Agricultural and environmental consequences of climate change in human and animal comfort conditions in the experimental stations of the Facultad de Agronomía of the Universidad Central de Venezuela.

Eladys Córcega Pitta y María Teresa Martelo Pena

Cátedra de Climatología Agrícola, Departamento de Ingeniería Agrícola, Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Apdo. 2117, Tele-Fax.: 0243-2675935. eladyscorcega@yahoo.es, mmartelo@cantv.net

Abstract

Climate change constitutes a global scale problem and albeit the uncertainties that exist, scientists from around the world have determined that the present climatic alterations are occurring at a rate that could exceed any other such changes in the last 10 thousand years. The most common agricultural and environmental implications that derive from changes in precipitation and temperature levels, affect such aspects as water availability and human and animal comfort. Since the effects of climate change on the environment and agriculture are increasingly evident, it was considered pertinent to undertake a study on the consequences of these changes in the Experimental Stations of the School of Agronomy of the UCV. First of all, the future temperature series were obtained, employing the findings of Martelo [1], for two Models of General Circulation of the Atmosphere (MGCA). Subsequently, the possible changes in the temperature regimes for each station were determined, using human and animal comfort analysis; and with this information, the possible agricultural and environmental consequences of these changes were analyzed. In general, the results show an increase in the human and animal discomfort conditions for both models.

Key words: Climate change, experimental stations, temperature regime, models of general circulation of the atmosphere (MGCA), comfort.

Consecuencias agrícolas y ambientales del cambio climático, en las condiciones de confort humano y animal, de las estaciones experimentales de la Facultad de Agronomía, UCV .

Resumen

El cambio climático constituye un problema de alcance global y a pesar de las incertidumbres que existen, los científicos prevén que las alteraciones climáticas se están presentando a una velocidad que podría exceder a cualquier otra ocurrida en los últimos 10 mil años. Las implicaciones agrícolas y ambientales más generales que se derivan del cambio en la precipitación y la temperatura, repercuten en aspectos tales como la disponibilidad de agua y el confort humano y animal. Por lo tanto, dado que los efectos del cambio climático sobre la agricultura y el ambiente se hacen cada vez más notables, se consideró pertinente realizar un estudio de las consecuencias agrícolas y ambientales del cambio climático en las estaciones experimentales de la Facultad de Agronomía (FAGRO) de la Universidad Central de Venezuela. En primer lugar se obtuvieron las series de temperatura futura empleando los resultados de Martelo [6], para dos Modelos de Circulación General de la Atmósfera (MCGA), posteriormente se determinaron los posibles cambios en el régimen térmico en cada una de las estaciones experimentales mediante el análisis del confort humano y animal y se analizaron las posibles consecuencias agrícolas ambientales de dichos cambios. En general los resultados según ambos modelos, señalan un aumento de las condiciones de disconfort animal y humano.

Palabras clave: Cambio climático, estaciones experimentales, régimen térmico, modelos de circulación general de la atmósfera, confort.

Recibido el 30 de Junio de 2006 En forma revisada el 30 de Julio de 2007

Introducción

El cambio climático es un fenómeno global, y por sus efectos, uno de los problemas socioeconómicos más importantes en la agenda internacional. La Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) [2], en su Articulo 1, define a éste como: “… un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables”, es decir, se trata del incremento de la variabilidad natural del clima, causado por actividades humanas. Las proyecciones del Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC), señalan que en el siglo XXI seguirán aumentando la temperatura global, el nivel del mar, la intensidad de la precipitación y la ocurrencia de eventos extremos [3].

Dado que no hay realmente forma de predecir el clima futuro, el tema de cambio climático se estudia en función de escenarios [3], que son una descripción plausible, coherente e internamente consistente de un posible estado futuro del mundo. En estos escenarios, está implícito un gran nivel de incertidumbre, debido a tres factores: (a) incertidumbre sobre el crecimiento demográfico y tecnológico, y el nivel futuro de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI); (b) la incompleta modelación física del Sistema Climático; (c) los niveles de sensitividad climática (fuerza de la respuesta) de dicho Sistema ante el forzamiento radiativo de los GEI. Los escenarios climáticos se crean como la combinación de escenarios de emisión de GEI (que a su vez se basan en escenarios socioeconómicos), y del nivel de sensitividad climática.

La herramienta para simular el clima futuro son los Modelos Acoplados de Circulación General Atmósfera-Océano (MCGAO), corridos para los escenarios climáticos definidos [4]. Estos modelos son de una enorme complejidad matemática, y requieren un altísimo poder computacional (supercomputadoras). Dado que al firmar la CMNUCC los países (incluida Venezuela) se comprometieron a presentar Informes que incluyan los posibles efectos del cambio climático en su territorio, y dado que sólo hay supercomputadoras en unos 8 países del mundo, la Secretaría de la CMNUCC encargó a la Climate Research Unit de la Universidad de East Anglia (UK), el desarrollo de una metodología simplificada, que resultó en el software MAGICC-SCENGEN: Model for the Assessmet of Greenhouse Induced Climate Change/Scenario Generator (Hulme et al., [5]). El MAGICC es un modelo climático simplificado que determina los valores futuros de temperatura media global y el nivel del mar, según el escenario de emisiones de GEI y la sensitividad climática especificados por el usuario; el componente SCENGEN es, en esencia, una biblioteca de corridas de 16 de los MCGAO disponibles en centros mundiales de investigación en ese momento (años 1998 a 2000), y proporciona los valores de cambio (incremento de temperatura en °C, porcentajes positivos o negativos en la precipitación), como promedios para lapsos de 30 años, a fin de que sean comparables con la línea base y en grillas de 5° × 5° de superficie, es decir, este modelo tiene una resolución espacial muy gruesa; Venezuela está cubierta por apenas 8 de dichas grillas.

El modo general de trabajo con escenarios climáticos implica la definición de una línea base climática, que el IPCC, órgano científico de Naciones Unidas para el cambio climático, definió como la Normal 1961-1990, es decir, los valores promedio de temperatura y precipitación de ese lapso de treinta años representan el clima antes del cambio, y se asume que los valores a partir del 1º enero 1991 sufren ya el efecto del cambio climático. La temperatura y precipitación futuras, simulados por los MCGAO corridos bajo diferentes escenarios climáticos, se comparan entonces con la línea base, para determinar la magnitud del cambio sufrido por dichos elementos climáticos.

Los cambios en los patrones espacio-temporales de la temperatura y la disminución de la amplitud térmica diaria (diferencia entre las temperaturas de las horas más caliente y más fría del día), repercuten en el confort térmico de los seres vivos, a través de cambios en las funciones biológicas y físicas, lo que puede tener implicaciones como: aumento de problemas producidos por el calor en el ganado, mayor frecuencia de plagas agrícolas, consecuencias en la capacidad productiva vegetal y animal, sobre la calidad ambiental y la biodiversidad. Asimismo, estos cambios influirán directamente la salud humana; los mayores efectos del estrés térmico se dejarán sentir en las zonas urbanas, que seguirán creciendo y albergando a porcentajes cada vez más altos de la población de la Tierra. Estas zonas son en general más cálidas que las rurales debido a las propiedades de retención del calor de edificios y calles; con el aumento de la temperatura, los habitantes de las ciudades, y en particular los grupos de mayor edad y los pobres, serán más vulnerables a las olas de calor [6].

Existen diversos índices para evaluar cuantitativamente el efecto de la temperatura sobre los seres vivos. Uno de los más utilizados es el Índice de Temperatura y Humedad (THI), conocido así por sus siglas en ingles (Temperature-Humidity Index), el cual evalúa el confort térmico de humanos y animales como función de la temperatura y la humedad del aire. Existen varias versiones del THI, basadas en diferentes relaciones empíricas, la primera de las cuales fue la definida por Thom [7].

Metodología

Para generar las temperaturas futuras en las Estaciones Experimentales FAGRO, se aplicaron a los datos de temperatura de la línea base (1961-1990) los valores de cambio promedio para tres lapsos futuros (2020, 2040 y 2060), haciendo referencia al año central de dicho período, obtenidos por Martelo [1], a partir del MAGICCSCENGEN, según dos MCGAO, el desarrollado por el United Kingdom Meteorological Office (Inglaterra) UKTR, y el desarrollado por el Canadian Center for Climate Modelling and Analysis (Canadá) CCC-EQ, corridos bajo el escenario climático intermedio, conformado por el escenario de emisión de GEI denominado SRES-A2 y un nivel de sensitividad climática media (Tabla 1).

Los valores de cambio se obtuvieron para las grillas 5° × 5° en las que se ubican las estaciones; las estaciones Bajo Seco, Samán Mocho, El Laurel y Maracay se ubican en la grilla dos del SCENGEN, y San Nicolás en la grilla cinco.

Para determinar los posibles cambios en las condiciones de confort humano y animal, se utilizo el Índice de Temperatura y Humedad (THI), en la versión de Thom citada por Rosenberg et al. [8]:

 THI = (1,8 * Tm) + (0,55 * HRm) + 31,45, (1)

donde: Tm = Temperatura media del aire (°C) y HRm = Humedad Relativa media del aire (expresada como proporción)

Este índice requiere además de temperatura, datos de humedad relativa, para la cual no se dispone de valores futuros, así que se utilizaron los actuales, lo cual es una limitación del presente trabajo. Aunque la ecuación se refiere a la temperatura media del aire, pueden usarse también los valores de Temperatura Máxima Media (Tmáx), que representa el valor promedio de la temperatura en la hora más cálida del día, en combinación con los valores de Humedad Relativa Mínima, así como los valores de Temperatura Mínima Media (Tmín), que representa el valor promedio de la temperatura en la hora más fría del día, en combinación con los valores de Humedad Relativa Máxima. La Organización Meteorológica Mundial (WMO [9]), recomienda calcular el THI diario como el promedio de los THI correspondientes a las condiciones de extremos térmicos: madrugada (con mínima temperatura y máxima humedad) y principio de la tarde (con máxima temperatura y mínima humedad). En la Tabla 2 se muestran las combinaciones de temperatura, humedad y THI resultantes.

Una vez calculados los THI futuros a mediodía y de madrugada, según los dos MCGAO para los tres lapsos de 30 años, se compararon con los valores umbrales reportados en la bibliografía, tanto para animales como para salud humana. En la Tabla 3 se muestran los valores para vacas lecheras en producción, que también han sido usados para otros animales domésticos: bovinos [10] y aves [11], mientras que en la Tabla 4, se muestran los valores de THI y su impacto en el confort y salud humanas, según la clasificación usada para establecer un plan de Contingencia Hospitalaria durante las Olimpiadas en Atlanta.

El índice se calculó para todos los años de la línea base (1961-1990), y para las 6 series futuras (2020, 2040 y 2060, según los 2 modelos UKTR y CCC-EQ). Finalmente se discuten las posibles consecuencias agrícolas y ambientales del cambio en la situación de confort térmico.

Resultados y Discusión

Índice de temperatura y humedad (THI) Podría especularse que el contenido de humedad del aire aumentará en el futuro, como un efecto indirecto del incremento de temperatura, en cuyo caso el THI calculado con la humedad relativa (HR) actual estaría subestimando el grado de disconfort, ya que éste aumenta con la humedad.

A continuación se muestran los gráficos con los valores de THI promedio máximo (THI máx, correspondiente a las horas del mediodía) y mínimo (THI mín, correspondiente a la madrugada), actuales y futuros (2020, 2040 y 2060), sólo según el modelo UKTR (mod1), ya que ambos modelos presenta igual tendencia en los cambios, y su análisis según las Tablas 3 y 4.

Estación: El Laurel

Confort animal

En la Figura 1 se observa que los valores de THI máx, actuales y futuros, se ubican en el rango de Alerta. En el caso del THI mín actual, se encuentra en la zona de Confort, pero ya en el 2020 algunos meses pasan a la condición de Alerta y para el 2060 casi todo el año se ubica en esa condición; es decir, que las condiciones nocturnas serán similares a las extremas diurnas, lo que aumentará el disconfort de los animales, repercutiendo negativamente en la producción ganadera. El caso es especialmente grave ya que la estación El Laurel está ubicada en una zona de montaña.

Confort humano

Los valores de THI máx hoy día, se ubican casi todo el año en la condición de Incomodidad y algunos meses en la zona de Confort, pero hacia el 2060 prácticamente todos los meses pasan a la zona de Incomodidad, por lo que es esperable una disminución de la productividad en lugares de trabajo, a menos que sean climatizados. En el caso del THI mín, los valores de madrugada actuales y futuros se ubican en el rango de Confort.

 Estación: Bajo Seco

Confort animal

Se observa en la Figura 2 que los valores de THI máx hoy día se ubican casi todo el año en la zona de Confort, excepto marzo y septiembre, cuando se encuentran muy cercanos a la zona de Alerta. Según los modelos, los valores de THI máx para el 2060 pasaran al rango de Alerta entre marzo y octubre, condición que implica que es necesario tomar precauciones y no dejar mucho tiempo a los animales expuestos al sol porque podría verse afectada la producción animal, ya sea en la de carne (engorde), leche o huevos. En el caso del THI mín, los valores actuales y futuros se sitúan en la categoría de Confort.

Confort humano

Tanto los valores de THI máx como THI mín, actuales y futuros, se ubican en el rango de Confort, y no se observan cambios en las categorías de la clasificación utilizada para este análisis con ninguno de los modelos. Este resultado es previsible en una estación de altura, con valores del percentil 90% de temperatura media del orden de 15° a 16°C.

Estación: Samán Mocho

Confort animal

La Figura 3 muestra para la clasificación animal que los valores de THI máx actuales y futuros, se ubican en la condición de Emergencia. Con relación a los valores del THI mín actual, se ubican en la zona de Confort, pero ya en el 2040, los meses de abril a junio pasan a ubicarse en el rango de Alerta.

Confort humano

Los valores de THI máx actualmente se ubican casi todo el año en la situación de Precaución Extrema, excepto en marzo, cuando se alcanza la condición de Peligro. Los modelos señalan que para el 2060, entre febrero y abril se presentará a mediodía la condición de Peligro, en la cual la persona puede presentar fatiga con facilidad, insolación y calambres. Los valores de THI mín, tanto actuales como futuros, se mantienen en el rango de Confort.

Estación: Maracay

Confort animal

Se observa en la Figura 4, que los valores de THI máx actuales y futuros, se ubican en la condición de Emergencia. Esta condición implica minimizar cualquier actividad del ganado y realizar las actividades temprano en la mañana. El THI mín se ubica todos los meses en la zona de Confort, pero en el 2060 los meses de mayo y junio pasarán al rango de Alerta, por lo que puede esperarse una disminución de la productividad.

Confort humano

Para la clasificación de confort humano, los valores de THI máx actualmente se ubican todo el año en la condición de Precaución Extrema, llegando entre febrero y abril a la condición de Peligro. Los modelos simulan un incremento del número de meses en Peligro, de enero a mayo, lo que significa un aumento del riesgo de sufrir fatiga con facilidad, calambres e insolación. Esto puede implicar un incremento importante del número de pacientes que debe atender el sistema hospitalario. Afortunadamente, Maracay es una de las zonas del país con mayor amplitud térmica diaria, y los valores de THI mín, actuales y futuros, se ubican en el rango de Confort.

Estación: San Nicolás

Confort animal

Para la clasificación animal se observa en la Figura 5 que los valores de THI máx actualmente se ubican casi todo el año en la condición de Peligro, y sólo los meses de enero a marzo se sitúan en el rango de Emergencia. Para el 2060 el UKTR simula un empeoramiento de la situación, 9 de los 12 meses pasarán a condición de Emergencia y sólo entre junio y agosto se mantendrá la de Peligro.En estos meses donde la condición es de Emergencia, la opción es minimizar cualquier actividad del ganado, de ser posible mojar el pelaje y realizar las actividades en las mañanas. La situación será aún más grave para los animales que no disponen de enfriamiento evaporativo por sudoración, como los cerdos y las aves, por lo que es posible un incremento de la mortalidad de estos animales. En relación a los valores de THI mín actual, se ubican en la zona de Confort, pero en el 2060, septiembre y octubre pasarán a ubicarse en elrango de Alerta, lo que empeorará el grado de disconfort de los animales, por lo tanto es necesario comenzar a tomar medidas de adaptación.

En grilla 5 del MAGICC/SCENGEN, donde se sitúa San Nicolás, hay ligeras diferencias entre los resultados de los dos modelos; el CCC-EQ simula una condición menos crítica, más parecida a la actual: sólo de enero a abril pasan al rango de Emergencia, y los THI mín permanecen en la condición de Confort.

Confort humano

Para la clasificación de confort humano, los valores de THI máx actualmente, se ubican todo el año en la condición de Precaución Extrema. El UKTR simula en el 2060 los meses de febrero y marzo en el rango de Peligro, por lo que se puede esperar un incremento de casos en los hospitales, especialmente de personas ancianas, débiles y con afecciones cardíacas. Esta situación indica un mayor riego de que las personas sufran problemas de insolación, calambres y/o fatigas con facilidad. Mientras que el CCC-EQ no muestra cambio en las condiciones futuras de confort. En cuanto a los valores de THI mín, ambos modelos ubican los valores futuros en el rango de Confort.

Conclusiones

Con respecto al confort térmico animal, el THI máximo (THI máx) indica que ya hoy día las condiciones diurnas no son confortables en ninguna estación excepto Bajo Seco. Sin embargo desde el 2020 los modelos simulan algunos meses en la categoría de Alerta; el THI de madrugada (THI mín), presentó cambios en todas la estaciones excepto Bajo Seco, todas las demás estaciones pasan de la categoría de Confort a Alerta.

Con respecto al confort humano, Bajo Seco no presentó cambios del THI, y las otras estaciones los presentaron sólo en condición diurna (THI máx, aumentando las condiciones de disconfort.

Referencias Bibliográficas

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