INTRODUCCIÓN

El estudio y conocimiento de eventos que caracterizan al clima marítimo, con énfasis en los fenómenos extremos que generan inundaciones costeras, es de vital importancia en el desarrollo de planes de contingencia, acciones de manejo costero y adaptación al cambio climático previsto.

La variabilidad y el cambio climático han incrementado la tendencia de los peligros naturales desde inicios del siglo XXI, destacándose las inundaciones costeras en los pequeños estados insulares, al paso de ciclones tropicales, los que se han visto afectados, además, por el retroceso de la línea costera producto del ascenso del nivel del mar a partir del calentamiento global actual (IPCC, 2015)

La costa es una región de extraordinaria importancia para el país, donde existen núcleos poblacionales de gran densidad y con tasas de crecimiento muy altas, con intensa actividad turística, industrial y marítimo - portuaria que generan una gran competencia entre la gestión económica y el funcionamiento de los ecosistemas. Es por ello que las medidas por posibles daños, debido a las implicaciones en el desarrollo a corto, mediano y largo plazos con inclusión del cambio climático previsto, son abordadas por los “Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución”.

Un paso importante en el camino de la integración del cambio climático en la política, planes y programas fue la aprobación el 25 de abril de 2017 por el Consejo de ministros, la Tarea Vida, conformado por 5 acciones estratégicas y 11 tareas. Respecto a los documentos elaborados anteriormente sobre este tema, la nueva propuesta, tiene un alcance y jerarquía superiores, los actualiza e incluye la dimensión territorial.

Relacionado con las inundaciones costeras en Cuba se han realizado muchas investigaciones donde se han abordado el estudio de estos eventos en varias regiones del país, las cuales se han incrementado notablemente desde la última década del siglo XX. Ejemplos como los de (Mitrani et al.,1994; Pérez, 1994; Moreno, 1998; Mitrani et al.,1999, 2000; Pérez et al., 2001; Hernández et al., 2002; Mitrani et al., 2012; Hidalgo & Mitrani, 2012, 2015; Mitrani et al., 2016; Hidalgo et al., 2016; Povea & Mitrani, 2016; Hidalgo et al., 2017; González et al., 2017; Mitrani et al., 2017; Córdova et al., 2018; Hidalgo et al., 2019). Sin embargo, los estudios de los regímenes extremos de viento e inundaciones a escala local en las regiones orientales del país, han sido menos estudiados y muchas de las publicaciones consultadas sobre este tema datan de los años ´90 del siglo pasado (Salas et al., 1992; Salas & Mitrani, 1992; Mitrani et al.,1994, 1999; Pérez, 1994; Mitrani y Salas, 1998).

Por la ubicación geográfica de la provincia Las Tunas de modo general y la costa sur de manera particular, son zonas vulnerables a la afectación de los ciclones tropicales con fuertes vientos e inundaciones costeras, lo cual exige estar preparados ante la afectación de estos organismos. En la actualidad La provincia Las Tunas no cuenta con un estudio acabado, sobre la climatología de inundaciones costeras al sur del territorio, que permita una ejecución más eficaz de los planes de contingencia y acciones de manejo costero, así como en la planificación de estrategias que tributen a mitigar los efectos del cambio climático, particularmente el ascenso del nivel del mar, sobre esta costa del territorio.

MATERIALES Y MÉTODOS

• Zona de Batimetría: Se empleó La cuadrícula GEBCO-2020. Esta región presenta las coordenadas de puntos con datos batimétricos reales y comprende desde los 19.0042º hasta 23.9958º de latitud norte, y los -4.0042º hasta -86.9958º de longitud oeste, figura. 1

El principal asentamiento costero al sur de Las Tunas es el poblado pesquero de Guayabal, ubicado a 20 km del municipio Amancio, a los 20.7^ºN y -77, 6ºW, figura 2. En litoral sur de las Tunas, la actividad económica fundamental es la pesca, destacándose fundamentalmente la captura y procesamiento de los productos extraídos del mar. También se encuentra la exportación de azúcar a granel y otros derivados de la caña de azúcar.

• Se utilizaron como fuentes de información los trabajos de Moreno et al., 1998; Pérez et al., 2001; Portela, 2004; Hidalgo et al., 2015. Se utilizó la información del archivo del Instituto de Meteorología (INSMET) y del Centro Meteorológico Provincial(CMP), resúmenes mensuales y de ciclones tropicales, mapas sinópticos y los de trayectoria de ciclones tropicales así como los mapas de trayectoria de huracanes que están disponibles en el sitio web http://www.nhc.noaa.gov/data/#tracks_all del National Hurricane Center, además se utilizaron los reanálisis atmosféricos NCEP/NCAR de la NOAA y la base de datos sobre ciclones tropicales (HURDAT 2.0) del Centro Nacional de Huracanes.

• Se entrevistó a pobladores de la zona y los testimonios recogidos en encuestas, prensa escrita, digital y artículos en Internet fueron comparados con los datos de los archivos del INSMET y el CMP.

• Para confeccionar la cronología de inundaciones costeras se consultaron varias bibliografías sobre ciclones tropicales que han afectado a Cuba, entre las que podemos citar: Arellano, 1980; Ramos, 2009; Puig et al., 2010.

• Se utilizó la cronología elaborada por Ramírez, et; al 2017) que abarca el período (1932-2017).

• Se utilizó el software de tipo información geográfica Qgis 2.18, para la obtención de la batimetría de la zona de estudio, la profundidad media sobre el fetch, apoyado en la Carta Batimétrica General de los Océanos (GEBCO-2020) y las trayectorias de los huracanes próximos a la zona de estudio.

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• La tabla de Marea de las Costas de Cuba. Servicio Hidrográfico y Geodésico de la República de Cuba. 2020.

• Herramienta de Excel para la obtención de tablas y cálculos, que muestran el comportamiento y los períodos de retorno de las inundaciones costeras.

• Informe de peligro de fenómenos meteorológicos extremos, zona sur municipio Amancio. Centro Meteorológico Provincial Las Tunas. CITMA. 2013.

MÉTODOS EMPLEADOS

Para la actualización y ampliación de la cronología de inundaciones costeras de la zona de estudio desde 1851 hasta 2020, se empleó el método de selección de análogos, a partir de 1851 ya que no se cuenta con testimonios en el período (1851-1931).

Cálculo de los períodos de retorno

El cálculo de los períodos de retorno para el área de estudio se realizó para los ciclones tropicales.

Se realizó una delimitación de los mares adyacentes a Cuba entre los (18-24 ºN y 74-85 ºW) la cual delimita todo el territorio nacional. Luego se hizo una circunferencia con un radio de 180 km (1.6º), que es el límite de influencia para que los ciclones tropicales generen inundaciones costeras de cierta importancia en el área de estudio, figura 3.

Se empleó la expresión 1, para el cálculo de la función de retorno: el valor de la frecuencia está dado en casos por año.

Dónde:

F_n-Frecuencia de ocurrencia según la intensidad del ciclón tropical.n-Cantidad de casos en la circunferencia de centro 20.7º N y 77.6º W y radio 180 km.N-Cantidad de casos en el área (18-24º N y 74-85º W).m-Casos según el tipo de intensidad determinados por la velocidad del viento.M:Cantidad de años en la serie.

Mediante el programa Curve Expert (Daniel Hyams, 2017, versión 2.6.5), se graficó la función de retorno con respecto a la velocidad del viento máximo. Para calcular el período de retorno de la velocidad de viento esperada en el área de estudio se realizó de forma inversa.

Cálculo de la sobreelevación del nivel del mar por wind setup

En el cálculo de la sobreelevación del nivel del mar por wind setup se emplearon las formulaciones descritas en el (SPM, 1984) 2 y 3

En la ecuación 2:

$\Delta \xi$= sobreelevación del nivel del mar por wind set up ${\upsilon }_{10}^{}$= Velocidad del viento a 10 m (nivel del anemómetro)$x$= coordenada espacial orientada hacia la costa, en el ángulo)$\alpha$ (se recomienda la distancia hasta la isobata de 20 m)$g$ = aceleración de gravedad (m)${\rho }_{a,}{\rho }_{\omega }$ = densidad del aire y del agua respectivamente$C_d$= Coeficiente de intercambio turbulento de impulso para el aire$\alpha$ = Ángulo entre la dirección del viento y la línea perpendicular a la línea costera$H$ = Profundidad del mar en condiciones no perturbadas.

Períodos de retorno de las inundaciones costeras

En el caso del período de retorno de las inundaciones costeras se empleó la distribución de Poisson, para la cual debe cumplirse que la frecuencia observada sea inferior a 0.1 y el tamaño de la muestra superior a 50 (Goda, 2000; Coles, 2001; Wilks, 2011). La expresión matemática de esta función es:

Donde:

$P_{\left(X\right)}$: Probabilidad de ocurrencia del evento n-ésimo. $\lambda$: Promedio del número de eventos por años. $x$: Número de eventos en el período de observación.

El período de retorno se calculó para todos los eventos de inundación, ya que en la zona de estudio, la línea costera y la primera línea de costa, donde se ubican alrededor de 100 viviendas, solo están separada una distancia entre 30 y 40 metros, por lo que aunque la inundación sea ligera (0-250 m) afectaría a parte de la población. Para ello se empleó la serie 1932-2020, que fue la obtenida a partir de testimonios y datos más confiables, figura 4.

Para determinar si la distribución de probabilidad escogida es idónea, se empleó la prueba no paramétrica de Pearson χ2, a partir de la expresión 5:

Donde:

iClase (i = 1,2,....,k). k: Cantidad de clases.${Fo}_i$: Frecuencia observada de la clase i.${Fe}_{i ,}{P}_{i }$: Frecuencia estimada y probabilidad estimada de la clase i respectivamente.n: Tamaño de la muestra.

Sí ${\chi }^2>{\chi }_{1-\alpha }^2\left(k-m-1\right)$; (distribución χ2 con m-k-1 grados de libertad y un nivel de significación α se rechaza la hipótesis nula, o sea que la distribución escogida no es adecuada.

Aunque la prueba Pearson χ² tiene limitaciones para cuando la frecuencia observada es menor que cinco y hay pocas clases, autores como (Cochran, 1954; Dickinson & Chakraborti, 2003; Dowdy et al., 2004) recomiendan su uso siempre y cuando la frecuencia esperada sea mayor a 1.

Matemáticamente el período de retorno según (USACE, 2006) se calcula por la expresión 6:

Donde:

$T_r$: Período de retorno en años. $P_a$: Probabilidad acumulada.

Tendencia estadística de los eventos de inundación

Para probar el posible incremento o disminución de los eventos de inundación se aplicó la prueba de hipótesis de la proporción a partir de la expresión 7

Donde:

p, p₀- Proporciones de los períodos de prueba y de referencia respectivamente. x, n - Cantidad de eventos y tamaño de la muestra del período de prueba respectivamente.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Confección de una cronología más detallada

En la tabla-1 se recogen por orden cronológico los ciclones tropicales que provocaron los eventos de inundaciones costeras e el área de estudio y su clasificación (los primeros 11 eventos corresponden a los análogos identificados).

Se determinaron los casos de las trayectorias de ciclones tropicales más comunes que favorecen las inundaciones costeras en el área de estudio.

1. 1. Trayectoria paralela a la costa norte de la provincia Camagüey (Huracán mayor).
2. 2. Trayectoria cruzando sobre las provincias desde Holguín hasta Ciego Ávila de NE a SW.
3. 3. Trayectoria paralela a la costa sur de Cuba.
4. 4. Trayectoria cruzando Cuba de Sur a Norte sobre las provincias desde Granma hasta Ciego de Ávila.

Cálculo de la función de retorno para ciclones tropicales.

Para realizar el ajuste de la función de retorno para ciclones tropicales en el área de estudio se utilizó el software estadístico Curve Expert 2017, versión 2.6.5), siendo el ajuste de Weibull el de mejores resultados como se muestra en la tabla 3 y figura 5:

La tabla 4 muestra los períodos de retorno de afectación de ciclones tropicales al área de estudio para las Tormentas Tropicales y los huracanes teniendo en cuenta las cinco categorías de la escala Saffir- Simpsom.

Para calcular el período de retorno de la velocidad de viento esperada en el área de estudio se realizó de forma inversa, al modelo de Weibull se le introdujeron los valores de frecuencia de casos por años y luego se calculó la velocidad del viento esperada para ese intervalo de tiempo, tabla 5.

Períodos de retorno de las inundaciones costeras.

La tabla 6 muestra los resultados de los cálculos, donde se cuenta la variable aleatoria x que computa el número de eventos de inundaciones costeras (λ = 0.135) por año, para el período 1932-2020.

Tendencia estadística de los eventos de inundación.

Cálculo de la sobreelevación del nivel del mar por wind setup.

En la figura 8 se muestra el perfil de profundidad desde la isobata de 20 m hasta la costa, donde se obtiene como profundidad media 13 m.

En la figura 9 se muestra el perfil de elevación, desde la costa hasta apróximadamente 1 km tierra adentro, donde se observa que la cota mínima de inundación es de 0,6 m y la máxima de 6 m.

En la tabla 8 se presentan los resultados de los cálculos realizados de la sobreelevación del mar por wind setup, para velocidades del viento de 25 m/s (fuerza de tormenta tropical de 90 km/h), a partir del cual se ha demostrado en la práctica que comienzan a ocurrir inundaciones ligeras en el área de estudio (alcance horizontal del agua tierra adentro entre 0 y 250 m).

Además de las magnitudes que se muestran en la tabla anterior se utilizaron los siguientes valores para los cálculos.

• g=9.8 m/s²

• ρ_w de mar=1027 kg/m3

• ρ_a≈1.1737 kg/m3

• Profundidad media del golfo de Guacanayabo≈13 m.

• Distancia aproximada entre la isobata de 20 m y la línea costera≈70 km.

CONCLUSIONES

• De los 12 eventos de inundación identificados, 3 se clasificaron como fuertes y 9 ligeras. Los meses más peligrosos para la ocurrencia de estos eventos fueron: septiembre con 4 casos, seguido por los meses de noviembre 3 casos y octubre 2 casos.

• La trayectoria más peligrosa es cuando el ciclón tropical cruza de Sur a Norte, entre las provincias desde Camagüey hasta Ciego de Ávila (perpendicular a la costa). La trayectoria más frecuente sin embargo es cuando el ciclón tropical se mueve paralelo a la línea de costa de Este a Oeste, con 6 afectaciones.

• Se espera que un evento de inundación identificado de cierta importancia, ocurra al menos una vez cada 7.9 años.

• De las inundaciones identificadas, las más frecuentes ocurren por wind setup, unido a la marea astronómica, a partir de una velocidad del viento entre 80 y 90 km/h, ya que la cota de inundación mínima en el área de estudio está entre 0,5 y 0,7 m, alcanzando una distancia tierra adentro entre 40 y 70 m. La cota máxima de inundación en la zona es de aproximadamente entre 5-6 m, lo cual provoca que alturas de las olas entre 3 y 5 m, el mar avance tierra adentro hasta 800 m (huracán del 32 y huracán Paloma).

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Notas de autor

^*Autor (es) para correspondencia: Wilber Diosdado Ramírez Espinosa. E-mail: wilber.ramirez@ltu.insmet.cu

Declaración de intereses