UNIVERSIDAD DE CHILE · BIOCLIMATICOS DE LA ZONA COMPRENDIDA ENTRE LA III Y X REGIÓN ......

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD DDEE CCHHIILLEE FFAACCUULLTTAADD DDEE CCIIEENNCCIIAASS AAGGRROONNOOMMIICCAASS

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Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables


PROFESOR GUÍA Calificaciones Dr. Fernando Santibáñez Q 7,0 Ingeniero Agrónomo, Dr Es Sci PROFESORES EVALUADORES Sr. Juan Manuel Uribe M. 7,0 Ingeniero Agrónomo Víctor García de Cortázar 6,8 Ingeniero Agrónomo, Dr Es Sci


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AGRADECIMIENTOS

Mis más sinceros agradecimientos a quienes de algún modo hicieron posible el desarrollo de esta memoria, en especial a mi familia, que ha constituido un fuerte apoyo, permitiéndome enfrentar con valor y fortaleza los desafíos de la vida. A Don Fernando Santibáñez por su paciencia, interés, dedicación y amistad en el desarrollo de esta memoria de título. A Juan Manuel Uribe por su apoyo personal y su valioso conocimiento y experiencia profesional. A Víctor García Cortázar por la revisión y corrección de la memoria. A Paula Santibáñez, Raúl Aguilera y Wilfredo Alfaro por el asesoramiento, suministro de información y capacitación en el uso de herramientas que me permitieron culminar esta memoria. A mis amigos y amigas, especialmente a Luciano, Verbist y Alejandra por su amistad incondicional. De igual manera, a Andrea Moreno por entregarme valiosas experiencias y desafíos que me permitieron mejorar y crecer como persona. Gracias…

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ÍNDICE

RESUMEN.................................................................................................................................................. 6 SUMMARY ................................................................................................................................................ 7 INTRODUCCIÓN...................................................................................................................................... 8

OBJETIVO GENERAL............................................................................................................................... 10 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................................ 10

MATERIALES Y MÉTODOS................................................................................................................ 11 MATERIALES .......................................................................................................................................... 11 MÉTODO ................................................................................................................................................ 16

Descripción de los criterios que delimitan los regímenes hídricos .................................................. 16 Zonación de los regímenes hídricos ................................................................................................. 22

RESULTADOS Y DISCUSIÓN.............................................................................................................. 29 ÍNDICES DESCRIPTORES DE LA ARIDEZ.................................................................................................... 29

Régimen de aridez según la Longitud de Estación Seca................................................................... 30 Régimen de aridez según el cociente PP/ET() (UNEP, 1997)........................................................... 32 Comparación Longitud de Estación Seca v/s Cociente PP/ET (UNEP)........................................... 34 Validación del índice descriptor de la aridez según opinión de especialistas.................................. 40 Influencia de los criterios de aridez en la caracterización de los regímenes hídricos ..................... 41

PRESENTACIÓN DE LOS ÍNDICES DE VARIABILIDAD E INTENSIDAD DE LOS REGÍMENES HÍDRICOS ........... 47 Índice de Fournier Modificado (IFM) .............................................................................................. 47 Índice de Concentración de la Precipitación (ICP) ......................................................................... 50

DIMENSIÓN DE LA VARIABILIDAD INTERANUAL DE LAS VARIABLES DEL RÉGIMEN HÍDRICO .................. 52 CONCLUSIONES.................................................................................................................................... 54 BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................... 55 APENDICES............................................................................................................................................. 58

APENDICE I. BASE DE DATOS DE LA MALLA AGROCLIMÁTICA ........................................................... 58 APENDICE II: GRÁFICOS OMBROTÉRMICOS REPRESENTATIVOS DEL ÁREA DE ESTUDIO ....................... 59 APENDICE III: DIAGRAMAS DE ARIDEZ (DE MARTONNE) Y DE POTENCIALIDAD VEGETATIVA. ......... 61 APENDICE IV: VARIABILIDAD CLIMÁTICA DE LA ZONA DE ESTUDIO................................................... 62

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RESUMEN La desertificación del territorio chileno avanza aceleradamente hacia la zona central afectando ecosistemas y asentamientos humanos, agravando los problemas de marginación y pobreza rural. Estos procesos de desertificación se acentúan en la zona norte del país, mientras que en el resto del territorio nacional, es posible identificar procesos de erosión que influyen en la pérdida de la productividad del medio natural o variaciones climáticas. El objetivo de esta memoria fue generar información básica del comportamiento espacial de la disponibilidad del recurso hídrico, en cuanto a su oferta y demanda según criterios bioclimáticos, que permitieron identificar el grado de aridez que afecta a al área de estudio. Se compararon dos índices bioclimáticos que describen la espacialidad de la disponibilidad hídrica, mediante el Índice de Aridez del UNEP (PP/ET) y la Longitud de Estación Seca a través de Sistema de Información Geográfica (SIG). Así, la Longitud de Estación Seca resultó la más apropiada para evaluar la aridez en Chile, ya que permite a corto plazo priorizar las zonas afectadas por la desertificación. Además, se complementó a esta evaluación, con los índices de Déficit hídrico anual, la expresión biológica del grado de aridez, a través del Índice de Xerofitismo, y la agresividad climática de la precipitación, evaluada mediante el Índice de Fournier Modificado. Los resultados obtenidos demuestran que efectivamente hay una subestimación de la aridez en algunas zonas de Chile Central. Así, el índice de aridez de UNEP no considera la distribución de la precipitación. Por lo tanto, los climas con fuerte concentración invernal de las precipitaciones, conducen a resultados distorsionados, sobreestimando la disponibilidad de agua. En síntesis, la metodología utilizada resultó ser adecuada a nivel macro y presentó sensibilidad baja para fenómenos espaciales que se expresan a resoluciones de micro escala. La metodología desarrollada es una herramienta que podría ayudar a la resolución del problema de falta de información espacial y temporal del clima, contribuyendo a una mejor planificación territorial.

Palabras claves: Índice de Aridez, Longitud de Estación Seca, Precipitaciones, Sistema de Información Geográfica, Zonas.

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SUMMARY

The desertification process in Chilean territory advances rapidly towards the central zone affecting ecosystems and human settlements, worsening the problems of marginalization and rural poverty. These processes of desertification are more common in the North of the country, while in the rest of the national territory, it is possible to identify erosion processes that influence in the productivity loss of the natural environment, or climatic variability. The objective of this thesis was to generate basic information on the spatial behavior of the availability of water resources, in terms of the supply and demand using bioclimatic criteria that permit to identify the aridity gradient that affects the study area. Two bioclimatic indicators were compared that describe the available water resources spatially, using the UNEP Aridity Index (PP/ET) and the Length of the Dry Period, together with a Geographical Information System (GIS). This analysis showed that the Length of the Dry Period resulted in the appropriate indicator to evaluate aridity in Chile and that allows prioritizing the areas affected by desertification on the small term. Additionally, various indices were added to the analysis, such as the annual Water Deficit, the biological expression of aridity, using the Index of Xerophytism, and the climatic aggressivity of the rainfall, evaluated by the Modified Fournier Index. The obtained results show that effectively there is an underestimation of aridity in the Central Zone of Chile, since the UNEP Aridity Index does not consider the distribution of the precipitation. Therefore, climates with a strong concentration of rainfall in winter time, lead to erroneous results, observed as an overestimation of water availability. As a synthesis, the methodology used resulted to be adequate at the macro level and presented lower sensitivity for spatial phenomena occurring at the micro scale. The developed methods should be seen as a tool that can help to resolve the problem of information shortage of temporal and spatial climatic data, contributing to a better territorial planning. Keywords: Aridity Index, Length of the Dry Period, Precipitation, Geographical Information System, Zones.

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INTRODUCCIÓN

En muchas regiones del mundo, se ha visto una considerable disminución del recurso hídrico como producto del crecimiento de población, contaminación y cambio climático. Este desbalance es marcado y notorio en regiones áridas, semiáridas y subhúmedas, que representan más de un tercio de superficie terrestre (MM-CLD1, 2001) y están caracterizadas por un balance hídrico negativo casi todo el año. En estas zonas es más grave el problema de disponibilidad de agua concentrándose los mayores daños a los suelos, la biodiversidad y a la productividad silvoagropecuaria en general. La población rural inserta en estos ambientes sufre directamente sus consecuencias, registrando altos índices de pobreza, inseguridad alimentaria, falta de oportunidades y fuertes tasas de migración. Puntualmente este problema es de desertificación, el cual, por definición es “la degradación de las tierras de zonas áridas, semiáridas y subhúmedas secas resultante de diversos factores, tales como las variaciones climáticas y las actividades humanas” (MM-CLD, 2001). La principal característica de estas zonas, llamadas “Tierras secas”, es la aridez o sequedad que presentan por falta de humedad existente en condiciones climáticas normales. Por lo cual, son tierras secas aquellas que registran un equilibrio negativo entre los insumos (nivel de precipitaciones anuales) y las pérdidas de humedad (evapotranspiración) (MM-CLT. 2001). En Chile, la zona sujeta a problemas y procesos de desertificación se presenta en la mitad norte del país, mientras que en el resto del territorio nacional, es posible identificar procesos de erosión que influyen en la pérdida de la productividad del medio natural. (U. De Chile, 1997). En los últimos años se han agregado a las fluctuaciones climáticas normales, la amenaza de un cambio climático cuyo efecto es todavía incierto sobre las zonas áridas y semiáridas, pero que podría tener profunda influencia tanto sobre la variabilidad interanual como sobre la intensidad de la aridez que afecta a estas regiones y que consecuentemente afecta las condiciones de vida y actividades de los habitantes (U. de Chile, 1997), (Sivakumar, 2006). Para evaluar la degradación de la tierra de todo un país, sería necesario desarrollar un inventario en una forma estructurada y estratificada comenzando con los elementos más estables para una amplia zona (FAO, 2003). Considerando que las condiciones climáticas son la principal causante de la degradación de estas zonas, se selecciona el clima como elemento dinámico en este proceso, para comprender como la cobertura de la tierra, la hidrología y la infraestructura se relacionan directamente con el clima. 1 Mecanismo Mundial de la Convención de las Naciones Unidas para la Lucha Contra la Desertificación

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En el contexto internacional la UNESCO en el 2001 estableció, en el marco de la VI Fase del Programa Hidrológico Internacional (PHI), que la mayor prioridad debe ser dada al manejo de los recursos hídricos con especial atención a las regiones áridas y semiáridas (Lobos et al, 2005). En vista de este marco, el Centro del Agua para Zonas Áridas y Semiáridas para América Latina y El Caribe (CAZALAC) propuso en el año 2005, el desarrollo de una metodología estandarizada y consolidada para la delineación y mapeo de las zonas áridas, semiáridas y subhúmedas secas en América Latina y El Caribe. Este proyecto actualmente va en su segunda etapa, cada país miembro de esta región debe afinar la zonación a una escala más local, de modo, de contribuir a un estudio más preciso del estado de aridez, para posteriormente evaluar desde una perspectiva regional latinoamericana los países más afectados por la aridez. Dentro de este contexto fue enmarcada esta memoria de título, de modo de generar información apropiada para conocer y zonificar el comportamiento espacial de los regímenes hídricos de Chile, a través de la evaluación de variables bioclimáticas que describen el grado de aridez que afecta al territorio, comprendido entre el área continental de la región de Atacama y la región de Los Lagos de Chile, incluida la zona insular de Chiloé. De modo que en la posterioridad profesionales, académicos e investigadores identifiquen aquellas zonas donde los problemas de degradación de tierras deben ser atendidos con urgencia, en forma interdisciplinaria y promover soluciones, considerando su fragilidad ecológica.

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Objetivo General Generar información básica para conocer y zonificar el comportamiento espacio temporal de los regímenes hídricos del clima de Chile.

Objetivos Específicos

• Evaluar, a través de índices bioclimáticos de amplio uso internacional, el grado de aridez de los climas de Chile.

• Establecer la agresividad del régimen de precipitaciones frente a la conservación

del suelo, a través del Índice de Fournier Modificado.

• Dimensionar la variabilidad interanual de las variables del régimen hídrico que tengan relevancia para la agricultura y la conservación de los ecosistemas.

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MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales Lugar de estudio El presente estudio se realizó en la zona comprendida entre la III y X región de Chile Continental, correspondiente a la latitud 27º S y 41° 52’ 00" O, respectivamente. Tipo de Análisis El análisis se realizó en la dimensión espacial de los datos climatológicos, usando datos promedios de periodos normales (entre 5 a 30 años). Para asegurar la estimación de los resultados se utilizaron datos climáticos que datan desde 1970 a la fecha. Información Meteorológica Se requirió información de las siguientes variables climáticas (Lobos et al, 2005):

1. Temperatura máxima y mínima mensual, 2. Humedad relativa mensual, 3. Radiación solar mensual, 4. Series de precipitaciones mensuales, para un periodo de 30 años.

Fuentes de Información

La información meteorológica base que permitió caracterizar la zona de estudio correspondió a la generada en el Atlas Agroclimatólogico de Chile. Además, se recopilaron datos meteorológicos en distintos organismos públicos (DGA, DMC), que actúan como administradores de las estaciones meteorológicas a lo largo del país, la información se extrajo de anuarios, publicaciones recientes y de carpetas que contienen información inédita.

Malla Agroclimática: Corresponde a una malla regular de puntos georeferenciados espacialmente con información climática base del estudio realizado para el AACH, contiene las variables de: temperatura máxima, mínima, humedad relativa y radiación solar de enero y julio; e información media mensual de los 12 meses del año de precipitación (Santibáñez y Uribe, 1990).

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Esta información climática cuenta con dos archivos, el primero referido a las variables climáticas “RED” (ver Figura 1 y Apéndice I) y el segundo consta de la series de precipitación “PPM” (Figura 2), presentando los valores de los 12 meses del año.

Figura 1: Muestra del archivo magnético referente a las variables climáticas del Atlas Agroclimático de Chile.

Figura 2: Muestra del archivo magnético referente a las series de precipitaciones del Atlas Agroclimático de Chile. La densidad de las mallas reporta un total de 6226 puntos para la zona de estudio (Figuras 3 a, b y c), siendo las regiones V y Metropolitana las de mayor densidad. Las mallas de la V región y región Metropolitana presentan una distancia equiespacial de 2 minutos, de la VI a IX región una distancia de 4 minutos, de la III y X región una distancia de 10 minutos y la IV región presenta una distancia de 10 minutos longitudinal y de 5 latitudinal (Figura 3a).

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Figura 3 a, b y c: Muestra de la densidad de mallas de la III a X región.

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Otras fuentes de datos: Estas provienen de la recopilación de datos climáticos de diferentes entidades: Dirección General de Aguas (DGA), Comisión Nacional de Riego (CNR), Dirección Meteorológica de Chile (DMC), Food and Agricultura Organization of the United Nations (FAO), Centro del Agua en Zonas Áridas y Semiáridas de Latinoamérica y El Caribe (CAZALAC). Información Cartográfica:

� Mapa base, información digital de topografía e hidrografía a escala de 1:1.000.000 del área de estudio y Datum SIRGAS (WGS 84), obtenidas del Digital Chart of the World, y de AGRIMED.

� Modelo Digital de Elevación de tamaño píxel de 90 mt2, proveniente del Centro de Estudios Espaciales (CEE, Universidad de Chile).

Recursos computacionales Sistema de Información Geográfica (SIG): Se utilizó SIG Arcview 3.2 y varias de sus extensiones. Este sistema ofrece grandes facilidades para representar los resultados obtenidos por un modelo de simulación referido a cada unos de los puntos de la malla, con especial énfasis en la creación de bases de datos e interpolación geoestadística. Se utilizó archivos de vectores, grillas y DEM de terreno. Programa Master: Este programa computacional es un generador de variables climáticas (Figura 4) que funciona sobre la base de funciones sinusoidales para la interpolación, fue desarrollado por el Laboratorio de Agroclimatología, de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile. Ploter y PC

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Figura 4: Diagrama del funcionamiento del programa del Laboratorio de Agroclimatología.

Base de datos generada

Archivo ingresado (contiene lat, Txe, Tne, Txj,

Tnj, Rse, Rsj, Hre y Hrj).

Distribución de datos mes a mes

Archivo intermedo (contiene lat, Txe, Tne, Txj, Tnj, Rse, Rsj, Hre y Hrj para todos los meses).

Cálculo de todos los índices propuestos

Archivo final (contiene índices de LES,

IA, IFM, Dh, IX)

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Método

La metodología se presenta en dos etapas: la primera, corresponde a la descripción de los criterios para definir y caracterizar los regímenes de humedad; y la segunda, especifica los pasos a seguir para la realización de la zonación de dichos criterios. Descripción de los criterios que delimitan los regímenes hídricos Indicadores de Disponibilidad de Agua. En la guía metodológica para la elaboración del mapa de zonas áridas, semiáridas y subhúmedas secas; de Lobos et al (2005), se acordó adoptar un índice que permitiera definir los lapsos climáticos de deficiencia y excedencia de agua en un periodo específico, el cual debió estar relacionado básicamente con la precipitación y la evapotranspiración de referencia en el sistema considerado. Por consiguiente, se utilizaron dos indicadores: Índice de Aridez (UNEP) y Longitud de Estación Seca. Mientras el primer indicador incorpora sólo valores anuales de precipitación y evapotranspiración sin incorporar el efecto de la estacionalidad, el segundo, considera sólo el número de meses secos en el año que cumplen la condición de P/ET menor a 0.5 (U. De Chile, 1997) (Lobos et al, 2005).

Índice de aridez (UNEP, 1997): Usado internacionalmente para establecer las zonas de riesgo a la desertificación mediante la intensidad de la sequía estival. Da una idea de equilibrio del régimen hídrico en las estaciones extremas (grado de sequía o humedad).

()ΕΤmp

Donde:

pm: precipitación media anual del periodo ET(): Evapotranspiración de referencia anual del periodo.

Cuadro 1: Clasificación del Índice de Aridez (UNEP)

Zonas P/ET () Hiperáridas < 0.05

Áridas 0.05 a < 0.20 Semiárida 0.20 a < 0.50

Subhúmedas secas 0.50 a < 0.65 Subhúmedas húmedas 0.65 a 1

Húmedas > 1 Fuente: Lobos et al, 2005.

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Longitud de Estación Seca (U. De Chile). Establece que la principal característica del régimen de humedad es la Longitud de Estación Seca que influencia la distribución ecológica de las especies y el manejo del agua en la agricultura de riego.

LPD = N° de meses secos = P < 0,5 ET() Donde:

LPD: Longitud del período con déficit de agua.

Cuadro 2: Clasificación de la Longitud de Estación Seca Zonas Meses secos LPD Xérico 12 meses secos e Ia < 0.05

Hiperárido 11 – 12 meses secos Árido 9 – 10 meses secos

Semiárido 7 – 8 meses secos Subhúmedo 5 – 6 meses secos

Húmedo 3 – 4 meses secos Hiperhúmedo 1 – 3 meses secos

Hídrico 0 meses secos y Pa < 2500 mm Hiperhídrico 0 meses secos y Pa > 2500 mm

Fuente: Lobos et al, 2005. Dentro del criterio de los indicadores de disponibilidad de agua, se incluyeron índices como: Déficit hídrico y el Índice de Xerofitismo. De modo, que complementen la caracterización de este indicador.

Déficit hídrico Total (U. De Chile, 1997). Este índice provee una estimación del déficit total anual de precipitación durante la estación seca.

DH = )(12

1()∑ ΕΤ−P , (solo valores negativos)

Donde: DH = déficit de agua anual (mm) P = precipitación mensual (mm)

Índice de Xerofitismo (Ix) (U. De Chile, 1997): Corresponde a un valor integrado de la aridez, que evalúa el Déficit hídrico desde el punto biológico y lo incluye en función de la precipitación.

Ix = ( )

PmETPm ()−

Donde: P = precipitación media del periodo (mm)

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ET(): Evapotranspiración de referencia del periodo.

Cuadro 3: Clasificación del Índice de Xerofitismo

Grados de Aridez Ix 10 > 100 9 50 – 100 8 20 – 050 7 10 – 20 6 5 – 10 5 2.5 – 5 4 1 – 2.5 3 0.5 - 1 2 0.25 – 0.5 1 < 0.25

Fuente: CEPAL, 2005. En el análisis se consideró importante la utilización de figuras bioclimáticas (Hajek y Di Castri, 1976) de modo que permitan comparar las características entre un clima y otro.

Diagrama Ombrotérmico (o de Gaussen-Walter). Es un método de representación que se utiliza para la determinación de períodos de sequía y que a la vez sirve para observar tendencias térmicas y pluviométricas. Las escalas de temperatura y precipitaciones en dos ordenadas son trazadas sobre la base de la proporción P=2T.

Figura 5: Diagrama ombrotérmico

Diagramas de aridez, meses fríos, meses desfavorables. Son tres franjas (Figuras 6, 7 y 8) que permiten observar el carácter mensual, desde julio a junio, de la aridez según Martonne, la potencialidad vegetativa y la combinación de ambos diagramas, en la condición hídrica y térmica de estos meses.

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• Diagrama de aridez (Figura 6). Señala la proporción de meses áridos, semiáridos y húmedos, calculados sobre la base del índice mensual de aridez de De Martonne.

IM = 1210

×+TP

Donde: P es la precipitación mensual (en mm), T es la temperatura media mensual (°C) y; 10 y 12 son constantes.

Un mes húmedo (en blanco) es aquel cuyo índice es superior a 20; un mes semiárido (achurado) se obtiene con un índice cuyo valor está entre 10 y 20; un mes árido (negro) se logra cuando el índice de aridez da una cifra inferior a 10.

//// //// //// //// //// J A S O N D E F M A M J

Figura 6: Diagrama de aridez

• Diagrama de meses fríos (Figura 7). Se ha trazado sobre la base de la temperatura media mensual (°C) que permite definir un mes cálido como aquel cuya temperatura media es superior a 10°C (en blanco); un mes semifrío (achurado y asterisco) es aquel mes con temperatura media entre 5 y 10°C. Mes frío (en negro) es aquel cuya temperatura media es inferior a 5ºC.

////* ////* ////* ////* J A S O N D E F M A M J

Figura 7: Diagrama de meses fríos

• Diagrama de meses desfavorables (Figura 8). Resulta de la superposición de los diagramas de aridez y de meses fríos.

Un mes favorable es, en general, aquel que muestra condiciones térmicas e hídricas adecuadas (temperatura superior a 10°C y un índice de De Martonne superior a 20), se señala en blanco. Un mes semifavorable es aquel que denota condiciones semiáridas o semifrías (achurado). Se entiende por un mes desfavorable (en negro), a aquel que tiene un fuerte factor limitante como puede ser, por ejemplo, la baja temperatura (inferior a 5°C), o un índice de de Martonne inferior a 10.

//// //// //// //// J A S O N D E F M A M J

Figura 8: Diagrama de meses desfavorables

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Indicadores de la variabilidad temporal de la disponibilidad de agua. La erosividad de la lluvia constituye un factor fundamental para comprender el funcionamiento de los procesos erosivos que tienen lugar en un territorio. Para su cálculo se han diseñado numerosos índices siendo el más conocido el factor R, que se incorpora en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (Pascual et al, 2001).

El cálculo del valor de la erosividad de la lluvia es difícil de realizar en territorios como el chileno, ya que es necesario disponer de información detallada de las precipitaciones al requerirse un registro continuo de las variaciones de intensidad de la lluvia durante los diferentes aguaceros.

Por estos motivos se han seleccionado índices de erosividad que se obtienen exclusivamente con volúmenes de precipitación. Entre éstos, los más conocidos son el índice de agresividad climática de Fournier (1960), en su formulación original o en la versión modificada (IFM) por Arnoldus (1980) y Pascual Aguilar et al (2001); y el índice que se describe por su nombre, Índice de Concentración de las Precipitaciones de Oliver (1980).

Por ende, al utilización de estos índices nos proporcionaría finalmente una cartografía de la distribución del riesgo de erosión hídrica en la zona de estudio.

Índice de Fournier Modificado (IFM) (Arnoldus, 1980): Según Jordán (2000), está demostrado que el IFM es un buen indicador de la capacidad erosiva de la lluvia y de su distribución.

IFM = ∑=

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1

2

i

i

Pp

Donde:

pi: precipitación mensual (mm) P: precipitación media anual (mm)

Cuadro 4: Clasificación del IFM IFM Clasificación

0 – 60 Muy bajo 60 – 90 Bajo 90 – 120 Moderado

120 – 160 Alto > 160 Muy alto

Fuente: Arnoldus, 1980

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Índice de Concentración de la Precipitación (ICP), (Oliver, 1980). El ICP evalúa el comportamiento de la distribución de las precipitaciones definiendo la estacionalidad de la lluvia en un año cualquiera, es decir si las precipitaciones de la época lluviosa se encuentran concentradas sobre un periodo corto o más largo del año (Schulze et al, 1997), citado por Cornejo, F. 2006.

ICP = 1002

2

P

pi∑

Donde:

pi: precipitación mensual (mm) P: precipitación media anual (mm)

Cuadro 5: Clasificación del ICP IPC Clasificación

8.32 – 10 Uniforme 10 – 15 Moderadamente estacional 15 – 20 Estacional 20 – 50 Altamente estacional 50 – 100 Irregular

Fuente: Oliver, 1980. De este modo, la utilización de los índices descritos en esta metodología permite obtener la representación del estado actual de la aridez y la intensidad potencial de riesgos de erosión hídrica en la zona de estudio.

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Zonación de los regímenes hídricos El método utilizado para desarrollar esta etapa se esquematiza en la figura siguiente (Figura 9) y la descripción a continuación de ésta.

Figura 9: Esquema general de zonación y método cartográfico

Preparación de la información climática. Dividida en tres etapas. a. Recopilación de la información: Se recopiló la mayor cantidad de información

climática posible para cumplir con el número mínimo de 15 estaciones requeridas. Se necesitó información de ocho variables climáticas básicas, las cuales se resumen en el Cuadro 6:

Cuadro 6: Listado de las variables climáticas para el estudio. Variable Abreviatura

Temperatura media máxima de enero Txe Temperatura media máxima de julio Txj Temperatura media mínima de enero Tne Temperatura media mínima de julio Tnj Humedad relativa media de enero Hre Humedad relativa media de julio Hrj Radiación solar media de enero Rse Radiación solar media de julio Rsj

Fuente: Santibáñez y Uribe (1990).

Preparación de la información climática

Generación cartografía base y Modelo Digital de Terreno

Creación de la base de datos

Selección del método para calcular la Evapotranspiración

Categorización del Déficit hídrico

Cálculo de los índices del Régimen Hídrico

Validación espacial de los índices

Zonación de Regímenes de Humedad

Validación de las zonas descritas

Cartografía Digital

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b. Selección de la información: Se seleccionaron las estaciones meteorológicas, y la información climática proveniente de estas.

Los criterios de selección fueron: número mínimo de años (5 para las variables climáticas y 30 para las series de precipitaciones), periodo de recepción de datos (desde 1970 en adelante), y tenencia de las estaciones, de privados o entidades públicas, ya que las estaciones bajo custodia del Estado tiene una toma de datos estándar, haciendo que los datos sean más confiables y compatibles. Por lo tanto, se depuró la información dejando sólo la que cumpliera con los criterios establecidos. c. Preparación de la información. Se eligió la malla agroclimática como

estructura base del análisis climático, debido a que cuenta con la información y densidad pertinente para el desarrollo de este estudio.

Para la utilización de la malla, primeramente, se debió traspasar de papel a formato digital mediante una digitalización (Figura 10), para trabajar directamente con un SIG. En este procedimiento se contó con el programa de Arcview 3.2 y varias de sus extensiones, como: Edit Tools, Spatial Analisys, ET Vector Grid, entre otros.

Figura 10: Muestra de la digitalización de la malla, en la zona de Talcahuano, VII región. Luego de la digitalización se anexó la información de cada punto proveniente en formato magnético, traspasando los archivos de un block de nota a una base de datos “dbf” que es compatible con Arcview.

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Finalizado el traspaso de la información a formato shape se procedió a revisar la malla, eliminando datos anómalos mediante la visualización de ésta en contraste con la topografía del lugar (Figura 11). De modo que al encontrar valores incoherentes se reemplazan o eliminan, permitiendo cerciorarse de la calidad de la misma.

Figura 11: Visualización de la precipitación anual en la malla Agroclimática.

Luego, la malla fue nuevamente controlada con la información seleccionada de otras fuentes. Para ello, la información seleccionada se sobrepuso en la malla (Figura 12), de modo de comparar espacialmente las variables climáticas de forma independiente. De esta manera, se logró actualizar la malla en los puntos o zonas que presenten importantes variaciones, dado que su data corresponde a 1993.

Figura 12: Control de la malla agroclimática versus información seleccionada.

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Generación Cartografía base y Modelo Digital de Elevación de Terreno (MDE). Esta etapa se realizó en conjunto con la anterior, permitiendo tener la cartografía base, de escala 1:1.000.000, como ayuda a la rectificación de la malla de manera de identificar las zonas y los elementos componentes del territorio en estudio, así como, las relaciones espaciales entre éstos. Creación de la base de datos. Con el propósito de calcular los índices propuestos, la información se debió ordenar mediante una planilla Excel, de acuerdo al formato patrón establecido por el Programa Master. No obstante, la creación de la base de datos se hizo en conjunto con el control de la malla agroclimática, ya que esta malla presenta el formato requerido para el programa. De esa forma se fue agregando, modificando y comparando los datos climáticos. Selección del método para calcular la Evapotranspiración. Se utilizó el término de Evapotranspiración de referencia (ET()) para esta variable, que significa el valor de la tasa de pérdida de agua asociado a la evaporación y transpiración como consecuencia de la condición climática. La ET() se estimó mediante el método de Penman original (1948) como referencia para el cálculo de esta variable, dada la imposibilidad de estimarlo mediante el método de Penman-Monteith-FAO (PM FAO), propuesto por Lobos et al (2005). Debido a la falta de información climática en el territorio nacional, específicamente de datos como velocidad de viento. Cálculo de los Índices del Régimen Hídrico. La generación de los índices se realizó mediante el uso del programa MASTER, que por requerimientos de esta memoria, se debió agregar algunos índices como: el Índice de Concentración de la Precipitación (ICP) y el Índice de Fournier Modificado (IFM), de modo de cubrir todos los índices propuestos. En síntesis, la base de datos se ingresó al programa Master y generó como resultado un archivo final (Figura 13), el cual presentó las coordenadas de cada punto y sus respectivos valores de media anual para cada índice bioclimático, constituyendo una nueva malla. Luego, se transformó el formato en “dbf” para utilizarlo en el SIG.

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Figura 13: Nueva base de datos con información meteorológica referente a los índices en estudio. Validación espacial de los índices. Nuevamente se realizó un control espacial de los valores, pero esta vez a la nueva malla climática, de modo de cerciorarse de que no haya puntos aislados o incoherencias dentro de las zonas establecidas. Categorización del Déficit hídrico. Para categorizar este índice se ocupó estadística descriptiva básica, tal como la media, desviación estándar y correlación (Figura 14) entre los índices de Longitud de Estación Seca (LES) y Déficit hídrico, de modo de comparar los niveles del déficit que influyen en el territorio.

Figura 14: Media y desviación estándar del Déficit hídrico agrupado por regímenes

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Luego de obtener las categorías del Déficit hídrico, se creó una matriz de doble entrada para observar la tendencia de ambos ejes en cuestión y probar la consistencia de los datos, como se aprecia en la Figura 15.

DÉFICIT HÍDRICO R É G I M E N H Í D R I C O

Cla

sific

ació

n

Parámetros

XE

RIC

O

HIP

ER

AR

IDO

ÁR

IDO

SEM

IAR

IDO

SUB

HU

ME

DO

HU

ME

DO

HIP

ER

HU

ME

DO

HID

RIC

O

HIP

ER

HID

RIC

O

1 -200 < DEFH < 0 x x x

2 -500 < DEFH < -200 x x x

3 800 < DEFH < -500 x x x

4 -1000 < DEFH < -800 x x x

5 -1200 < DEFH < -1000 x x x x

6 -1500 < DEFH < -1200 x x x x

7 -1800 < DEFH < -1500 x x

8 -1800 > DEFH x

Figura 15: Matriz de doble entrada resultante del proceso Zonación de Regímenes de Humedad. Luego de cartografiar e interpolar el resultado generado por los índices, se procedió a zonificar los regímenes con ayuda de un modelo de terreno que permitió considerar el efecto de la topografía. El mapa contó con las principales toponimias de la zona de estudio, permitiendo reconocer a los expertos las zonas que se presentan en cada índice. El carácter puntual de los datos climáticos exigió la aplicación de técnicas estadísticas de interpolación, que consisten en un relleno de valores de los espacios vacíos entre los puntos medios, de manera que se obtuviera un mapa de distribución superficial. La interpolación se realizó mediante la opción IDW (Inverse Distance Weighted), método de interpolación espacial para la creación de modelos digitales del terreno a partir de nubes de puntos. Validación de las zonas descritas. Al construir ambos mapas se procedió a solicitar la opinión de expertos, especializados en el tema. De modo, de comparar los índices descriptores de la aridez y seleccionar el que representa fidedignamente la realidad de la aridez en Chile, específicamente en la zona de estudio.

1. Wilfredo Alfaro, de la Corporación Nacional Forestal y Secretario ejecutivo del Programa Acción Subregional Puna Americana (PASPUNA) de la UNCCD.

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2. Luis Faúndez, académico de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile. Experto en Botánica.

3. Fernando Santibáñez, académico de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile. Experto en Bioclimatología.

Cartografía Digital Final. Este punto correspondió a la generación de las cartas temáticas señaladas como producto final del estudio, con sus respectivas leyendas, escalas e información destacada para futuros estudios. Esta etapa se realizó mediante un Sistema de Información Geográfico que obtuvo como producto final dos mapas que se construyeron sobre la base de los parámetros que se definieron como regímenes hídricos: La Longitud de Estación Seca (LES), y el cuociente PP/ET() (Penman–Monteith–FAO). La escala de trabajo fue de 1:1.000.000, el datum corresponde al SIRGAS (WGS84) y el formato Shapefile compatible con ArCView.

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN La descripción de los resultados se realizó según los objetivos específicos propuestos. El primer objetivo engloba varios puntos, por lo cual los primeros resultados describen el grado de aridez de los climas según los índices de Longitud de Estación Seca e Índice de Aridez de UNEP. Luego, se señala la validación del índice que representa fidedignamente la aridez del territorio comprendido entre la III y X región. Se demuestra, además la influencia de los índices complementarios tales como el Déficit hídrico y el Índice de Xerofitismo en la caracterización de los regímenes hídricos. El segundo objetivo señalado describe la incidencia de la agresividad climática en el territorio, a través del Índice de Fournier Modificado y el Índice de Concentración de precipitaciones. Finalmente, el tercer objetivo, dimensiona la variabilidad interanual de las variables del régimen hídrico con más relevancia para la agricultura.

Índices descriptores de la aridez El comportamiento latitudinal se expresa fuertemente en los regímenes hídricos dado que impacta sobre los montos pluviométricos, es decir, si aumenta la latitud aumenta la pluviometría, además da consistencia con la disminución de la temperatura al aumentar la latitud lo que incide sobre la tasa de evapotranspiración, por lo que el cociente PP / ET() crece proporcionalmente. La aplicación de los criterios basados en la Longitud de Estación Seca (LES) y en el cociente PP/ET() (IA) (UNEP, 1997) mostró resultados disímiles en cuanto a los límites de los distintos regímenes. No obstante, en condiciones extremas de aridez, es decir, zonas hiperáridas y húmedas se produce una mayor concordancia entre ambos criterios. Esta similitud se puede apreciar en el norte y sur del país. Sin embargo, un análisis más detallado demostró este último criterio, ya que subvalora la extensión de las zonas más áridas y sobrevalora la de las zonas húmedas. Es decir, clasifica ciertas zonas con una categoría inferior en el caso de las zonas áridas y una categoría superior de más humedad para las zonas húmedas. En los regímenes transicionales se producen las mayores disociaciones, por ejemplo, la ciudad de La Serena (IV región) es hiperárido según LES, y árido según IA. Igualmente, la ciudad de Talca correspondiente a la VII región, muestra un LES de semiárido y un subhúmedo seco según IA.

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Régimen de aridez según la Longitud de Estación Seca

De acuerdo a la Longitud de Estación Seca, se aprecia un gradiente de aridez que va desde el xérico, en el límite norte de la región de Atacama hasta el norte de la ciudad de La Serena de la región de Coquimbo (12 meses secos con un PP/TPO < 0.5), el cual evoluciona hacia un régimen hiperárido (12 meses secos) y árido (11 meses secos) en sentido longitudinal hacia el interior de la Cordillera de Los Andes de la III región y parte de la IV. Luego, entre Illapel y el norte de Chillán se extiende el régimen semiárido (7 - 8 meses secos), que representa un 22% del área total del estudio.

Entre Chillán, Concepción y Temuco el régimen evoluciona hacia una condición subhúmeda (5 - 6 meses secos), la que cambia a húmeda (3 - 4 meses secos) entre la precordillera de los Andes de la VII región y la diagonal suroeste que llega a la costa de Puerto Saavedra, extendiéndose una franja hacia el norte alcanzando parte de la Cordillera de Nahuelbuta. Al sur por el interior de la región de Los Lagos, desde Lanco hasta Puerto Varas se presenta la categoría de hiperhúmedo (1 - 3 meses secos). En estas mismas latitudes, en las zonas costeras y precordilleranas aparece el régimen hídrico (0 meses secos y Pa < 2500 mm), el cual en la alta cordillera evoluciona hacia hiperhídrico (0 meses secos y Pa > 2500 mm).

Se puede apreciar que entre los regímenes húmedo, hiperhúmedo e hídrico, se presentan dos áreas de importante distinción: Altos de Bío Bío y las cercanías de la ciudad de Osorno, que corresponden a zonas de menor humedad, distinguiéndose fácilmente en el mapa. (Figura 17). Las categorías más representativas en porcentaje del periodo seco, dentro del alcance territorial, son las zonas: xéricas, semiáridas, subhúmedas y hiperhídricas. En la cual, la zona semiárida tiene la mayor dominancia con un porcentaje de un 22% y el resto de las zonas presentan 15% cada uno (Figura 16). El resto de las categorías faltantes representan un 33%.

Figura 16: Representación porcentual de las categorías del Régimen Hídrico entre la III y X región

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En la Figura 17, se ve representada espacialmente la Longitud de Estación Seca desde la III a la X región.

Figura 17: Representación espacial de la Longitud de Estación Seca, entre la III y X región.

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Régimen de aridez según el cociente PP/ET() (UNEP, 1997) De acuerdo al cociente PP/ET() de la UNEP, se aprecia un gradiente de aridez en el territorio que va desde el régimen hiperárido al húmedo. Se comporta espacialmente de una forma similar a la Longitud de Estación Seca, sobresaliendo las categorías más extremas, las zonas de aridez y humedad, representando un 31 y 46%, respectivamente (ver Figura 18).

El hiperárido (PP/ET() < 0.05) se presenta longitudinalmente desde el límite septentrional de la región de Atacama hasta el norte de la ciudad de La Serena, y en sentido latitudinal, de la costa de la región hacia el interior de los valles transversales de Copiapó y Vallenar. Luego, evoluciona hacia un régimen árido (0.05 < PP/ET() < 0.2) avanzando hacia el oriente por la Cordillera de Los Andes de la región de Atacama y hacia el sur de la región de Coquimbo, hasta las aproximaciones de la comuna de Cabildo de la región de Valparaíso. Luego, la zona semiárida (0.2 < PP/ET() < 0.5), se ve representada territorialmente desde la IV hasta la VI región, en la costa entre las localidad de Los Vilos y San Antonio, y en el interior entre Petorca y San Vicente de Tagua Tagua. Teniendo una mayor representatividad en la V región ocupando un 80% de la superficie regional. Entre la localidad de Pichilemu, Curicó y San Carlos el régimen evoluciona hacia una condición subhúmeda seca (0.5 < PP/ET() < 0.65), que débilmente representa un 5% de la zona de estudio. Luego, hacia más el sur y en un solo 8 %, el régimen cambia a subhúmedo húmedo (0.65 < PP/ET() < 1), destacando las ciudades de Linares, Chillán y Los Ángeles. A partir de la Ciudad de Concepción, Angol y la Precordillera de la región Metropolitana hacia el sur, el régimen evoluciona hacia una condición húmeda (1 < PP/ET()) teniendo la mayor representación del cociente PP/ET() en un 46% de la zona de estudio (fig. 18). La representatividad regional del régimen va aumentando significativamente a medida que va avanzando hacia el sur, alcanzando un 100% de superficie en la X región.

Figura 18: Representación gráfica del Régimen Hídrico entre la III y X región

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Figura 19: Representación espacial del Índice de Aridez (UNEP, 1997) entre la III y X región.

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Comparación Longitud de Estación Seca v/s Cociente PP/ET (UNEP) Después de obtener los resultados de la interpretación espacial de estos índices, se ve necesario comparar y seleccionar el índice que describe de mejor forma la aridez en Chile. Se aprecia en la Figura 20, la variación porcentual de las categorías por régimen hídrico, en el cual el índice LES muestra mayor representación en las categorías extremas (xérico e hiperhídrico) y centrales (semiárido y subhúmedo), en cambio el cociente de PP/ET presenta dominancia en los regímenes árido y húmedo.

Figura 20: Porcentaje de superficie territorial presente por categorías de régimen hídrico. Con el fin de comparar ambos índices se estandarizaron las categorías por grupo de regímenes de manera de contrastarlos espacialmente (Cuadro 7). Si bien la clasificación de LES presenta una cantidad mayor de categorías que el cociente PP/ET, las categorías más áridas de ambos índices (xérico de LES e hiperárido del IA) concuerdan con las mismas áreas resultantes, por definición presentan valores anuales menores a 0.5 de PP/ET; en cuanto a las zonas húmedas, se unificaron en una misma categoría, dado que UNEP clasifica como zona húmeda a todas las áreas que presenten anualmente una precipitación mayor que la evapotranspiración.

Cuadro 7: Categorías agrupadas por similitud semántica y de criterio.

LES P/ET Xérico

Hiperárido Hiperárido

Árido Árido Semiárido Semiárido

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LES P/ET Subhúmedo seco

Subhúmedo Subhúmedo húmedo

Húmedo Hiperhúmedo

Hídrico Hiperhídrico

Húmedo

Fuente: Elaborado por el autor. De este modo, se logró construir un mapa (Figura 21) que permitiera identificar entre ambos índices las zonas coincidentes y no coincidentes, entendiendo las zonas de color verde los regímenes coincidentes, en cambio las zonas rojas muestran dos regímenes distintos estableciendo correspondencia a zonas de transición hídrica.

Figura 21: Mapa comparativo de las zonas coincidentes y no coincidentes de los regímenes hídricos en cuestionamiento.

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En el mapa se observan grandes superficies de transición que están sobre valoradas según la aridez o humedad que propone el cociente PP/ET(), en comparación con la clasificación de LES, el cual se detallará a continuación:

La zona más septentrional del área de estudio corresponde a la más árida, xérico para LES e hiperárido para IA, ambos índices concordaron con las mismas áreas debido a que por definición presentan valores anuales del PP/ET menor a 0.5. Esta área se desplaza longitudinalmente hasta el norte de la ciudad de La Serena y en sentido latitudinal de la costa de la región de Atacama hacia el interior de los valles transversales de Copiapó y Vallenar.

Avanzando hacia el sur se encuentra una franja transversal a la zona anterior, perteneciendo a la primera zona de regímenes no coincidentes de la Figura 20, señalada como régimen árido (P/ET) - hiperárido (LES), la cual está representada geográficamente desde el Salar de Pedernales en la III región avanzando longitudinalmente, hacia el surponiente, hasta La Serena y sus alrededores. En la siguiente zona se encuentra la zona denominada árida que avanza hacia el sur desde la Cordillera Andina de la región de Atacama, pasando por la Laguna de San Francisco, Paiguano, Monte Patria, entre otros; hasta llegar a la provincia de Limarí de la región de Coquimbo. Siguiendo hacia el sur se encuentra la zona definida como árida (P/ET) - semiárida (LES) representada por Los Vilos. Esta zona está representada geográficamente por la provincia de Choapa y el área noreste de la provincia de Limarí, ambas provincias correspondiente a la región de Coquimbo. Luego, hacia el sur se encuentra la macrozona del régimen semiárido, representado por las ciudades de Valparaíso, Santiago y Rancagua. Pasando a la siguiente zona no coincidente, señalada como Subhúmeda (P/ET) y semiárida LES, está representada por la precordillera andina de la V región y Metropolitana, que avanza en sentido transversal por la depresión intermedia hasta llegar a San Carlos. En la costa se extiende desde San Antonio (V región) hasta Chanco (VII región). Luego, se encuentra el régimen subhúmedo que limita con el húmedo al sur de Temuco. Este régimen se extiende transversalmente de la precordillera metropolitana hasta Puerto Saavedra (novena región). Hay otra franja más oriental que está ubicada desde la Laguna del Maule (séptima región) hasta alcanzar el oriente de Temuco. Entre estas franjas se encuentra un área no coincidente determinada por ambos índices como húmeda (P/ET) y subhúmeda (LES) y se extiende desde la VI a la IX región, representada por: Sewell, Vilches Alto, Concepción, Mulchén, Angol, por nombrar algunas.

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Finalmente, se encuentra la zona húmeda que abarca la cordillera y precordillera de la región del Bío Bio, avanzando transversalmente hacia el suroeste hasta alcanzar la desembocadura del río Toltén para luego cubrir totalmente la región de Los Lagos.

Para definir el régimen hídrico a la cual pertenecen las zonas no coincidentes es crucial la realización de un mayor análisis bioclimático, por lo que se desarrolló una lectura de regímenes ombrotérmicos y diagramas de meses desfavorables en las zonas descritas anteriormente. Para ello se seleccionó una localidad de referencia por zona (Cuadro 8), del cual se establecieron para identificar los comportamientos entre las zonas definidas y no definidas, que se mostraran a continuación.

Cuadro 8: Tabla representativa de régimen hídrico por localidad.

Régimen que representanLocalidad

LES P/ET Copiapó * Xérico La Serena Hiperárido Árido Ovalle* Árido

Los Vilos Semiárido Árido Santiago* Semiárido Pichilemu Semiárido Subhúmedo Chillán* Subhúmedo

Concepción Subhúmedo Húmedo Osorno* Húmedo

Fuente: Elaborado por el autor Régimen ombrotérmico. Los diagramas ombrotérmicos muestran la relación, mes a mes, de la temperatura media y la precipitación, y permiten observar los periodos más secos del año en que el valor de la precipitación medida en milímetros (mm) es menor al doble del valor de la temperatura en Celsius (ºC). La variación geográfica de los regímenes ombrotérmicos es una influencia combinada de los regímenes hídricos y térmicos sobre la vegetación, se puede apreciar por los diagramas ombrotérmicos representados por las diferentes estaciones del territorio (Luebert y Pliscoff, 2006). Al observar los gráficos ombrotérmicos representantes de los regímenes hídricos (Apéndice A) se aprecia la tendencia de la aridez que va de norte a sur, presentando a Copiapó como zona xérica con 12 meses secos y un déficit hídrico casi anual. En el caso de La Serena presenta una condición de aridez intermedia entre el régimen xérico y árido, es decir, de régimen hiperárido según LES; esta condición de aridez se puede observar en el diagrama de aridez de De Martonne (cuadro 11). En el sector de Los Vilos, se tiende a una forma y condición más parecida al semiárido como Santiago que * Localidades seleccionadas como puntos patrones de comparación de los regímenes coincidentes.

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presenta precipitaciones concentradas en el periodo frío del año y con sequía durante la estación cálida. El diagrama ombrotérmico de Pichilemu presenta una forma y condición más parecida al semiárido de LES como el caso de Santiago, a pesar de la mayor cantidad de precipitaciones concentradas en el periodo frío del año y la sequía durante la estación cálida. En cuanto a la zona de Concepción presenta una condición mas parecida al régimen subhúmedo, que presenta meses de Déficit hídrico desde octubre a abril. Además presenta un régimen pluviométrico similar a la ciudad de Chillán. Diagrama de meses desfavorables. El período desfavorable constituye en cierto modo una síntesis de los diagramas de aridez y del frío, ya que en su base teórica consiste en considerar la interacción de éstos para determinar la duración y la intensidad de las actividades biológicas. Mientras la potencialidad vegetativa actúa en forma positiva por presencia de calor suficiente, la aridez interviene en forma negativa por ausencia de la humedad necesaria (Di Castri & Hajek, 1976). Las condiciones óptimas para que las plantas se desarrollen sin interrupción son teóricamente 12 meses de potencialidad vegetativa y 0 de aridez; las condiciones pésimas son de 0 meses de potencialidad vegetativa y 12 de aridez. Dentro de estos extremos, se presenta la gama más amplia de posibilidades intermedias. A continuación se describe las zonas en cuestionamiento según la representación del diagrama de meses desfavorables:

La representación del diagrama de meses desfavorables en La Serena, que integra la aridez y el frío (Cuadro 9), muestra una condición intermedia entre los regímenes xérico y árido, tendiendo a meses desfavorables desde agosto a mayo, y sólo los meses centrales de la estación de invierno tienden hacer semidesfavorables para la potencialidad vegetativa. Por lo cual, se define como régimen hiperárido.

En Los Vilos el diagrama se ve más representado por el régimen semiárido concentrando los meses deficiencia hídrica desde el mes de septiembre a abril. En cuanto al diagrama de potencialidad vegetativa (Apéndice II), la diferencia que reviste con Santiago es la oscilación térmica que favorece a Los Vilos, localidad costera versus Santiago en el interior.

En cuanto a la localidad de Pichilemu el diagrama de meses desfavorables (Cuadro 9) se ha inclinado hacia el régimen semiárido, debido a que tiende a asimilarse a la disponibilidad hídrica que presenta este régimen. Los meses desfavorables se concentran desde noviembre a marzo y presentan diferencia en comparación al semiárido de Santiago por la misma razón que Los Vilos, siendo los meses de septiembre, octubre y abril de mayor disponibilidad de humedad.

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La ciudad de Concepción tiende su similitud al régimen subhúmedo, debido a que presenta una condición menos favorable para la disponibilidad hídrica que el régimen húmedo.

Cuadro 9: Diagrama de meses favorables

Régimen Localidad J A S O N D E F M A M J

xérico Copiapó Hiperárido o árido La Serena

Árido Ovalle Árido o semiárido Los Vilos

Semiárido Santiago * * Semiárido ó subhúmedo Pichilemu * * *

Subhúmedo Chillán * * * * Subhúmedo o Húmedo Concepción * * *

Húmedo Osorno * * * * * Fuente: Elaborado por el autor según referencia de Di Castri y Hajek (1975) En síntesis, las zonas que se analizaron en este capítulo y según su definición de régimen hídrico concuerdan con el indicador de Longitud de Estación Seca.

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Validación del índice descriptor de la aridez según opinión de especialistas Los especialistas confirman que la Longitud de Estación Seca representa el índice descriptor de aridez con mayor aproximación a la realidad hídrica de la zona de estudio, en comparación del cociente PP/ET() (UNEP) que presenta inconsistencias en las áreas que define. Sin embargo, este último índice presenta mejor la forma de los límites transicionales de cada régimen como cuña. También, los especialistas observaron que en sectores relacionados con microclimas, estos no se interpretan en el mapa (Altos de Cantillana, el Roble y Fray Jorge), presumiendo que la escala ocupada no presenta sensibilidad para fenómenos espaciales que se expresan a escalas locales. En general las observaciones realizadas se basaron en las influencias topográficas, latitudinales, oceánicas y atmosféricas propias del territorio chileno, distribución de formaciones vegetacionales, división de cuencas y experiencia in situ, entre otras. Los expertos proponen la creación de nuevos límites para la zonación resultante de esta memoria, sin embargo, la escala de trabajo que se requeriría es más bien local o regional, considerando complejo un nuevo análisis debido a que no se puede contar con información pertinente, a la escala señalada, en toda la zona de estudio. También el consenso o estandarización de los criterios señalados por cada especialista se torna complejo, debido a las distintas visiones y áreas a que corresponden. Lo cual impediría contar con una visión global del territorio en estudio.

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Influencia de los criterios de aridez en la caracterización de los regímenes hídricos La dimensión de la aridez en términos cuantitativos es difícil de establecer dado que este fenómeno tiene varias facetas. En cuanto a los regímenes de aridez en Chile Central, están fuertemente modelados por la latitud que determina la Longitud de Estación Seca, y por la distancia al mar que determina la intensidad del déficit hídrico. Conjuntamente a estas facetas se complementa el xerofitismo, que se manifiesta en el territorio en la medida que se produce un desequilibrio en el balance hídrico hacia la demanda insatisfecha del recurso agua. Lo cual, para lograr una clasificación del régimen hídrico con base ecológica, deben considerarse las múltiples dimensiones que presenta la aridez, en concordancia a las variables que influyen en la distribución y productividad de las especies vegetales (U Chile, 1997). El Déficit hídrico y el Índice de Xerofitismo corresponden a índices complementarios al régimen hídrico, presentando respectivamente un 77% y 75% de correlación con la variable LES y, un 92% entre ambos índices. Lo cual, el analizar la influencia de éstos permite mostrar la importancia en la evaluación de la aridez para establecer en los regímenes hídricos subcategorías de clasificación que incorporan una mayor cantidad de datos entre la disponibilidad y la demanda del agua en el análisis de la zonación. Para analizar la influencia de ambos índices, primero se debió generar las categorías del Déficit hídrico que posteriormente permitiría comparar con el índice de Xerofitismo. En la figura 22, se observa la distribución y variación del Déficit hídrico representativo de algunas localidades, que presentan una mayor variación y dispersión en las zonas secas, al contrario de las zonas húmedas presentando una variación menor, siendo más homogéneo y definido en sus límites.

Figura 22: Distribución espacial de localidades según el régimen hídrico y Déficit hídrico correspondiente a la condición climática.

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Posteriormente, con el objeto de facilitar el análisis se construyó una matriz de doble entrada (periodo seco/déficit hídrico), que arrojó hasta cuatro categorías en un mismo régimen (Figura 23).

Figura 23: Distribución del Déficit Hídrico según el régimen hídrico En cuanto a la variación y cantidad de clasificaciones del grado de aridez en cada régimen: el Déficit hídrico presenta una mayor dispersión en las zonas secas, en contraposición de las zonas húmedas que presentan una variación menor, siendo más homogéneo y definido en sus límites (Figura 23). En tanto, el índice Xerofitismo presenta una mayor dispersión en las clasificaciones de los regímenes centrales, tales como: el semiárido y el subhúmedo (Figura 24).

Figura 24: Distribución del Índice de Xerofitismo según el régimen hídrico

Interpretando la distribución de ambos criterios, Figura 23 y Figura 24, se puede inferir que la zona semiárida y subhúmeda representan los regímenes de transición entre déficit y exceso hídrico, por lo cual se expone que los niveles inferiores a 3 corresponden a las

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zonas húmedas y los superiores a 4 a las zonas áridas. También, se considera que por definición “tierras secas” corresponden a todas aquellas que están en zonas desde extrema aridez a subhúmedas (U. de Chile, 1997), por ende las áreas potenciales de desertificación se encuentran en aquellas zonas en que el índice, en ambos criterios, adquiere valores superiores a 2 (CEPAL, 2005). En cuanto al índice de Xerofitismo, se observa que los niveles 9 y 10 corresponden sólo al régimen xérico, así se puede inferir que al presenciar esta categoría en la zona de estudio, sólo se atribuye a un ambiente de extremada aridez y de muy escasa disponibilidad hídrica; específicamente en este estudio corresponde a la zona norte de la región de Atacama hacia el interior. Al contrario, en la categoría 1 se observa preferentemente las zonas húmedas del régimen hídrico, esto supone la zona sur del territorio de estudio. Con respecto al Déficit hídrico, sólo es importante mencionar que el nivel 1 corresponde precisamente a los regímenes más húmedos, tales como: hiperhúmedo, hídrico e hiperhídrico. Se observa en la Figura 25, la subzonación que presenta el déficit hídrico con respecto a los regímenes de aridez señalando un total de 23 nuevas zonas, producto de la aplicación de las categorías de la Figura 15. De igual forma, se observa al Índice de Xerofitismo (Figura 26) con un total de 21 subzonas. Lo cual ambos criterios permiten identificar una zonación de subregímenes hídricos.

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A continuación se presentan los mapas resultantes de la zonación del Déficit Hídrico y del Índice de Xerofitismo:

Figura 25: Zonación Déficit hídrico

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Figura 26: Zonación Índice de Xerofitismo Superponiendo ambas criterios se pueden describir los regímenes de aridez, considerando la jerarquía según la prioridad de los índices: 1. Longitud de Estación

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Seca, 2. Índice de Xerofitismo y, finalmente, 3. Índice de Déficit hídrico; así un régimen, por ejemplo Sa 4, 3 significa que corresponde a un régimen semiárido (7-8 meses secos) con índice de Xerofitismo 4 (4 milímetros de déficit por cada milímetro de precipitación) y un déficit hídrico total de rango 3 (500 a 800 milímetros menos de precipitación). En gran medida estas categorías representan las gradientes ecológicas que van desde el litoral hasta las zonas interiores más secas, puesto que se permite identificar no sólo a un régimen hídrico por la estacionalidad de la sequía, sino también por la intensidad del Déficit hídrico que se establece en un periodo de tiempo.

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Presentación de los índices de variabilidad e intensidad de los regímenes hídricos Índice de Fournier Modificado (IFM)

Este índice está asociado a la capacidad que tiene la precipitación de provocar erosión hídrica, esto se debe al gran impacto que ejercen las partículas de agua sobre la estructura del suelo, así también, se le llama Índice de Agresividad Climática (CAZALAC, 2006), por ende, mientras más precipitación se produzca en un lugar, mayor es el riesgo de erosión hídrica que se pueda manifestar. La precipitación en el norte del país es muy escasa y esporádica, pero a medida que va avanzando la latitud va incrementando la precipitación y, así mismo, la agresividad climática (figura 27). Según la Figura 27, en el 78 % de la superficie total de la zona de estudio prevalecen las categorías extremas de la clasificación del IFM, ya sea muy baja o muy alta la agresividad climática sobre el recurso suelo. Los valores de agresividad de las lluvias en el territorio oscilan entre mínimos cercanos a 0.5 y máximos de 647.

Figura 27: Representación porcentual del ICP en el área de estudio.

Descripción de las categorías por zonas: En la figura 28, se observa el comportamiento espacial de la agresividad climática en la zona de estudio. La agresividad climática de intensidad muy baja se presenta en las regiones de Atacama y Coquimbo, parcialmente en la V y región Metropolitana. En el caso de la región de Valparaíso, se presenta abarcando gran parte de la provincia de Petorca y de San Felipe de Aconcagua, a excepción, del sector precordillerano y cordillerano. Para luego, descender en sentido longitudinal por la ciudad de San Felipe hasta alcanzar la Capital de Santiago de Chile, en la región Metropolitana.

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La clasificación siguiente de intensidad baja, sólo alcanza un 5% de la superficie total del estudio. La manifestación de esta categoría se presenta en la precordillera, y la costa de la V región, específicamente en la provincia de Valparaíso y San Antonio. Avanzando hacia el oriente, alcanza la región Metropolitana abarcando las provincias del sur; Melipilla y Cordillera. En el caso de la VI región sólo la provincia de Cachapoal. A excepción de toda el área descrita anteriormente, lo que respecta a Altos de Cantillana (RM) y Los Robles (V) pertenecientes a la Cordillera de la Costa, presentan un microclima distinto a la zona, identificándolos por un IFM de categoría moderada. El resto de la zona que se identifica con intensidad moderada, corresponde a la zona costera del río Maipo hasta la ciudad de Constitución, a la depresión intermedia desde el sur de la ciudad de Rancagua hasta las cercanías de la localidad de San Carlos y a la precordillera de la V y VI región. La categoría de intensidad alta abarca la zona costera del sur de Constitución hasta la ciudad de Concepción. Continuando más hacia el interior, la zona comprendida entre San Carlos y la ciudad de Temuco. Desde la precordillera de la región de Valparaíso se extiende una franja que abarca parte de la depresión intermedia oriental de la RM, VI y VII región hasta llegar a San Carlos. Debe también considerarse de alta agresividad la zona litoral del sur de Lebú, VIII región, a las cercanías de Toltén, IX Región. La categoría de intensidad muy alta, esta representada por el territorio que cubre las altas cumbres de la región Metropolitana y VI, para luego ir avanzando al sur en forma diagonal hasta llegar a la Ciudad de Temuco. Desde ahí, esta categoría abarca de costa a cordillera extendiéndose hasta la región de los Lagos, a excepción de un área perteneciente a Osorno y los alrededores inmediatos que pertenece a la categoría de alta.

49

Figura 28: Representación espacial del Índice de Fournier Modificado (IFM) en la zona de estudio.

50

Índice de Concentración de la Precipitación (ICP) Este índice puede presentar en los resultados una tendencia similar al IFM debido a que también evalúa el comportamiento de las precipitaciones. De este modo, la concentración de las precipitaciones entre la región de Atacama y la de los Lagos, según el índice de Oliver, presenta una disposición en bandas con valores mínimos en el extremo norte y máximos en la zona sur de la zona de estudio. Es decir, tiene una concentración que va desde altamente estacional a uniforme, respectivamente. No obstante, la categoría irregular no está representada en la zona de estudio, como se puede observar en la Figura 29.

Figura 29: Gráfico de la representación porcentual del ICP en el área de estudio.

Descripción de las categorías por zonas: Dado que esta categoría presenta grandes macrozonas su descripción será más simple. Concentración Altamente Estacional: Esta zona presenta una alta variabilidad interanual, presenta eventualmente precipitaciones que no superan los 30 mm al año en la costa y 100 mm en las altas cumbres, que se traduce en que algunos años llueve abundantemente y otros años muy pocos milímetros. Esta categoría está representada por toda la región de Atacama. Concentración Estacional: Esta categoría como lo dice su nombre, presenta precipitaciones más estacionales, específicamente de invierno, como la caracteriza la zona mediterránea. Está representada por la zona comprendida entre el límite norte de la región de Coquimbo y la ciudad de Talca en el sur. Concentración Moderadamente Estacional: Presenta la mayor superficie dentro de este índice, en un 42%. Presenta la zona de Chillán al sur hasta Calbuco, en la X región. Concentración Uniforme: Esta zona presenta precipitaciones más recurrentes y de mayor durabilidad, caracterizando la zona más austral del estudio. Específicamente la provincia de Chiloé y la de Palena, X región.

51

Figura 30: Representación espacial del Índice de Concentración de la Precipitación (ICP) en la zona de estudio.

52

Dimensión de la variabilidad interanual de las variables del régimen hídrico El clima según Donoso (2005), nunca ha permanecido estable por un periodo de tiempo prolongado. El estudio del paleoclima demuestra que el clima varía en todas las escalas de tiempo, desde la frecuencia estacional hasta la frecuencia de cientos de años. Por lo tanto, la variabilidad climática se define como el rango de valores que las variables climáticas, precipitación o temperatura, pueden tener en un espacio geográfico dado a lo largo del tiempo. La variabilidad climática es un rasgo natural inherente del clima como sistema. Este ítem presenta la variabilidad climática atribuida a los indicadores de aridez, Índice de Aridez (UNEP) y Longitud de Estación Seca, representando la zona de estudio con un total de 5 estaciones meteorológicas de norte a sur. La zona más septentrional de la zona de estudio se encuentra representada en la ciudad de Copiapó, mas hacia el sur esta la estación meteorológica de Ovalle. En la zona central se figura la estación de Rengo, seguida por la de Chillancito y, finalmente, la zona sur esta representada por la estación meteorológica de Lago Ranco. La variabilidad de regímenes hídricos que presenta cada estación (cuadro 10), por un periodo de 30 años, muestra que las zonas más estables se presentan en el norte y sur del país. En el caso de las zonas centrales, el grado de variabilidad climática es mayor pudiendo presentar un régimen mas seco en un año y en otro más húmedo, con respecto a la media; por ejemplo la estación de Rengo, que presenta una variabilidad que va de un régimen árido a un subhúmedo. Cuadro 10: Variabilidad climática de la zona de estudio representada por 5 estaciones meteorológicas

del régimen hídrico según LES. Grado de dispersión Estación Mediana Variabilidad de régimen por

estación LES IA Copiapó Hiperárido Hiperárido Media Baja Ovalle Árido Hiperárido Árido Alta Media Rengo Semiárido Árido Subhúmedo Alta Media

Chilloncito Subhúmedo Semiárido Subhúmedo Alta Media Lago Ranco Húmedo Hiperhúmedo Media Nula

Fuente: Elaborado por el autor según cuadros APÉNDICE IV En cuanto a la tendencia del coeficiente de variación, en la figura 31, se presenta un comportamiento para el Índice de Aridez mas estable y homogéneo, que fluctúa entre 0 y 0.21 en la estaciones de Lago Ranco y Ovalle, respectivamente. En cambio la Longitud de Estación Seca, se aprecia en la zona norte una dispersión menor para luego presentar una leve diferencia a medida que va avanzando hacia la estación Rengo. En Chillancito presenta la máxima variabilidad y dispersión de este indicador, alcanzando una cima de 1.09, para luego descender en un 40 % en la estación de Lago Ranco.

53

Coeficiente de Variación

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Copiap

óOval

leReng

o

Chillan

cito

Lago_

Rango

Estaciones

Var

iabi

lidad IA

LES

Figura 31: Coeficiente de variación de los indicadores del régimen hídrico. En síntesis, en la zona norte ambos indicadores de la aridez presentan una menor variabilidad climática manifestando un comportamiento más homogéneo y permanente. En la zona central ambos indicadores tienden a comportarse mas estables y de variabilidad media, en contraposición de la zona sur que mientras LES se dispara presentando una gran dispersión, el IA tiende a disminuir su variabilidad alcanzando la nulidad. Lo que resume que la zona central, sobre todo el régimen subhúmedo es el más inestable en cuanto a la predicción climática en el mediano y largo plazo, sobre todo para la agricultura.

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CONCLUSIONES

• La Longitud de la Estación Seca (LES) permitió caracterizar el régimen hídrico en buena forma, dado que presenta de forma más real el grado de aridez de la zona de estudio, comparado con el cociente PP/ET() definido por la UNEP. Esto se aprecia bien en la representación de los gradientes de aridez que quedan bien representados por esta variable a diferencia del cociente PP/ET() , el cual tiende a generar cambios mas abruptos. El índice PP/ETo subestima la extensión de las zonas más áridas del país.

• Los Índices de Xerofitismo y Déficit Hídrico se complementan bien en la

descripción del régimen hídrico. Su aplicación conjunta permite determinar la existencia locales de la aridez que explican cambios vegetacionales a escala local.

• Se observa que el índice de Fournier Modificado (IMF) crece gradualmente de

norte a sur, al igual que el Índice de Concentración de la Precipitación (ICP), denotando un potencial erosivo creciente del clima hacia las zonas más húmedas del país.

• La escala y la densidad de las mallas climáticas utilizadas permitieron la

zonación de aridez adecuada al objetivo planteado. Sin embargo, las zonas cordilleranas y costeras, de topografías complejas, requieren de mayores precisiones por lo que debiera utilizarse mallas más densas en su representación cartográfica.

• La metodología utilizada mostró gran potencial en la zonación del territorio desde una perspectiva de los recursos hídricos. Ello permitirá una nacionalización del uso de estos recursos así como una mejor planificación territorial de los proyectos de inversión en materia de recursos de agua.

55

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• U. DE CHILE, 1997. Diagnóstico de Desertificación en Chile. Editorial Rosales. Santiago, Chile. 399 p.

58

APENDICES APENDICE I. Base de datos de la malla Agroclimática Correspondiente a los Archivos RED y PPM Archivo RED. Referente a las variables climáticas. El orden de las columnas es: PUNTOS LAT TXE TNE TXJ TNJ PPA ETE ETJ RSE RSJ HRE HRJ Donde: PUNTOS: Número del punto correspondiente a la malla. LAT: Latitud TXE: Temperatura máxima enero TXJ: Temperatura máxima julio TNE: Temperatura mínima enero TNJ: Temperatura mínima julio PPA: Precipitación anual ETE: Evapotranspiración enero ETJ: Evapotranspiración julio RSE: Radiación Solar enero RSJ: Radiación Solar julio HRE: Humedad relativa enero HRJ: Humedad relativa julio Archivo PPM: Referente a las serie de precipitación. El orden de las columnas es el siguiente: PUNTOS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC PROM Donde: Las primeras doce columnas: Precipitación de enero (ene) a diciembre (dic) pro: precipitación promedio

59

APENDICE II: Gráficos ombrotérmicos representativos del área de estudio

Copiapó

01020304050

J A S O N D E F M A M J

Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

pp (m

m)

T º medpp

La Serena

01020304050


Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

pp (m

m)

T º medpp

Figura 32: Gráfico ombrotérmico de Figura 33: Gráfico ombrotérmico de Copiapó. La Serena.

Ovalle

01020304050

J S N E M M

Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

pp (m

m)

T º medpp

Los Vilos

01020304050


Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

pp (m

m)

T º medpp

Figura 34: Gráfico ombrotérmico de Figura 35: Gráfico ombrotérmico de Ovalle Los Vilos

Santiago

01020304050


Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

pp

(mm

)

T º medpp

Pichilemu

01020

304050


Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

Pp (m

m)

T º medpp

Figura 36: Gráfico ombrotérmico de Figura 37: Gráfico ombrotérmico de Santiago Pichilemu

60

Chillán

01020304050


Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

Pp (m

m)

T º medpp

Concepción

01020304050


Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

pp (m

m)

T º medpp

Figura 38: Gráfico ombrotérmico de Figura 39: Gráfico ombrotérmico de Chillán Concepción

Osorno

01020304050

J S N E M M

Mes

T m

ed (º

C)

020406080100

pp (m

m)

T º medpp

Figura 40: Gráfico ombrotérmico de Osorno.

61

APENDICE III: Diagramas de Aridez (De Martonne) y de Potencialidad Vegetativa.

Cuadro 11: Diagrama de Aridez según De Martonne.


Xérico Copiapó Hiperárido o árido La Serena


Semiárido Santiago Semiárido ó subhúmedo Pichilemu

Subhúmedo Chillán Subhúmedo o Húmedo Concepción

Húmedo Osorno Fuente: Elaborado por el autor según referencia de Di Castri y Hajek (1965)

Cuadro 12: Diagrama de Potencialidad Vegetativa


Xérico Copiapó Hiperárido o árido La Serena


Semiárido Santiago * * Semiárido ó subhúmedo Pichilemu * * *

Subhúmedo Chillán * * * * Subhúmedo o Húmedo Concepción * * *

Húmedo Osorno * * * * * Fuente: Elaborado por el autor según referencia de Di Castri y Hajek (1965)

62

APENDICE IV: Variabilidad Climática de la zona de estudio

Cuadro 13: Desviación Estándar y Coeficiente de variación de la Longitud de Estación Seca

Estación Sx C V(x) Copiapó 0,42 0,04 Ovalle 0,96 0,09 Rengo 1,07 0,14

Chillancito 1,04 1,09 Lago Ranco 0,87 0,60

Fuente: Elaborado por el autor según base de datos DGA.

Cuadro 14: Desviación Estándar y Coeficiente de variación del Índice de Aridez

Estación Sx C V(x) Copiapó 0,18 0,17 Ovalle 0,52 0,30 Rengo 0,72 0,21

Chillancito 0,80 0,16 Lago Ranco 0,00 0,00

Fuente: Elaborado por el autor según base de datos DGA.

Desviación estándar

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Copiapó Ovalle Rengo Chillancito Lago Ranco

Estaciones

Sx IA

LES

Figura 41: Desviación Estándar del Índice de Aridez y Longitud de Estación Seca.

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