSO es el principal factor de efecto
sobre las precipitaciones registradas en la ZPMA. Existen otras
variables importantes como los cambios en el uso del suelo, la
variabilidad asociada con la Zona de Convergencia Intertropical
y la frecuencia o intensidad estacional de formación de ciclones
tropicales [13]. Sin embargo, los resultados expuestos acá
son útiles para mostrar el vínculo entre variables de ámbito
regional como el fenómeno ENSO y el efecto potencial en las
precipitaciones locales.
Es interesante ver que tanto el índice ONI como el Niño 1+2
mostraron validez en términos de las interpretaciones llevadas
a cabo. En el caso del primero, su uso facilitó la visualización
de patrones grácos al ser un índice más intuitivo y general. Sin
embargo, el índice Niño 1+2 evidenció diferencias signicativas
entre las tres categorías del fenómeno ENSO, al ser un índice más
sensible a los patrones climáticos cercanos a la costa americana.
Para efectos de monitoreo futuro en la ZPMA, ambos índices
pueden seguir usándose para análisis y estudio de los patrones
de precipitación.
Es importante conocer que, para el sitio de estudio escogido,
las relaciones entre los valores registrados de precipitación y
los índices del fenómeno ENSO existen para la década pasada
(como ha sido visto acá en los resultados) y que la variabilidad
en el patrón de precipitaciones ha aumentado de alguna forma
durante los últimos años. Esto también ha sido observado en
otros registros regionales [3] y puede tener implicaciones en la
funcionalidad de los sistemas biológicos de la ZPMA como algunos
modelos sugieren [8]. Sin embargo, más allá del efecto real en la
productividad primaria, cualquier alteración en los patrones de
precipitación puede tener alto potencial de impacto en las reservas
hídricas (p.ej., mantos acuíferos, [14]) y el aprovisionamiento
hídrico ecosistémico (p.ej., via biomasa, [15]) de un sitio dado.
En el caso de la ZPMA, al ser un sitio de provisión local de
agua para consumo humano, el impacto potencial de cualquier
alteración se podría traducir en problemas de abastecimiento
de agua [16, 17]. Por ejemplo, con datos de la oferta hídrica
mensual de la Dirección de Aguas para la zona de Nicoya y los
valores promedio mensuales de precipitación de Monte Alto, la
alta correlación (r = 0.95, r2= 0.91, no mostrado anteriormente)
sugiere fuertemente un vínculo estrecho entre ambas variables.
Algunos modelos recientes han identicado que los periodos
cálidos del fenómeno ENSO, conocidos como “El Niño”, tienden
a acortarse bajo la inuencia global del cambio climático
[18], principalmente por el establecimiento permanente de las
condiciones áridas típicamente asociadas con esas fases cálidas.
Sin embargo, debido a la termodinámica global, tal tendencia
implica una posibilidad alta de redistribución energética, que se
traduce en periodos de “La Niña” más frecuentes o extendidos
como ha sido sugerido en otros modelos [19]. El registro de
precipitación de la ZPMA no es tan extenso como para poder
analizar patrones interdecadales y evaluar la frecuencia de tales
eventos. Sin embargo, la tendencia observada en la década
estudiada apunta en la dirección de un mayor efecto de “La
Niña” sobre los datos analizados, particularmente en el Periodo B
(Figs. 2 y 3). A pesar de lo anterior, para el periodo completo de
análisis, los dos índices del fenómeno ENSO mostraron valores
promedio cercanos a la zona neutral (cercana a 0 para el ONI y
cerca del promedio histórico de 23.0 para el Niño 1+2).
Si bien los periodos fríos, o sea aquellos asociados con “La
Niña”, están asociados con incrementos en precipitaciones, el
análisis realizado acá no muestra que las lluvias han aumentado
en la ZPMA, sino que la variabilidad asociada con ellas sí lo
ha hecho. El efecto de tal redistribución de variabilidad es que
los eventos con niveles altos de precipitaciones se incrementan,
pero en periodos cortos, que no dan suciente tiempo para que
los fenómenos naturales de inltración (en el caso de mantos
acuíferos) o absorción (en el caso de productores primarios)
se lleven a cabo [20]. De esta forma, los sistemas naturales
asociados con el ciclo hidrológico, como los de reserva de agua
en bosques, se ven afectados por estos procesos. Conjuntamente
los sistemas humanos de provisión del recurso hídrico a las
poblaciones aledañas también son afectados, como se mencionó
en el caso de la oferta de agua en Nicoya, ya que se pueden
observar variaciones en los niveles de caudal asociados con las
tomas de agua para abastecimiento. En ambos casos, el efecto
sobre la calidad de vida en la población local puede ser serio y
difícil de manejar socioculturalmente.
CONCLUSIONES
El presente estudio muestra que, durante la última década,
una disrupción en el patrón de precipitaciones registrado en la
ZPMA puede servir para dividir tal registro en dos periodos. De
estos últimos, los años más recientes muestran mayor variabilidad
en la distribución de precipitaciones y han estado sujetos a un
efecto constante de periodos fríos del fenómeno ENSO con
mayor frecuencia que los años anteriores. Se recomienda seguir
registrando la precipitación en la ZPMA para evaluar el desarrollo
de cualquier otro esquema en el futuro. Para los encargados de
tomar decisiones asociadas con la administración de los sistemas
de abastecimiento de agua potable a las comunidades aledañas, es
importante conocer y monitorear frecuentemente lo acá mostrado.
Bajo el panorama de patrones diferenciados de inuencia del
fenómeno ENSO en el contexto de cambio climático y según la
previsión de mayor aridez en la zona de Guanacaste, es necesario
darle seguimiento a todo lo anterior.
GUZMÁN, MÉNDEZ, ROJAS: El fenómeno ENSO y la precipitación de la Zona Protectora Monte Alto, Costa Rica. 6
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