Universidad Autónoma Metropolitana

Unidad: Iztapalapa

División: C.B.S.

Grado: Licenciatura en Hidrobiología

Titulo del Trabajo: Interpretación Oceanográfica de una zona costera deMéxico usando Imágenes de Satélite de la Temperatura de la Superficie delMar.

Nombre del Participante: Edgar Omar Rodríguez Sánchez

Nombre del Asesor: Dr. Margarito Tapia García

Lugar y Fecha de la Realización del Trabajo: Instituto de Ciencias delMar y Limnología UNAM. Área de Diagnostico Ecológico y GestiónAmbiental. Departamento de Hidrobiología. Agosto 2006.

Introducción

Las bahías de Huatulco se localizan en la Costa de Oaxaca, enclavadas en lasestribaciones finales de la Sierra Madre del Sur.

Abarcan 30 Kilómetros del litoral del pacifico Mexicano, entre las desembocaduras delos ríos Coyula y Copalita.

Dadas las condiciones geográficas en las que se encuentran las Bahías de Huatulco, sutopografía es accidentada por montañas, valles y laderas, siendo irrigada por los ríosCoyula, San Agustín y Copalita,. Cuenta con un clima cálido sub-húmedo, con unatemperatura media anual de 28ºC., registrando temperaturas mínimas de 14ºC eninvierno y máximas de 38ºC en verano, con sólo 40 días lluviosos al año.

Las variaciones en las condiciones ambientales afectan la distribución, abundancia ydisponibilidad de diversidad biológica. El conocimiento de condiciones ambientales ylos procesos que afectan a las poblaciones de la flora y fauna acuática, pueden serestudiadas con técnicas de teledetección que entre otras cosas permiten identificarprocesos oceanográficos, como regiones de surgencias, patrones de corrientes,distribución de la temperatura de la superficie del mar, materia en suspensión,distribución de clorofila entre otras variables.

El análisis de las imágenes multiespectrales obtenidas por diversos sensores multicanal,como son los AVHRR, (Advanced Very High Resolution Radiometer; AVHRR, por sunombre y siglas en inglés) instalados en satélites, ha tenido un gran auge en los últimos25 años El análisis de las imágenes satelitales permite caracterizar la distribucióngeográfica de diversas variables, cuya dinámica puede responder a procesos deregularidad estacional o interanual, así como a eventos de carácter local. Una variablemuy importante es la Temperatura de la Superficie del Mar (TSM) ya que define lacaracterización de condiciones oceanográficas de micro y macroescala, y proporcionaun marco ambiental de la distribución de algunas especies.

Las Bahías de Huatulco forman parte del Golfo de Tehuantepec, que se localiza al surde la "alberca de agua cálida" del Pacífico tropical mexicano frente a las costas deOaxaca y Chiapas, se caracteriza por la presencia de aguas provenientes de la corrientecostera de Costa Rica. Su dinámica es única debido a los intensos nortes que soplancada invierno de octubre a marzo, y resultan en una mezcla de las aguas en la capaoceánica superior.

Objetivo General· Interpretación Oceanográfica de una Zona Costera de México usando Imágenes

de Satélite de la Temperatura de la Superficie del Mar.

Objetivo Especifico

· Realizar la interpretación de la variabilidad de Temperatura de la Superficie delMar de las Bahías de Huatulco en el periodo de 1996-2006.

Metodología

Se calculó la Temperatura de la Superficie del Mar (TSM), correspondiente a enero de1996 a diciembre 2006, para determinar la climatología de la TSM en el área de estudio;El cálculo de la obtención de la TSM se realizó utilizando el algoritmo propuesto porMc_cklein y que esta inmerso en el programa TeraScan, este programa permiteobtener, procesar y desplegar para su análisis, los datos obtenidos por el sensor

AVHRR, montado en los satélites de la serie NOAA. Las imágenes utilizadas en estetrabajo fueron obtenidas de los satélites NOAA-14 y NOAA-16

Como las imágenes NOAA/AVHRR cubren grandes áreas (5400 x 2800 km.), esnecesario recortar las imágenes en regiones geográficas específicas como en este casofue las Bahías de Huatulco. Esto se hace creando un master , el cual genera un mapacon sus coordenadas geográficas en una proyección cartográfica definida. El siguientepaso es registrar las variables de la imagen en el mapa y proyección definidos, esteproceso lo hace el comando fastreg del sistema TeraScan.Al manipular una imagen por medio de una computadora se dice que se realiza unprocesamiento digital de la imagen . En dicho proceso el modo de entrada es una

imagen y el modo de salida es otra imagen, mejorada tanto visual comoestructuralmente, para su mejor análisis. Cuando se procesa una imagen, lo que se hace,es trabajar sobre una matriz de valores o datos que se modifica con cada proceso y quefinalmente esta matriz se despliega de modo grafico, al asignar colores, a cada valor dela matriz, para obtener lo que se denomina una imagen en falso color.Usualmente una señal climática se mide en puntos geográficos discretos (estaciones)para el caso de las imágenes se usaron transectos a intervalos de tiempo mensuales(análisis espacio-temporal).

Actividades Realizadas

En este trabajo se utilizaron 120 imágenes de las Bahías de Huatulco y 120 imágenes delas Costas de Oaxaca. Al desplegar una imagen en falso color, esta imagen se despliegaen el formato del sistema, TeraScan generando su propio formato de despliegue, perouna vez desplegada la imagen esta se puede salvar y exportar en formato sunraster. Estaimagen se exporto y se convirtió en formato JPG para que dicha imagen pueda ser vistaen cualquier computadora utilizando el programa XnView, es un visualizador ycapturador de imágenes, soporta más de 400 formatos distintos de archivos (incluyendoel sofisticado formato EXIF), está en cerca de 40 idiomas.De las imágenes se obtuvo un transecto paralelo a las Bahías de Huatulco, que endistancia espacial es de 30 Km., y en términos de la imagen es de 29 píxeles de la zonade estudio desde Río Copalita hasta la Bahía de San Agustín que forman parte de lasBahías de Huatulco. Estos transectos se exportaron en formato ascci que pueden serleídas por cualquier hoja de calculo, de cada transecto se obtiene latitud, longitud ytemperatura correspondientes de cada uno de los píxeles que forma el transecto. Deestas matrices que forman las imágenes se extrajeron 120 transectos correspondientes acada uno de los meses comprendidos del periodo de enero 1996 a mayo 2006.

Con estos transectos se formo una matriz de 12 columnas (meses) y 29 líneas (distancia)por cada uno de los años, para hacer un análisis espacio temporal basado principalmenteen un análisis estadístico descriptivo.

De estos mismos datos se obtuvieron las anomalías de temperatura tomando como baseel promedio Anual del Periodo 1996-2006

Objetivos y Metas Alcanzadas

Se realizo una descripción espacio-temporal de la TSM en las Bahías de Huatulco,como objetivo especifico de este trabajo.Se obtuvieron 108 imágenes correspondientes a las costas de Oaxaca y 108 de lasBahías de Huatulco

Resultados y Conclusiones

El análisis del comportamiento de temperaturas para el periodo de 1996-2006 se obtuvocon el promedio de todos los datos a lo largo del transecto, este se hizo por cada uno delos años de la serie de tiempo, obteniendo la siguiente estadística básica:

Año PromedioDesviaciónestándar Mínimo Máximo Rango

Número dedatos

1996 28.37754 0.09492 28.19931 28.60764 0.40833 291997 28.98171 0.08002 28.85069 29.14074 0.29005 291998 28.24338 0.08553 28.11726 28.41453 0.29726 291999 27.41327 0.17363 27.07268 27.80625 0.73357 292000 26.75125 0.07149 26.61526 26.85578 0.24051 292001 26.92462 0.16033 26.61808 27.21089 0.59281 292002 26.53279 0.21976 26.12683 26.86052 0.73369 292003 26.18523 0.36411 25.48079 26.78125 1.30046 292005 25.97235 0.19113 25.63322 26.43785 0.80463 292006 25.94548 0.14492 25.66556 26.25833 0.59278 29

En la Grafica 1.1 podemos observar que el año mas calido del periodo de estudio serefiere a 1997 con un valor de temperatura promedio de 28.98 °C mientras que el añomás frío se refiere al 2005 con un valor de temperatura promedio de 25.97 °C.Aclarando que el año 2006 tiene un valor de 25.94 pero solo incluye 5 meses de los 12.Se observa un descenso de temperatura de 1997 al 2005 de 4°C.

Grafica 1.1 Comportamiento Interanual de la TSM para el Periodo (1996-2006)

En la Grafica 1.2 se puede observar a lo largo del transecto la variación temporal deTSM, con un descenso de la misma de 1997-2005 y que este es generalizado desdePlaya San Agustín hasta Barra de la Cruz.

Grafica 1.2 Comportamiento Espacio-Temporal de la TSM para el Periodo (1996-2006).

En la Grafica 1.3 Espacio-Tiempo se observan zonas mas calidas con una temperaturaaprox. 29.5 °C a lo largo del año 1997 entre los datos 15 y 5 que corresponde a BahíaÓrgano y Bahías Conejos respectivamente que, mientras que las zonas frías serepresentan en el año 2005 entre Playa San Agustín y Bahía Riscalillo (dato 30 y 22)con una temperatura aprox. de 25.5°C. Y también en la Región de la Bahía Chachacualque esta desde el dato 18 hasta Barra de la Cruz con una temperatura de 26°C.

Grafica 1.3 Comportamiento Espacio-Temporal de la TSM para el Periodo (1996-2006)

Anomalías de la Serie de Tiempo (1996-2006)

Se realizo un análisis de las Anomalías de Temperatura para el periodo de 1996-2006estas anomalías se obtuvieron de la diferencia de todos los datos a lo largo deltransecto, tomando como base el promedio mensual del periodo de estudio, obteniendola siguiente estadística básica:

AnomalíasAño Promedio

Desviaciónestándar Mínimo Máximo Rango

Número dedatos

1996 1.14056 0.1111 0.9591 1.40087 0.44176 291997 1.74473 0.1298 1.48152 1.92517 0.44365 291998 1.0064 0.11864 0.73847 1.2339 0.49543 291999 0.17628 0.16989 -0.17035 0.48724 0.65759 292000 -0.48573 0.10313 -0.73849 -0.24657 0.49192 292001 -0.31236 0.11748 -0.52156 -0.1015 0.42005 292002 -0.7042 0.18969 -1.05328 -0.37708 0.6762 292003 -1.05175 0.30154 -1.62156 -0.57951 1.04205 292005 -1.26464 0.1907 -1.66101 -0.9848 0.67621 292006 -0.59832 0.13433 -0.85149 -0.33241 0.51908 29

En la grafica 2.1 se observa Anomalías calidas de más de 1°C respecto a la base para losaños 1996-1998 de igual manera se observan Anomalías frías de más de -1°C para losaños 2003-2005

Grafica 2.1 Comportamiento Interanual de las Anomalías de la TSM 1996-2006

En la Grafica 2.2 se observa a lo largo del transecto la variación de temperatura de masde 1°C para los años (1996-1998) y -1°C (2003-2005), y que este es generalizado desdePlaya San Agustín hasta Barra de la Cruz. Para lo que va del año 2006 se observa unascenso de Temperatura respecto al 2005.

Grafica 2.2 Comportamiento Espacio-Temporal de las Anomalías de la TSM parael Periodo 1996-2006.

En la Grafica 2.3 Espacio-Tiempo se observan regiones con anomalías mas calidas conuna elevación de temperatura de mas de 1°C a lo largo del transecto específicamente enel año 1997 desde Playa San Agustín hasta Barra de la Cruz, las zonas frías serepresentan en el año 2005 Playa San Agustín hasta Barra de la Cruz con unadisminución de temperatura de -1°C. se observa claramente dos franjas que abarca todala zona de estudio una calida para el año 1997 y una fría para el año 2005.

Grafica 2.3 Comportamiento Espacio-Temporal de las Anomalías de la TSM parael periodo 1996-2006.

Anomalías Mensuales de la TSM para el periodo 1996-2006

En esta imagen podemos observar claramente dos periodos un periodo calido de Enero1996 hasta Septiembre 1999 y un periodo frió de Octubre 1999 a la fecha, teniendo enconsideración un periodo calido en los meses de Agosto a Octubre del 2001

Análisis Intermensual de la TSM para el periodo (1996-2006)

El análisis del comportamiento de temperaturas para el periodo de 1996-2006 se obtuvocon el promedio de todos los datos a lo largo del transecto por cada uno de los meses decada año, obteniendo la siguiente estadística básica:

En la Grafica 3.1 observamos que el mes mas calido es Julio mientras que el mas frío esMarzo, se puede apreciar un periodo frío que abarca Enero-Marzo, un Mes deTransición de frío a calido Abril, un periodo Calido que va desde Mayo-Noviembre yun Mes de transición de calido a frío Diciembre.

Grafica 3.1 Comportamiento Intermensual de de la Serie de Tiempo (1996-2006)

Mes PromedioDesviaciónestándar Mínimo Máximo Rango

Número dedatos

Enero 26.07455 0.10799 25.83177 26.32167 0.4899 29Febrero 26.04085 0.09385 25.88194 26.22833 0.34639 29Marzo 25.94234 0.06227 25.81611 26.03278 0.21667 29Abril 26.78549 0.05071 26.69236 26.86958 0.17722 29Mayo 27.87579 0.08583 27.70292 28.02625 0.32333 29Junio 27.98207 0.32437 27.14398 28.55802 1.41404 29Julio 28.54961 0.3146 27.92364 29.0474 1.12376 29

Agosto 28.36428 0.20722 27.9321 28.65586 0.72376 29Septiembre 27.24851 0.25161 26.85421 27.72708 0.87288 29

Octubre 27.64095 0.32789 26.88557 28.06555 1.17998 29Noviembre 27.59873 0.18864 27.28738 27.89851 0.61113 29Diciembre 26.74059 0.09276 26.62284 26.95648 0.33364 29

En la 3.2 se observan los 4 periodos empezando el primer periodo con una TSM de 26incrementándose en el segundo periodo a 26.8 siendo este el periodo de transición defrío a calido, posteriormente se eleva hasta 28°C teniendo un descenso de 26.8°C estesiendo el periodo de transición de frío a calido

3.2 Distribución de Temperaturas por Periodos

En la Grafica 3.3 observamos también la distribución de los 4 periodos a lo largo detoda la zona de estudio desde Playa San Agustín hasta Barra de la Cruz

Grafica 3.3 Distribución Espacio Temporal de los Periodos de la TSM

Se realizo un análisis de temperatura mensual para los dos años más anómalos de laserie de tiempo 1996-2006 que corresponden a 1997 y 2005

Año más Calido 1997 de la Serie de Tiempo (1996-2006)

El análisis del comportamiento de temperaturas para el año más calido 1997 de la seriede tiempo (1996-2006) se obtuvo con el promedio mensual de todos los datos a lo largodel transecto, obteniendo la siguiente estadística básica:

En la Grafica 4.1 se observa que Agosto es el mes mas calido con una temperaturapromedio 30.56°C,. Esto difiere del Análisis Intermensual de la Serie de Tiempo(1996-2006). En el que indica que el mes mas frío es marzo y el mes calido es julio.

Grafica 4.1 Comportamiento Mensual de la TSM para el Año 1997

Año 1997 PromedioDesviaciónestándar Mínimo Máximo Rango

Número dedatos

Enero 1997 27.47414 0.16335 27.175 27.69167 0.51667 29Febrero 1997 27.13793 0.17603 26.84167 27.5 0.65833 29Marzo 1997 27.99325 0.72361 26.04167 28.95556 2.91389 29Abril 1997 29.05158 0.10693 28.85833 29.23333 0.375 29Mayo 1997 29.4977 0.07699 29.35 29.7 0.35 29Junio 1997 29.36092 0.40818 28.5 30.1 1.6 29Julio 1997 29.52874 0.25661 29.2 30.13333 0.93333 29

Agosto 1997 30.56624 0.1959 30.16667 30.875 0.70833 29Septiembre 1997 30.28391 0.45993 29.28333 30.8 1.51667 29

Octubre 1997 29.22874 0.31695 28.78333 29.9 1.11667 29Noviembre 1997 29.16092 0.0755 29.05 29.28333 0.23333 29Diciembre 1997 28.49646 0.08345 28.375 28.78333 0.40833 29

Grafica 4.2 En esta Grafica podemos observar que el mes mas calido es Agosto y abarcatodo el transecto desde Playa San Agustín hasta Barra de la Cruz

Grafica Espacio-Temporal 4.2 En el Comportamiento Mensual de la TSM para elAño 1997

En la Grafica 4.3 se observa que las regiones mas frías abarcan toda la zona de estudiodesde Playa San Agustín hasta Barra de la Cruz en los 3 primeros meses de Enero aMarzo, mientras que se reitera que el mes mas calido es Agosto encontrándose regionescon una temperatura arriba de los 30.5°C. Una región claramente identificable es dePlaya San Agustín a Bahía Riscalillo (dato 30-24) y la otra región va desde Bahía SantaCruz hasta Barra de la Cruz (dato 12-0)

Grafica Espacio-Temporal 4.3 En el Comportamiento Mensual de la TSM para elAño más calido 1997

Agosto Mes más calido del Año mas Calido 1997 de la Serie de Tiempo (1996-2005)

(a)

En las Grafica (a) se observa claramente que del promedio de todos los agostos en laserie de tiempo (1996-2005), el Agosto mas calido es el del año 1997. Difiriendo elAgosto del 2005 esto puede ser debido a que la imagen fue deficiente y se capto conmucha nubosidad.

Año más Frío 2005 de la Serie de Tiempo (1996-2006)

El análisis del comportamiento de temperaturas para el año mas frío 2005 de la serie detiempo (1996-2006) se obtuvo con el promedio mensual de todos los datos a lo largo deltransecto, obteniendo la siguiente estadística básica:

Agosto(1996-2005) Promedio

Desviaciónestándar Mínimo Máximo Rango

Número dedatos

Ago96 29.87203 0.13854 29.57778 30.07778 0.5 29Ago97 30.56624 0.1959 30.16667 30.875 0.70833 29Ago98 29.73056 0.26587 29.13333 30.11111 0.97778 29Ago99 28.48333 0.59902 27.53333 29.725 2.19167 29Ago00 28.43391 0.19191 28.1 28.74444 0.64444 29Ago01 28.35316 0.44993 27.825 29.20278 1.37778 29Ago02 28.85575 0.67486 27.13333 29.66667 2.53333 29Ago03 27.99195 0.68468 26.04167 29.025 2.98333 29Ago05 22.99157 1.22767 20.47778 24.37778 3.9 29

Año 2005 PromedioDesviaciónestándar Mínimo Máximo Rango

Número dedatos

Enero 2005 25.47572 0.10316 25.35 25.7 0.35 29Febrero 2005 24.78678 0.15372 24.53333 25.09167 0.55833 29Marzo 2005 25.38894 0.1965 24.9 25.60833 0.70833 29Abril 2005 25.86912 0.08672 25.7625 26.1375 0.375 29Mayo 2005 27.99837 0.20132 27.65556 28.26667 0.61111 29Junio 2005 28.15905 0.94978 24.8625 28.91667 4.05417 29Julio 2005 25.64066 1.95502 21.2375 28.25 7.0125 29Agosto 2005 22.99157 1.22767 20.47778 24.37778 3.9 29Septiembre 2005 26.86461 0.3788 25.87778 27.44444 1.56666 29Octubre 2005 25.62936 0.5073 24.96667 27.25 2.28333 29Noviembre 2005 25.99387 0.82347 24.7 27.35556 2.65556 29Diciembre 2005 26.87011 0.10566 26.675 27.1 0.425 29

En la Grafica 5.1 se observa que Febrero es el mes mas Frío con una temperaturapromedio 24°C. cabe aclarar que aparece agosto con una temperatura muy baja esto esdebido a que la imagen que se tuvo fue bastante deficiente ya que había una mayornubosidad en el largo del transecto.

Grafica 5.1 Comportamiento Mensual de la TSM para el Año mas Frío 2005

Grafica 5.2 En esta Grafica podemos observar que el mes mas Frió es Agosto y abarcatodo el transecto desde Playa San Agustín hasta Barra de la Cruz

Grafica Espacio-Temporal 5.2 En el Comportamiento Mensual de la TSM para elAño más Frío 2005

En la Grafica 5.3 se observa claramente la zona fría que abarca toda la zona de estudiodesde Playa San Agustín hasta Barra de la Cruz en todo el mes de Agosto.

Grafica Espacio-Temporal 5.3 En el Comportamiento Mensual de la TSM para elAño más Frío 2005

El Pacífico Mexicano presenta una alternancia entre zonas de aguas frías en invierno ycalientes en verano. Aparentemente las corrientes en el Pacífico mexicano son muylentas, por lo que las masas de agua son expuestas durante mayor tiempo a la insolación,resultando en elevadas temperaturas superficiales. Tanto la denominada "franja de aguafría" como la "alberca de agua caliente", presentan variaciones estaciónales einteranuales, moduladas por el ciclo anual de las corrientes y de la insolación(http://www.cambioglobal.org). Específicamente, se ha demostrado que muchosimpactos locales están relacionados a anomalías climáticas de gran escala temporal,particularmente el fenómeno El Niño-Oscilación del Sur o ENOS (Fernández yRamírez, 1991). Durante los años concurrentes o inmediatamente posteriores al Niño, latemperatura superficial del mar en el Pacífico Mexicano está por encima de lo normal,lo contrario ocurre durante los años previos a la Niña.

En este trabajo hemos visto la variabilidad de la TSM que se presenta en las Bahías deHuatulco a escala interanual, estaciónales, mensuales, y de escalas espaciales de interésdel orden de kilómetros. Debido al carácter escalar en tiempo y espacio se analizo losdatos de la TSM en periodos interanuales, mensuales. Se observo claramente dosperiodos un periodo calido de Enero 1996 hasta Septiembre 1999 y un periodo frío deOctubre 1999 a la fecha, teniendo en consideración un periodo calido en los meses deAgosto a Octubre del 2001, esto se hace evidente con la grafica de anomalías, pero siconsideramos solo las Temperaturas se considera que hay un descenso de temperaturadespués del año mas calido 1997 observándose como el año mas anómalo. Así, entre1997-1998 resultó afectada por El Niño la costa del océano Pacífico desde México hastael sur de Perú. Según la Organización Meteorológica Mundial, la temperatura del aguasuperficial aumentó hasta cinco grados por encima de lo normal considerándose por laelevación de temperatura Año Niño, que hasta la fecha se observa un periodo frío.

Recomendaciones

Diez años de registros diarios de la TSM de las Bahías de Huatulco, integrados enforma de composiciones interanuales y mensuales, son insuficientes para consolidar unaclimatología robusta de esta región oceánica. Esto conduce a establecer la necesidad deaumentar el acervo de datos de la TSM y, por lo menos otro ciclo de 10 años y realizarun estudio similar para obtener estadísticos climatológicos más estables. Hay quienessostienen que una climatología de este tipo requiere por lo menos 30 años de datos paradeterminar los promedios y valores de referencia con mayor precisión (Marquez 2003)

La oceanografía satelital actual esta en pleno desarrollo y tiene posibilidades amplias decontribuir al conocimiento del océano. La eficacia de esta disciplina reside en lacontinuidad y la extensión geográfica de las mediciones. (Tapia, 1998)El interés actual por comprender las causas de variabilidad climática impone lanecesidad de analizar secuencias cronológicas de varias variables meteorológicas endiversas estaciones para así poder pronosticar lo que podrá pasar a futuro en nuestraclimatología y observar claramente los periodos mas fríos y los periodos mas calidos,teniendo como referencia los fenómenos del Niño y de la Niña.

Bibliografía

· www.cambioglobal.org/enso/informes/anho1/mexico/v-ninio.htm

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