Análisis comparativo de las zonificaciones climáticas de Caldas-Lang y Holdridge, con la zonificación del clima edáfico del estudio semidetallado de suelos, en la cuenca del río Cauca, departamento del Valle del Cauca

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS ZONIFICACIONES CLIMÁTICAS DE CALDAS-LANG Y HOLDRIDGE, CON LA ZONIFICACIÓN DEL CLIMA EDÁFICO DEL ESTUDIO SEMIDETALLADO DE SUELOS, EN LA CUENCA DEL RÍO CAUCA, DEPARTAMENTO DEL VALLE DEL CAUCA – COLOMBIA INTRODUCCIÓN En Colombia se han realizado zonificaciones climáticas bas...

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Autores:: Medina, Eduardo
Aldana, Oscar

Tipo de recurso:: Masters Thesis

Fecha de publicación:: 2019

Institución:: Universidad Santo Tomás

Repositorio:: Universidad Santo Tomás

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Summary:	ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS ZONIFICACIONES CLIMÁTICAS DE CALDAS-LANG Y HOLDRIDGE, CON LA ZONIFICACIÓN DEL CLIMA EDÁFICO DEL ESTUDIO SEMIDETALLADO DE SUELOS, EN LA CUENCA DEL RÍO CAUCA, DEPARTAMENTO DEL VALLE DEL CAUCA – COLOMBIA INTRODUCCIÓN En Colombia se han realizado zonificaciones climáticas basadas principalmente en las clasificaciones propuestas por Köppen, Martonne (1937), Thornthwaite, Caldas-Lang (1962) y Holdridge (IDEAM, 2005). El IDEAM y el Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt (IAvH) han generado mapas climáticos del país y sus diferentes regiones naturales utilizando las clasificaciones de Holdridge y Caldas-Lang (Espinal & Montenegro, 1963; Etter, 1998; Rodríguez et al., 2004). El Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC, 2018) para sus estudios de suelos utiliza una combinación de las clasificaciones de Caldas y Holdridge. A pesar de los numerosos trabajos sobre zonificación climática realizados en el país, son muy pocos los que han abordado análisis comparativos entre diferentes métodos clasificación para una misma zona o región, que permitan decidir sobre cuál es el más adecuado o conveniente utilizar. El IGAC (2004), IGAC-CENICAÑA (2005) e IGAC-CVC (2016) realizaron estudios semidetallados de suelos a escala 1:25.000 en la cuenca del río Cauca, departamento del Valle del Cauca - Colombia. Que permitieron conocer el origen, evolución y distribución de los suelos en la región y proporcionó una herramienta básica para los procesos de ordenación y manejo de cuencas hidrográficas. Además, cuentan con una zonificación del clima edáfico generada a partir de los análisis de los regímenes de temperatura y humedad asociados a los procesos de formación de las diferentes unidades de suelos. El presente estudio comparó dos métodos de clasificación climática comúnmente utilizados en procesos de ordenación de cuencas hidrográficas en el departamento del Valle del Cauca: Caldas-Lang y Holdridge. Para ello, se analizaron series de datos de estaciones meteorológicas ubicadas en el área hidrográfica del río Cauca: 174 para precipitación y 23 para temperatura (series de mínimo 30 años). Se probaron varios métodos de interpolación, y usando herramientas SIG, se generaron los modelos de superficie de temperatura y precipitación, y luego las zonificaciones climáticas con las clasificaciones de interés. La calidad de los métodos de interpolación se analizó mediante el Coeficiente de Determinación (R2 Ajustado), Error Cuadrático Medio (MSE), Validación Cruzada (CV) y el Criterio de Información de Akaike (AIC). Por último, las zonificaciones climáticas en mención fueron contrastadas con la zonificación del clima edáfico del estudio semidetallado de suelos para la zona de estudio. Los parámetros de comparación estadística de las zonificaciones climáticas permitieron deducir que Holdridge fue el método de mejor ajuste a los datos utilizados. Por otra parte, el contraste de las zonificaciones climáticas con la zonificación del clima edáfico mostró semejanza de ésta última con Caldas-Lang a nivel de pisos térmicos. A nivel de provincias de humedad, el análisis indicó que las zonificaciones comparadas no se asemejaban. La zonificación del clima edáfico aporta información valiosa sobre condiciones climáticas asociadas a la formación de suelos que puede complementar el análisis de las caracterizaciones climáticas de cuencas hidrográficas. METODOLOGÍA Área de Estudio: cuenca del río Cauca en el departamento del Valle del Cauca (Colombia), 10.738 km2 (900 a 4.200 msnm). Alta variabilidad climática y física (Molina Benavides et al. 2016). Datos utilizados: red de estaciones meteorológicas del IDEAM y la CVC (23 de temperatura y 174 de precipitación). Tratamiento de datos climáticos: se consideró un periodo de interés de 30 años (1980-2010), como lo define Organización Mundial de Meteorología (OMM, 2015). Control de calidad: mediante los métodos de filtros gruesos, desviaciones estándar, rango intercuartílico, consecutivos, duplicados y diferencia intermensual. Llenado datos faltantes: temperatura mediante el paquete de R Climatol (Guijarro, 2014) y precipitación con la herramienta CHIRPS (Funk et. al., 2015). Generación de superficies climáticas: uso de los programas de R (estadística) con sus interfaces, ArcGIS 10.5 (SIG) y el modelo digital de elevación (MDE) SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) de 30 m. Temperatura: a partir del modelo Regnie (Rauthe et al., 2013), que combina regresión lineal múltiple y el Inverse Distance Weighting (IDW) (Alzate et. al. 2017), con el cual se obtuvieron tres (3) ecuaciones. Precipitación: se probaron los métodos de interpolación Natural Neighbor (Sibson, 1980), Inverse Distance Weighting (IDW) (Philip & Watson, 1982) y Kriging (Kirge, 1951), verificaron mediante validación cruzada y cálculo del error cuadrático medio (ECM). Zonificación clima edáfico: producto de los estudios semidetallados de suelos a escala 1:25.000 realizados por IGAC-CVC (2016), IGAC (2004) e IGAC-CENICAÑA (2005) a partir de trabajo de campo con 845 calicatas y 6.012 barrenados y cajuelas. Análisis comparativo Caldas-Lang versus Holdridge: Criterio de Información de Akaike (An Information Criterion, AIC) (Martínez, 2009). Zonificaciones climáticas versus zonificación del clima edáfico: Test de Friedman y la Prueba de Wilcoxon (Gregory y Foreman, 2014). A partir de una matriz de puntos (2.675) de 2 km entre puntos. RESULTADOS Modelos de superficies variables climáticas Temperatura: Se obtuvieron tres ecuaciones con el modelo Regnie de las cuales la que consideró las coordenadas y la altitud, mostró ser la más adecuada para generar el modelo de superficie de acuerdo a los criterios utilizados. Según el modelo obtenido, la temperatura varía entre los 4°C en la zona más alta hasta desde los 25°C en la parte baja con predominio de valores mayores a los 18°C. Precipitación: El modelo obtenido con el método de interpolación Natural Neighbor obtuvo los mejores valores en los parámetros de Error Cuadrático Medio (MSE) y del cálculo del Estimado de Efectividad de Predicción (E). En la vertiente occidental de la Cordillera Central, los promedios son ligeramente superiores a 1.500 mm y, por encima de los 3.500 msnm las lluvias comienzan a disminuir hasta alrededor de 1.000 mm o menos, como en el páramo de Barragán, cuenca del río Bugalagrande (Nororiente). Zonificaciones climáticas Caldas-Lang: se obtuvieron 15 unidades climáticas; con predominio de las unidades climáticas Templado Semihúmedo (26 %) y Cálido Semiárido (19 %). Se registra la unidad Cálido Árido (3 %) en la zona centro sur del valle geográfico. Holdridge: se obtuvieron 13 unidades climáticas, con predomino de la unidad Premontano Húmedo (36%), seguida de la Premontano Seco (8,3%). La unidad climática Montano Bajo Seco, que ocupó el 0,1% del área, se observa como un pequeño enclave. Zonificación clima edáfico: contempla 12 unidades climáticas, donde la unidad más representativa fue Cálido Seco (31%), seguida de Templado Húmedo (26%). Zonificaciones climáticas Holdridge, Caldas-Lang vs zonificación clima edáfico Para las pruebas de Friedman y Wilcoxon a nivel de pisos térmicos y provincias de humedad, se planteó como hipótesis que los tres clasificaban de igual manera versus que al menos uno de ellas difería en su forma de clasificar. A partir de los 2.675 puntos tomados sobre cada una de las zonificaciones, se hizo la evaluación en forma separada, es decir, se comparó lo obtenido en el piso térmico y la provincia de humedad. Pisos térmicos: las tres zonificaciones mostraron proporciones semejantes en los pisos térmicos, siendo notables las diferencias en las categorías Cálido y Templado. La prueba de Friedman indicó que hay diferencias en al menos una de las zonificaciones, ya que el valor p obtenido estuvo por debajo de un alfa de 5%. Para identificar cual zonificación era diferente de las demás, se hizo la prueba por pares de Wilcoxon. Hubo semejanzas entre las zonificaciones de Suelos (IGAC) y Caldas Lang (0.66), mientras que Holdridge no mostró coincidencias con las demás. Provincias de humedad: La distribución porcentual de las provincias de humedad de las zonificaciones comparadas, en términos generales, fue similar a la observada en los pisos térmicos. Caldas-Lang representó una diferente (Muy Seco), la cual coincidió con los sitios de menor precipitación en la zona de estudio (valores de precipitación media anual inferior a 800 mm/año). La prueba de Friedman indicó que hay diferencias en al menos uno de las zonificaciones, ya que el valor p obtenido estuvo por debajo de un alfa de 5%. Con la prueba de Wilcoxon, se obtiene que todas las zonificaciones son diferentes, es decir, no hubo suficientes coincidencias para determinar que estaban dando el mismo resultado. Esto permite inferir que ningún par de zonificaciones clasifica significativamente igual a la otra, cada una tiene resultados diferentes DISCUSIÓN Los parámetros de comparación estadística de las zonificaciones climáticas permitieron deducir que el método de clasificación de Holdridge presenta un mejor ajuste estadístico que Caldas-Lang. A pesar de que esta última zonificación representó una mayor cantidad de unidades climáticas, no significó que este aspecto le diera una ventaja, pues las pruebas estadísticas aplicadas seleccionaron el método de clasificación que menos información perdía o mejor ajuste tenía a los datos utilizados. Dado que las dos zonificaciones climáticas presentaron igual número de pisos térmicos homologados, la diferencia entre el número de unidades climáticas obtenidas obedeció al mayor número de provincias de humedad que tuvo Caldas-Lang. Los límites de las clases de clima que utiliza Caldas-Lang fueron más estrechos o cercanos que los utilizados por Holdridge. Es decir, el Factor de Lang tuvo más subdivisiones o categorías que los tipos de Evapotranspiración Potencial propuesto por Holdridge. El contraste de las zonificaciones climáticas con la zonificación del clima edáfico mostró semejanza de ésta última con Caldas-Lang a nivel de pisos térmicos. La comparación a nivel de provincias de humedad no mostró semejanza entre las zonificaciones. En términos de distribución porcentual de pisos térmicos y provincias de humedad, las zonificaciones comparadas fueron similares. Hubo coincidencia en el número de pisos térmicos, siendo notables las diferencias en las categorías Cálido y Templado. La distribución espacial fue similar en las provincias de humedad homologadas Seco, Húmedo y Muy Húmedo. Así mismo, hubo poca coincidencia en la distribución espacial de la provincia de humedad Pluvial en las tres zonificaciones climáticas. La zonificación Caldas-Lang es la única que representó la provincia de humedad Muy Seco, la cual coincidió con los sitios de menor precipitación en la zona de estudio (valores de precipitación media anual inferior a 800 mm/año). Para el caso específico de la zona alta de la cuenca del río Bugalagrande (Barragán), mientras que las zonas climáticas de Holdridge y Caldas-Lang, se basan en una (1) estación de temperatura y precipitación, la zonificación del clima del suelo utilizó más de 170 observaciones de campo (22 perfiles y aproximadamente 150 barrenados y cajuelas), además de la verificación de la vegetación típica seca, como se muestra en las siguientes imágenes. La zonificación del clima edáfico en estudios semidetallados a escala 1:25.000 aporta información valiosa sobre condiciones climáticas asociadas a la formación de suelos que puede complementar el análisis de las caracterizaciones climáticas de cuencas hidrográficas, además de favorecer una mejor evaluación de la capacidad de uso y manejo de los suelos. En ese sentido, debe darse mayor relevancia a los estudios semidetallados de suelos requeridos por la guía técnica del MADS para la elaboración de los POMCA, considerando que los mismos son producto de importantes observaciones de campo y análisis integrales de laboratorio y oficina. CONCLUSIONES Los parámetros de comparación estadística de las zonificaciones climáticas permitieron deducir que el método de clasificación de Holdridge era mejor que Caldas-Lang. A pesar de que esta última zonificación representó una mayor cantidad de unidades climáticas, no significó que este aspecto le diera una ventaja, pues las pruebas estadísticas aplicadas seleccionaron el método de clasificación que menos información perdía o mejor ajuste tenía a los datos utilizados. Dado que las dos zonificaciones climáticas presentaron igual número de pisos térmicos, la diferencia entre el número de unidades climáticas obtenidas obedeció al mayor número de provincias de humedad que tuvo Caldas-Lang. Los límites de las clases de clima que utiliza Caldas-Lang fueron más estrechos o cercanos que los utilizados por Holdridge. Es decir, el Factor de Lang tuvo más subdivisiones o categorías que los tipos de Evapotranspiración Potencial de Holdridge. El contraste de las zonificaciones climáticas con la zonificación del clima edáfico mostró semejanza de ésta última con Caldas-Lang a nivel de pisos térmicos. La comparación a nivel de provincias de humedad no mostró semejanza entre las zonificaciones. En términos de distribución porcentual de pisos térmicos y provincias de humedad, las zonificaciones comparadas fueron similares. Hubo coincidencia en el número de pisos térmicos, siendo notables las diferencias en las categorías Cálido y Templado. La distribución espacial fue similar en las provincias de humedad Seco, Húmedo y Muy Húmedo. Así mismo, hubo poca coincidencia en la distribución espacial de la provincia de humedad Pluvial en las tres zonificaciones climáticas. La zonificación Caldas-Lang es la única que representó la provincia de humedad Muy Seco, la cual coincidió con los sitios de menor precipitación en la zona de estudio (valores de precipitación media anual inferior a 800 mm/año). La zonificación del clima edáfico en estudios semidetallados a escala 1:25.000 aporta información valiosa sobre condiciones climáticas asociadas a la formación de suelos que puede complementar el análisis de las caracterizaciones climáticas de cuencas hidrográficas, además de favorecer una mejor evaluación de la capacidad de uso y manejo de los suelos. El cubrimiento de estaciones climáticas es fundamental para obtener una buena aproximación con los modelos propuestos, como se puede demostrar en la cuenca alta del río Bugalagrande ubicada al nororiente de la zona de estudio donde se compararon los resultados las zonificaciones a nivel de provincias de humedad. Las zonificaciones de Holdridge, Caldas-Lang y Suelos arrojaron dos, tres y cuatros categorías de provincias de humedad respectivamente, siendo este último el más contundente en comparación con la realidad del área de estudio.

Análisis comparativo de las zonificaciones climáticas de Caldas-Lang y Holdridge, con la zonificación del clima edáfico del estudio semidetallado de suelos, en la cuenca del río Cauca, departamento del Valle del Cauca

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