Procesos Hidrológicos

Obtención de datos, ¿Qué es WorldClim?

"WorldClim es un sitio que reúne conjuntos de datos climáticos a nivel mundial con una resolución espacial de 1 Kilómetro cuadrado aproximadamente en la línea del ecuador. Estos datos pueden ser utilizados para crear mapas y modelar con Sistemas de Información Geográfica (SIG) tales como QGIS, DIVA-GIS, gvSIG, entre otros" (Centro Clima, s.f.).

En el caso particular de este trabajo, utilizamos los datos de este sitio para la creación de un diagrama ombrotérmico, para realizar un promedio de radiación por mes de la zona y distintas relaciones entre variables que se mostrarán a continuación.

El Clima en la Laguna Mecoacán.

Según la CONABIO este ecosistema se caracteriza por ser Am(f), siguiendo la escala de García, E. (1988). Este es un clima cálido húmedo donde la temperatura media anual oscila los 22°C, la temperatura del mes más frio es mayor a los 18°C y las precipitaciones son elevadas y constantes a los largo del año. La zona de la laguna Mecoacán presenta una temperatura media anual de 26.65°C y en sus meses más calurosos alcanza temperaturas de más de 29°C; la precipitación en esta zona en el mes mas seco ronda los 60mm y en temporada de lluvias supera los 300mm, se caracteriza por tener lluvias en verano y en el invierno las precipitaciones aumentan un 10.2% del total anual (CONABIO, 1998).

De los procesos hidrológicos que se presentan en la laguna Mecoacán destaca la precipitación que es una parte importante del ciclo hidrológico, la evaporización y la evapotranspiración. 

Precipitación.

La precipitación es cualquier producto de la condensación del vapor de agua atmosférico y se deposita en la superficie de la tierra en forma de lluvia, nieve, granizo, etc. El papel de la precipitación es fundamental para la vida en la tierra, la lluvia reabastece a los ambientes que pierden agua naturalmente por distintos procesos como el de evaporación, esto favoreciendo a la fauna y vegetación.

En la Figura 1 se observan los satos obtenidos de las estaciones meteorológicas de WorldClim que se utilizaron para la realización del diagrama de la Figura 2.

Figura 1. Tabla de precipitaciones y temperatura media.
Basado en la zona meteorológica 2034, zona Paraíso, Tabasco. 
Datos obtenidos de www.wordclim.org de 1989 a 2019

El diagrama ombrotérmico que está a continuación (Figura 2), representa el comportamiento de la precipitación y la temperatura. Este diagrama nos muestra que los picos más altos de temperatura están en los meses de Mayo a Agosto y los más bajos en invierno, de Diciembre a Febrero; estas elevadas y constantes temperaturas hacen que el aire cálido se eleve de forma constante ocasionando centros de bajas presiones en el área, debido a esto, las precipitaciones se mantienen todo el año con temporadas de mayor precipitación en otoño, superando los 200mm y las de menor en primavera con niveles por debajo de los 70mm.

Figura 2 Diagrama ombrotérmico de la zona de Paraíso zona meteorológica 2034, Tabasco.
Datos obtenidos de www.wordclim.org, de 1989 a 2019. 

Podemos determinar lo siguiente según las Figuras 1 y 2
Precipitaciones:                                                                       
Máxima: Octubre de 331.29 mm    
Mínima: Abril 38.13 mm
Temperatura:                                                                                                           
Máxima: Mayo de 29.34°C                                                                                  
Mínima: Enero 22.80°C

Evaporación, transpiración y evapotranspiración.

En el ciclo hidrológico, no toda el agua que es precipitada se mantiene en la superficie terrestre, una parte de esta agua precipitada regresa a la atmósfera como parte del ciclo, esto es por medio de dos procesos (1) la evaporación del agua depositada en las cuencas hidrológicas, el suelo y desde la superficie cubierta por las plantas y (2) por la transpiración de la vegetación y la fauna. Estos dos procesos son difíciles de medir por separado y en la mayoría de los casos lo que se pretende conocer es la cantidad de agua que se regresa a la atmósfera, por lo que se opta por considerarlos en conjunto bajo el concepto de evapotranspiración.

A la combinación de estos dos procesos (evaporación y transpiración) se le conoce como evapotranspiración y se ve afectada por múltiples factores tales como:

"Climatológicos: radiación solar, humedad relativa, temperatura, velocidad del viento, cantidad de precipitación.

Características del suelo: textura, estructura, densidad, composición química.

Factores vegetales: tipo de plantación, profundidad de raíz, densidad foliar, altura de las plantas, estado de crecimiento, etc." (SiAR, s.f.) y la fauna.

En hidrología, el interés por la evapotranspiración radica en la cuantificación de los recursos hídricos de una zona, y ¿Cómo se calcula esto?

(lo que llueve) - (lo que se evapotranspira) = la cantidad (volumen) de agua disponible.

En la Figura 3 vemos una gráfica de la evaporación y la temperatura, la evaporación está siempre presente pero si varía en relación a la temperatura, aquí podemos observar que estas dos variantes están correlacionadas, a mayor temperatura mayor evaporación hay, esto lo podemos ver en la gráfica, en los meses de marzo a mayo y luego en Agosto donde la temperatura tiende a subir, la evaporación responde de la misma manera y cuando la temperatura baja la evaporación disminuye.

Figura 3. Gráfica de relación temperatura máxima promediada con cada mes
 y evaporación de cada mes.
Datos obtenidos del Centro meteorológico Nacional
Estación 27034 Paraíso, Yucatán. 

 

Este vapor condensado en la atmósfera está estrechamente relacionado con la precipitación, llegará un momento en el que el aíre ya no podrá contener más vapor de agua y comenzarán a formarse gotas, pero antes de entrar más a detalle en esto hay que tener claros dos conceptos: (1) Presión de vapor que es la presión parcial que ejercen las moléculas de vapor de agua presentes en el aíre húmedo, esta presión de vapor de agua se mide en Pascales (Pa). (2) presión de vapor de saturación, se denomina presión de vapor saturado a la presión de vapor que tiene el aire totalmente saturado de vapor de agua.

La condensación sucede con el paso del agua de estado gaseoso a líquido cuando la presión de vapor de agua es mayor que la presión de vapor de saturación, la causa principal de este descenso en la presión de saturación de vapor son las bajas temperaturas casi siempre ocasionado por enfriamiento adiabático o mezclas de masas de aire húmedo a diferente temperatura. 

Esta presión de vapor como podemos observar en la Figura 5, es mayor en verano teniendo su valor más alto en Agosto con 2.97 kPa, este tiempo donde la presión de vapor comienza a incrementar corresponde a la temporada en la que las temperaturas también van en ascenso y esto tiene una explicación simple, mientras mayor sea la temperatura del aire más vapor de agua puede contener y sucede los mismo en el agua, a mayor temperatura de esta más evaporación, estos meses corresponden con las temporadas de escasa lluvias debido a que las altas temperaturas impiden la condensación del vapor de agua.

 

  

Figura 5. Relación vapor de agua (kPa) y precipitación (mm)
Laguna de Mecoacán, Paraíso, Tabasco. 
Datos obtenidos de Wordclim.org (1970-2000)

El vapor de agua, el ozono, el dióxido de carbono y el oxígeno son los principales gases absorbentes de radiación solar. A continuación se presenta una gráfica (Figura 4) donde observamos que en el mes de mayo se presenta la mayor radiación con 19980 kW/m2, este mes coincide también con el mes más caliente y que mayor evaporación presenta.

La radiación también juega un papel dentro del ciclo hidrológico, este ciclo es impulsado por la energía del sol, el sol calienta las superficies terrestres y las aguas superficiales logrando llegar al proceso de evaporación y transpiración que dan paso a otros procesos. Directa o indirectamente, todos estos procesos son impulsados por la energía solar.

Un aumento en la temperatura de la tierra induciría un aumento en la evaporación del ambiente puesto que el margen de saturación de vapor de agua se amplia, a la vez este vapor de agua actúa como gas de efecto invernadero contribuyendo al calentamiento, todo esto desencadenaría una serie de alteraciones en los procesos hidrológicos y provocarían un ciclo hidrológico deficiente.

Figura 4. Radiación solar por mes de la zona
 Laguna de Mecoacán, Paraíso, Tabasco. 
Datos obtenidos de Wordclim.org 

  

En la Figura 6 que tenemos a continuación se ve representada la relación de la evaporación y la velocidad del viento,  podemos observar que la velocidad del viento promedio no tiene una relación muy estrecha con la evaporación pero si con la temperatura ya que coinciden.

Figura 6. Relación del promedio de evaporaciones por mes y velocidad promedio
Laguna de Mecoacán, Paraíso, Tabasco 
Datos obtenidos por WordClim 

La velocidad del viento promedio se relaciona con las evaporaciones promedio del mes, aunque no tiene una variación importante, su variación máxima es de 0.6 m/s2, en la Figura 6. tiene un retraso de la velocidad de viento, es decir en el mes de abril se presenta el primer máximo sin embargo la velocidad del viento influye hasta el mes de mayo con la variable de evaporaciones del mes

Figura 7. Relación índice de calor mensual con la evotranspiración 
Laguna de Mecoacán, Paraíso, Tabasco. 

En esta gráfica (Figura 7) también se puede observar como la radiación tiene influencia en el índice de calor mensual, debido a una alta radiación, una mayor temperatura y por ende un número mayor en el índice de calor mensual, de igual manera recordemos que la temperatura influye en la evapotranspiración de las plantas, teniendo así influencia también sobre el vapor de agua por la transpiración de las plantas

Todos estos procesos ayudan al crecimiento de las plantas, a este crecimiento o productividad ecosistémica se definen como:  1. Producción primaria bruta: Energía total obtenida de la fotosíntesis. 2. Producción primaria neta: Tasa con la que los productores primerias usan la energía almacenada (PPB), convirtiéndose en energía disponible para el resto de los niveles tróficos.

La fotosíntesis es un proceso metabólico donde las plantas y algunos microorganismos son capaces de sintetizar moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas utilizando energía luminosa. Para que la planta sea capaz de realizar este proceso necesita absorber agua y sales minerales por la raíz.

2H₂O + Sales minerales + 6 CO₂ - Luz solar → C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂

Figura 8. Producción Primaria Bruta por mes, Laguna Mecoacán.

Relacionando la Tabla de la Figura 2 con la Figura 8 podemos ver que el pico anual de PPB es en marzo, sin embargo, este mes mantiene una temperatura media de 26° C y una precipitación de 47 mm; en el mes de septiembre se presenta el punto más bajo de PPB y existe un aumento en la precipitación (268 mm) manteniendo una temperatura similar el mismo mes (27°C) eso nos demuestra que las precipitaciones no son beneficiosas para su producción. Si la comparamos con la Figura 4. (Radiación)