Delimitación geográfica del área de estudio

Se utilizaron datos de estaciones del SMN, que es el organismo encargado de proporcionar información sobre el estado del tiempo a escala nacional y local de México. La información se obtuvo a través de la aplicación desarrollada por dicho organismo para Google Earth (^{Conagua-SMN, 2014}), donde se despliegan en total 5 420 estaciones climatológicas clasificadas en dos categorías: en operación (3 200) y suspendidas (2 220), las cuales se distinguen en color amarillo y rojo, respectivamente. La información se extrajo en formato “kmz” y se exportó a formato “shape” para facilitar su manejo en un Sistema de Información Geográfica (SIG). Se clasificaron las estaciones con base en su incidencia dentro de la cobertura vectorial de las unidades climáticas (^{INEGI, 2014}). Dada la importancia de incluir en su totalidad el territorio de Veracruz, se delimitó un área adicional de 20 km en relación con el límite político del estado, para incluir estaciones de apoyo ubicadas en los estados vecinos de Tamaulipas, San Luis Potosí, Hidalgo, Puebla, Oaxaca, Chiapas y Tabasco, así como considerar un área representativa de la precipitación en dichos estados, pues de acuerdo con ^{Cruz (2013)}, los datos de precipitación son representativos en una distancia de 10 km.

Selección de estaciones con información mínima necesaria

Se emplearon registros diarios de temperatura máxima (Tmáx), temperatura mínima (Tmín), y precipitación (Pp) de cada una de las estaciones; el periodo de tiempo considerado es desde que inició operaciones hasta su última fecha de registro. Para que la estación fuera considerada en el análisis, se seleccionaron aquellas que cumplieran los siguientes requisitos mínimos: 1) contar con al menos 25 años de información; 2) tener al menos 80% de registros históricos, y 3) que la estación no haya dejado de operar antes del año 2000.

Congruencia lógica o integridad de los datos

Conformada la base de datos climatológica de las estaciones de interés, se desarrollaron rutinas en macros de Excel, con el compilador Visual Basic, para verificar los siguientes criterios lógicos: 1) Pp mayores o iguales a 0; 2) Tmáx mayores a temperaturas mínimas (Tmín); 3) Tmín menores a temperaturas máximas (Tmáx), y 4) verificar que los registros se registren en fechas congruentes.

Los datos que no cumplieron los criterios fueron reemplazados con el valor -99, el cual se identifica como valor faltante en procesos posteriores.

Validación espacial de la información

Otro filtro empleado para verificar la información climática fue la validación espacial, que se realizó considerando lo expuesto en la norma ^{UNE 500540:2004}, y que describen ^{Estévez y Gavilán (2008)} como un nivel de validación opcional. El procedimiento consistió en identificar las estaciones vecinas más cercanas a una estación de referencia (figura 1); a cada estación de referencia se calculó un intervalo de confianza de los registros diarios históricos de cada variable climática con base en la expresión:

donde x¯ es el promedio y s la desviación estándar de las variables Tmáx, Tmín o Pp; n, el número de datos en la serie de datos climáticos, y z_α/2 es el valor estadístico 2.58 de la curva normal de frecuencias asociado con un nivel de confianza de 99% o significancia de 1% (α = 0.01) (^{Steel & Torrie, 1985}).

Los valores registrados en las variables Tmáx, Tmín o Pp que no se encontraron dentro de los intervalos de confianza se reemplazaron con el valor -99 para identificarlo como valor faltante en procesos posteriores (figura 1 y cuadro 1).

Al igual que en el apartado anterior, para realizar la validación espacial, se desarrollaron rutinas en macros de Excel con el compilador Visual Basic; se consideraron grupos de no más de cinco estaciones por cada estación de referencia ubicadas dentro de un perímetro de 50 km y situadas dentro de la misma unidad climática.

Aplicación de pruebas de homogeneidad

Las pruebas empleadas en este trabajo fueron: 1) homogeneidad normal estándar (SNHT); 2) Pettitt, y 3) Buishand, las cuales se describenbrevemente a continuación, junto con sus estadísticos de prueba de acuerdo con lo planteado por ^{Ahmad y Deni (2013)}:

donde:

Un valor alto de T en un año d indica una variación “brusca”. El estadístico de prueba T₀ se define como:

y un valor en el año m que cumple la condición:

es una variación fuerte en la serie (^{Pettitt, 1979}).

La prueba se define como:

Otro estadístico de prueba que puede emplearse es el rango que calcula la diferencia entre el valor mínimo y máximo de las sumas parciales ajustadas. La fórmula es:

es importante agregar que Buishand propone valores críticos Q/n y R/n para las pruebas de homogeneidad (^{Buishand, 1982}).

El juego de hipótesis planteadas en las tres pruebas son las siguientes:

El nivel de significancia planteado es α = 0.05, es decir, la probabilidad de rechazar la H_o cuando es verdadera (error de tipo I) es de 5% (^{Ramírez & López, 1993}).

Las pruebas se realizaron a las variables Tmáx, Tmín y Pp de cada estación con la aplicación XLSTAT en su versión de prueba, mediante el cual se obtuvieron los valores p (p-value) correspondientes; se identificaron los años en los que se presentó un cambio abrupto en los datos cuando la H_o fue rechazada, y se realizó un concentrado de resultados para clasificar las estaciones en tres clases, como lo llevaron a cabo ^{Schonwiese y Rapp (1997)}, y ^{Wijngaard, Klein y Konnen (2003)}.

En la clase 1 se agrupan estaciones cuyas pruebas de hipótesis nula fueron rechazadas a lo más en una de las tres pruebas, por tanto se considera que la información es confiable. Cuando las estaciones presentaron como máximo dos hipótesis nulas, las estaciones se consideraron en la clase 2 y la información se puede considerar como medianamente confiable. En la clase 3 se agruparon estaciones en que se rechazaron tres hipótesis nulas, por lo cual la información se consideró como no confiable.

Estaciones incluidas en el área de estudio

En el estudio se incluyeron 260 estaciones ubicadas en el área de estudio: 162 son del estado de Veracruz y 98 de estados circunvecinos, las cuales se identifican de apoyo para procesos geoestadísticos y de validación. Estas estaciones fueron clasificadas de acuerdo con su ubicación en unidades climáticas, observando que 35% de las estaciones incide en climas subhúmedos, el 25% en climas húmedos y el 18% en climas semicálidos húmedos. Dicha clasificación se consideró en la validación espacial de los datos diarios.

Estaciones con información mínima necesaria

En cuanto a la verificación de información mínima necesaria, se observó que 226 (87%) no han dejado de operar antes del año 2000, contienen al menos 25 años de información y los registros históricos no superan el 20%. La figura 2 muestra un panorama general de las condiciones de las estaciones climáticas en cuanto al inicio (línea punteada) y fin (línea continua) de los registros históricos (línea discontinua), y el total de años con información de Tmáx, Tmín y Pp (área sombreada).

Verificación de congruencia lógica y validación espacial de la información

Se observó que la información no congruente y no válida en relación con sus estaciones de referencia no sobrepasó el 2.83% para la variable Tmáx; para el caso de la Tmín, no superó el 1.54%; por último, para la variable Pp, la incongruencia y los valores no válidos en relación con sus estaciones vecinas no superó el 4%.

Aplicación de pruebas de homogeneidad

En lo correspondiente a esta etapa, se realizaron las pruebas de SNHT, Pettitt y Buishand a las variables Tmín, Tmáx y Pp de las 226 estaciones; con los resultados obtenidos se clasificaron las estaciones en confiables, medianamente confiables y no confiables. Para la variable Pp, se clasificó el 72% de las estaciones con información homogénea, en tanto que para la Tmín y Tmáx se clasificaron el 31 y 30%, respectivamente. Se observó que los datos correspondientes a la Pp presentaron condiciones de homogeneidad, en tanto que, contrario a lo que se esperaba, los datos de Tmín y Tmáx presentaron mayores condiciones de no homogeneidad. El cuadro 2 muestra las estaciones desagregadas en cuanto a su confiabilidad por variable climática y el estado donde se encuentran ubicadas.

Con el fin de mostrar los resultados generados de las pruebas de homogeneidad para las tres pruebas empleadas se conformaron tres tablas, donde es posible consultar los valores p (p-value) y los años en los que se presentó un cambio abrupto en las variables de Tmín (cuadro 4), Tmáx (cuadro 5) y Pp (cuadro 6), así como la clasificación de la estación con base en el número de H_o que fueron rechazadas.

En un sentido estricto, se seleccionaron aquellas estaciones que cumplieron con la condición de información confiable. Se observó que para el estado de Veracruz, tan sólo 11 estaciones mostraron comportamientos homogéneos en las tres variables analizadas; para el estado de Puebla fueron seis; para San Luis Potosí se registraron sólo tres, y para el estado de Hidalgo y Oaxaca fueron 2 y 1, respectivamente (cuadro 3 y figura 3).