Introducción

La sequía es una condición natural en algunas regiones del mundo y no se debe ver como un problema, sino como una condición natural, producto principalmente de la ausencia o irregularidad de la precipitación y el exceso de la evaporación. México es muy vulnerable a la acción de las sequías debido a su localización geográfica. Se sabe que desde las primeras civilizaciones prehispánicas, se padecía de este fenómeno en sus diferentes manifestaciones. Desde octubre del 2010 en México se presentó una temporada de sequía, acentuándose en el verano de 2011, esto se debió a la anomalía presentada en las lluvias de verano. El estado de Zacatecas se localiza en la región semiárida del país, donde las sequías son frecuentes (^{Medina et al, 2006}) y en el mes de abril de 2011 fue declarado bajo una condición de sequía severa. Durante el mes de mayo, la condición de sequía permaneció y cubrió 86% del país. En los meses de junio, julio y agosto prevaleció la condición de sequía extrema en Zacatecas (^{Giner et al, 2011}).

Las actividades de modificación del clima con frecuencia se inician en tiempo de sequía, cuando existe una necesidad desesperada de agua (^{Bruintjes, 1999}). El inicio de la era moderna de la modificación del clima comenzó con los descubrimientos de Schaefer en 1946 y Vonnegut en 1947 que encontraron que las nubes súper frías de agua líquida, se podrían convertir a cristales de hielo usando yoduro de plata (Agí) o hielo seco (Pendick, 2000). Para las décadas de 1960 y 1970, la estimulación artificial de lluvia se esparció por todo el mundo, incluyendo México. (^{Rangno y Hobbs, 1995}). La siembra de nubes pretende potenciar un proceso natural que ya existe en la atmósfera, puede aumentar la formación de precipitación en nubes que se precipitan ya o están a punto de hacerlo. No puede ser utilizado para formar nuevas nubes o convertir pequeñas nubes no precipitantes, en nubes de lluvia. Colocar los químicos sin las condiciones de humedad, de presencia de gotas de nube o de corrientes ascendentes no produce ningún efecto. Sin embargo, incluso pequeños aumentos pueden ser importantes para las regiones subtropicales donde la lluvia es escasa. (^{Rosengaus y Bruintjes, 2002}; ^{Levin, 2009}). No todas las nubes pueden ser susceptibles de siembra, esta oportunidad parece estar limitada a nubes súper frías continentales con temperaturas entre -10° y -20 °C, y con cantidades significativas de agua súper fría (^{Cooper y Lawson, 1984}).

El propósito esencial de la estimulación artificial de lluvia por sembrado de nubes es, precisamente, colocar una proporción adecuada de núcleos de condensación (en sembrado higroscópico) o de cristalización (en sembrado glaciogénico) a fin de hacer más eficientes los mecanismos de conversión de vapor de agua a las fases líquida y sólida, respectivamente. Claro está que el incremento posible depende de la existencia natural de estos núcleos en la atmósfera (^{Rosengaus y Bruintjes, 2002}). Muchas de las técnicas tradicionales de estimulación artificial de lluvia con yoduro de plata o hielo seco desarrolladas en países de latitudes medias y para lluvias de invierno consideran como su blanco ideal tormentas que se encuentran en su mayor parte en los niveles atmosféricos por arriba del nivel de congelación, puesto que en estos países y temporadas, este nivel se encuentra relativamente cerca del suelo.

En regiones tropicales, o inclusive sub tropicales en verano, la mayor parte de las tormentas en desarrollo está en regiones por abajo del nivel de congelación, ya que éste se encuentra a varios kilómetros sobre el nivel del mar por lo que no presentan fracciones significativas de cristales de hielo. No es pues sorprendente que la aplicación indiscriminada de estas técnicas glaciogénicas en regiones tropicales y subtropicales no hayan producido resultados positivos contundentes (^{Rosengaus y Bruintjes, 2002}).

La siembra glaciogénica dispersa materiales productores de hielo en una nube que contiene gotas de agua a una temperatura por debajo de 0 °C, estimulando la precipitación (^{Levin, 2009}). Desde los primeros experimentos glaciogénicos de siembra de nubes en 1946 mediante la dispersión de hielo seco desde un avión entre las nubes, numerosos experimentos se han realizado con resultados diversos (^{Edwards y Evans, 1968}; ^{Gagin y Neuman, 1981}; ^{Braham 1986}; ^{Gabriel y Rosenfeld, 1990}; ^{Laiguang y Yangang, 1995}). Varios agentes de siembra se han utilizado pero los más comunes son el uso de yoduro de plata (Agí) y hielo seco, ambos materiales aumentan las concentraciones de cristales de hielo en las nubes, ya sea por núcleos de nuevos cristales o gotitas de la nube congeladas (^{Hydro Tasmania, 2008}).

La siembra higroscópica dispersa grandes partículas higroscópicas (partículas de sal) en una nube. El objetivo de la introducción artificial de los núcleos de condensación, es que el vapor de agua se condense, provocando que las partículas de agua crezcan rápidamente y produzcan gotas (^{Murty 1989}; ^{Levin, 2009}). La desventaja de este método es que grandes cantidades de sal son necesarias (^{Murty, 1989}). Aunque esta técnica es ampliamente utilizada en los países en el sureste de Asia, numerosos experimentos se han realizado en otros países con resultados diversos (^{Braham 1986}; ^{Murty 1989}; ^{Rosengaus y Bruintjes, 2002}; ^{Rosengaus y Calderón, 2004}).

Los resultados generalmente han sido poco concluyentes, aunque algunos sugirieron efectos positivos. Estudios de inducción de lluvia higroscópica se implementaron en Sudáfrica (1991-1996), Tailandia (1995-1998) y México (1996-1998), los resultados iniciales fueron prometedores; sin embargo, experimentos posteriores no los corroboran. No obstante, los resultados de estos estudios sugieren que la lluvia en ocasiones puede ser aumentada (^{Levin, 2009}).

En México los programas de inducción de lluvia han utilizado el sembrado glaciogénico a pesar de no ajustarse bien a las características de tormentas de verano (^{Rosengaus y Calderón, 2004}). La Compañía Mexicana de Luz y Fuerza llevó a cabo experimentos de siembra de nubes con yoduro de plata desde 1949 hasta 1962 sobre la cuenca Necaxa y la parte alta del río Lerma. Las clases con menor precipitación registraron un aumento de lluvia, pero las categorías superiores registraron una disminución (^{Pérez y Ahumada, 1963}).

Entre 1978 y 1982 en de la cuenca del río Nazas, en la región de La Laguna en México se llevó a cabo un programa de inducción de lluvia con el fin de aumentar las aportaciones de agua de lluvia a la presa Francisco Zarco, (El siglo de Torreón, 1978). Después de algunos años el programa terminó con resultados de incrementos de 15 a 20% en el embalse de las presas "El Palmito" y Francisco Zarco (^{El siglo de Torreón, 1982}). De igual manera se han llevado a cabo programas de inducción de lluvia en los estados de Durango (1999) y Zacatecas (2001), pero no se cuenta con publicaciones en revistas especializadas. En respuesta a las severas condiciones de sequía a principios de 1990 en el norte de México, en la región Monclova, Coahuila, un programa científico se inició para evaluar la viabilidad de incrementar la lluvia a través de técnicas de siembra higroscópica de nubes. El programa se llevó a cabo de 1996 a1998. Se encontró que las precipitaciones fueron mayores para las tormentas sembradas (^{Brant y Bruintjes, 1999}; ^{Rosengaus y Calderón, 2004}).

A pesar de que diversos estudios, a nivel internacional, reportan resultados positivos en el incremento de precipitación con la siembra de nubes, no existe un consenso científico sobre la eficacia de la siembra de nubes (U.S. Weather Modification Research and Operations, 2003; ^{Orville et al., 2004}). Una visión general de los programas de investigación existentes muestra que, mientras que la siembra de nubes afecta a los procesos micro físicos de las nubes, hay poca evidencia de que afecta la cantidad de lluvia que cae sobre el suelo (^{Levin, 2009}). En este contexto el objetivo de este estudio fue evaluar la aplicación de yoduro de plata en los estados de Zacatecas y Aguascalientes en la temporada de lluvia del año 2012.

Materiales y métodos

El trabajo se desarrolló durante la temporada de lluvia 2012 en las zonas agrícolas más importantes de los estados de Zacatecas yAguascalientes, México. Se realizaron 46 vuelos para la inducción de lluvia con yoduro de plata por un total de 90 horas. En cada evento se registró la fecha del vuelo, hora de inicio, hora de final del vuelo, hora de inicio de la aplicación, hora final de la aplicación, registro de la ruta de vuelo con GPS. El periodo de estudio fue del 21 de junio al 10 de septiembre de 2012.

Diariamente se consultó el servicio de satélite en la dirección http://weather.rap.ucar.edu/satellite/ para observar la formación y el avance de la nubosidad, con imágenes reportadas por el satélite cada 15 minutos. Al mismo tiempo que las observaciones satelitales, se hicieron observaciones visuales a nivel local para identificar el tipo de nubosidad, sabiendo que las nubes adecuadas para la inducción son los cúmulos. Cuando se observó la suficiente formación de nubes tipo cúmulos en el área de interés, tanto en la imagen de satélite como en las observaciones visuales, se inició el vuelo, de lo contrario no se realizó. También se verificó la probabilidad de ocurrencia de lluvia en el sitio de interés, considerando el criterio de un mínimo de 30 y un máximo de 70% de probabilidad para realizar un vuelo de inducción de lluvia.

La aplicación se realizó con un avión bimotor equipado con dos generadores, acoplados en la parte inferior de cada una de las alas, cada generador con un depósito de 26 litros, con una mezcla de yoduro de plata y acetona. Cuando el avión llegójusto abajo de las nubes, se encendieron los generadores y mediante combustión se liberó el yoduro de plata, que al estar caliente sube hacia las nubes. Después de 15 a 30 min (según la compañía que realizó la aplicación) y dependiendo de las condiciones del clima y de las nubes, se puede generar la precipitación.

Como medio de verificación de la precipitación se utilizó las redes de monitoreo agroclimático del ínstituto Nacional de ínvestigaciones Forestales,Agrícolas y Pecuarias (INIFAP)-Fundaciones Produce (FP) Zacatecas y Aguascalientes. También se recopilaron los datos de la red de estaciones climatológicas de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) Zacatecas y Aguascalientes.

Las rutas de los 46 vuelos y las estaciones climáticas de los estados de Zacatecas y Aguascalientes, tanto de la CONAGUA como de INIFAP-FP, se presentan en la Figura 1A, de las cuales se seleccionaron las estaciones automáticas ubicadas dentro del área de influencia de cada ruta, quedando finalmente como se muestra en la Figura 1B.

Figura 1 Rutas de los 46 vuelos y ubicación de las estaciones climáticas en los estados de Zacatecas yAguascalientes (A) y estaciones seleccionadas dentro del área de influencia de las rutas de vuelo (B). 

Definicion de creiterios de medición

Las estaciones automáticas de las redes INIFAP-FP, además de registrar la cantidad de lluvia, también registran la hora de ocurrencia, por lo que un primer criterio fue considerar lluvia debida a la inducción, si ésta se presentó en el lapso desde el inicio del vuelo y hasta una hora después de que terminó la inducción, es decir, un periodo de aproximadamente tres horas (Figura 2).

Figura 2 Gráfica de la precipitación ocurrida el día 24 de junio de 2012 en la estación Rancho Grande, Fresnillo y el periodo donde se consideró lluvia debida a la inducción. 

Un segundo criterio fue considerar que si llovió en la ruta de aplicación del yoduro de plata y en otros lugares también al mismo tiempo, es decir, si ocurrió lluvia generalizada, no se atribuyó al efecto de la inducción de lluvia.

Un tercer criterio fue que después de ubicar la ruta de vuelo registrada con el GPS, se definió una zona buffer o de influencia de la aplicación del yoduro de plata de 30 km; es decir, 15 km a cada lado de la ruta, esto con el fin de seleccionar las estaciones de clima ubicadas dentro de esta zona y tomando en cuenta el posible efecto del viento para dispersar el químico aplicado; de acuerdo a la velocidad del viento promedio de la zona, se consideró que el buffer definido cubría la mayoría de las posibilidades.

Un cuarto criterio se refiere a considerar como lluvia efectiva, para fines agronómicos, aquellas que rebasan los 5 mm de precipitación, puesto que una lluvia menor, debido a la evaporación que ocurre inmediatamente al caer el agua sobre el suelo, la humedad que llega hasta las raíces del cultivo es inapreciable (^{Serna et al, 2011}).

Se realizó un análisis estadístico de los datos para determinar si los resultados son significativamente diferentes a la precipitación normal. Se utilizó la prueba de chí-cuadrada y la prueba de "t" de student. Se obtuvo la precipitación histórica promedio de la temporada de lluvia (^{Medina et al, 2004}) (21 de junio al 10 de septiembre) de los años 1961 a 2009 de 21 estaciones de la CONAGUA y la precipitación promedio para la temporada 2012. Se generaron mapas de la temporada de lluvia 2012 y de su porcentaje con respecto al promedio histórico.

Resultados y discusión

Después de 15 a 30 min del inicio de la inducción y dependiendo de las condiciones ambientales y de la nube, en la mayoría de los casos algunas nubes comenzaron a precipitar. ^{WMO (1999)} reportó incrementos de la precipitación estimada con radar en el período de 30 a 60 min después de la siembra. Sin embargo, a simple vista se consideraron lluvias ligeras, muy localizadas y que en muchos casos fueron tan ligeras que no las registraron las estaciones climáticas. Esto concuerda con lo reportado por la Academia Nacional de Ciencias (1973) de que sólo una pequeña parte de la humedad disponible en nubes se transforma en precipitación que llega a la superficie del suelo.

Uno de los criterios establecidos antes de comenzar el estudio fue que si en alguna fecha de inducción se registraba lluvia generalizada, no se consideraría la lluvia ocurrida como efecto de la inducción. Esto ocurrió en cuatro de las 46 fechas de inducción de lluvia, por lo que no se consideraron sus datos en el análisis.

Debido a que las estaciones de la CONAGUA registran precipitación de 24 horas, no se puede separar la cantidad de lluvia ocurrida en el periodo de inducción. El porcentaje de lluvia en el periodo de inducción con respecto a la lluvia en 24 h fue de 29.2% en las estaciones INIFAP-FP, mientras que en las de CONAGUA fue 100%. Es por esto que sus datos no se consideraron en el análisis, debido a que no se tenia la certeza de que la lluvia hubiera sucedido en el periodo de estimulo y la precipitación pudo presentarse en cualquier momento del dia debida a causas naturales.

En el Cuadro 1 se presenta el concentrado de las estaciones de la red INIFAP-FP. La suma de las estaciones en la ruta de vuelo de todas las fechas fue de 275, mientras que la suma de las estaciones con lluvia fue de 45; es decir, sólo en 16.4% de las estaciones se registró lluvia. Esta diferencia resultó estadísticamente diferente (Chi cuadrada,p< 0.05), lo que indica que fue menor el número de estaciones que mostraron un efecto positivo respecto del total.

Cuadro 1 Concentrado de las estaciones INIFAP-FP (Zacatecas y Aguascalientes) ubicadas dentro de la ruta de vuelo en cada una de las fechas de inducción (40 estaciones). 

Se analizaron los datos con valores de precipitación mayores de 5 mm, ya que para las actividades agrícolas se considera lluvia efectiva si es mayor a este valor. En este caso solo ocurrió en 9 de las 275 estaciones, lo que corresponde a 3.3%, lo cual reduce drásticamente el porcentaje de estaciones con lluvia, e indica que en muchos de los casos las lluvias ocurridas debido al efecto de la inducción fueron lluvias ligeras, ^{Bruintjes (1999)} indica que la lluvia depende de las condiciones ambientales y de la nubosidad. Esta diferencia también resultó estadísticamente diferente (Chi cuadrada, p< 0.05), lo que indica que fueron muy pocas las estaciones que registraron lluvias efectivas para la agricultura.

El promedio de lluvia en 24 horas en todas las fechas de inducción fue de 11.9 mm y el promedio de lluvia en el tiempo de inducción fue de 3.5 mm, esto representa 29.4% de la lluvia registrada en 24 h (Prueba de T, p< 0.05). Esta diferencia indica que la lluvia debida a la inducción fue significativamente menor al total registrado en un día. El promedio de lluvia en el periodo de inducción pero con lluvias mayores a 5 mm (considerando las lluvias menores a esta cantidad como cero) fue de 2.6 mm disminuyendo el porcentaje respecto a la lluvia en 24 h a 21.8%, lo cual es similar a resultados de inducción en Tasmania (^{Morrison et al, 2009}).

De las estaciones de las redes INIFAP-FP en los estados de Aguascalientes y Zacatecas en el área de estudio (Figura 3b) se obtuvo el promedio de lluvia registrada en todas las estaciones en la ruta de inducción en cada una de las 42 fechas, tanto para la lluvia en 24 h como para la lluvia en el periodo de inducción. La suma de la precipitación en todas las fechas considerando 24 h fue de 81 mm, mientras que la suma en el periodo de inducción fue de 26 mm, lo que representa 32.1%.

Figura 3 Precipitación de la temporada de lluvia (21 de junio al 10 de septiembre) 2012 (A) y su porcentaje con respecto al promedio histórico (1961-2009) del mismo periodo (B). 

Lo anterior concuerda con lo reportado por ^{Sharon et al. (2008)} quienes concluyeron que la siembra de nubes mejoró la cantidad de precipitación en 30% en tormentas que produjeron menos de 5 mm por día en Israel. Sin embargo, se han tenido resultados diversos, ^{Rosengaus y Calderón (2004)} tuvieron un incremento en la precipitación del orden de 66.8% en el volumen total de agua precipitada de las tormentas convectivas aisladas de verano en la zona de Monclova, Coahuila, en el noreste semiárido de México. Diversos estudios sobre la siembra de nubes en Tasmania, concluyen que la siembra de nubes es efectiva y que la precipitación se incrementa hasta en 8% por cada mes sembrado (^{Hydro Tasmania, 2008}). En un experimento científico en Sudáfrica se concluye que el método produjo 20% de incremento en lluvia en promedio). (Rosengaus y Bruintjes, 2002). En un análisis de la siembra de nubes para el período 1960-2005 en una cuencahidroeléctrica situada en el centro de Tasmania, Australia, los resultados indican un aumento de la precipitación mensual entre 5% y 14% (^{Morrison et al, 2009}).

Con el programa de inducción se esperaría un incremento de la precipitación en la región de estudio. Para verificar si ocurrió ese aumento se comparó la lluvia en el periodo de estudio que fue entre el 21 de junio y el 10 de septiembre, se obtuvo la lluvia promedio en este periodo de los años 1961 al 2009 para 21 estaciones de la CONAGUA. Este periodo corresponde básicamente a la temporada de lluvia en la región de estudio (Cuadro 2). Durante la temporada, la precipitación media es de 249.7 mm y varía generalmente entre 155 y 345 mm (s= 95 mm, 38% de la media), en 38 de las 49 temporadas los totales de lluvia registrados están dentro de este rango.

Cuadro 2 Estadísticas básicas de la precipitación total de la temporada de lluvia (21 de junio al 10 de septiembre) durante los años 1961 a 2009 y durante el año de estudio. 

La precipitación total media durante la temporada de lluvia 2012 fue de 213.1 mm, esta cantidad se encuentra dentro del rango de precipitación normal (Cuadro 2) pero resultó menor al promedio. Esto indica que a pesar de la inducción de lluvia, la precipitación no mejoró de tal manera que pudiera haber sido mayor al promedio. La alta variabilidad natural hace que sea extremadamente difícil de discernir los efectos de siembra de nubes. Incluso en los mejores experimentos, se ha tardado más de cien días sembrados para detectar con certeza, un aumento de 10% debido a la siembra (^{Bigg y Turton, 1988}).

En la Figura 3A se observa que en la región de inducción, la lluvia total registrada, no solo la debida al efecto de inducción, fue entre 87 y 360 mm y comparando esta precipitación con el promedio histórico, en la Figura 3B se aprecia que llovió entre 10 y 50% debajo de lo normal en la mayor parte del área de estudio.

La lluvia acumulada dentro del área estimulada debida al efecto de inducción y eventos mayores de 5 mm en el periodo de estudio fue de 20 mm; el promedio histórico de lluvia en la región de inducción en la temporada del 21 de junio al 10 de septiembre es de 249.7 mm, la lluvia registrada representa 8% adicional al valor histórico.

De manera general se puede decir que pese al programa de inducción de lluvia, la precipitación registrada durante la temporada de junio a septiembre en las estaciones de la red INIFAP-FPZ no fue de manera generalizada y resultó inferior a lo normal, lo cual indica que esta tecnología de inducción de lluvia, al menos para su uso en la agricultura, no tiene un impacto significativo en el aumento de la cantidad de precipitación.

Conclusiones

El programa de siembra de nubes destinada a mejorar la precipitación durante la sequía se implementó durante la temporada de lluvias de 2012 en los estados de Zacatecas y Aguascalientes, México. En la mayoría de los vuelos de inducción se comprobó que algunas nubes comenzaron a precipitar después de 15 a 30 min de iniciada la inducción, pero se consideraron lluvias ligeras y muy localizadas. La lluvia de todas las estaciones registrada durante 24 h y acumulada en todas las fechas de inducción fue de 81 mm, pero de estos, sólo 26 mm correspondieron al periodo de inducción, lo cual representa 32.1%.

Del total de estaciones de cada ruta y en todos los vuelos, el porcentaje de estaciones con lluvia dentro del periodo de inducción fue 16.4%; sin embargo, al considerar lluvia mayor de 5 mm, este porcentaje disminuye a 3.3%.

La lluvia acumulada dentro del área estimulada debida al efecto de inducción y mayor de 5 mm en el periodo de junio a septiembre fue de 20 mm, y el promedio histórico de lluvia en la región de inducción en estos meses es de 320 mm, la lluvia registrada representa 6.2% adicional al valor histórico.

De manera general se puede decir que pese al programa de inducción de lluvia, la precipitación registrada durante la temporada de junio a septiembre en las estaciones de la red INIFAP-FPZ no fue de manera generalizada y resultó inferior a lo normal, lo cual indica que esta tecnología, al menos para su uso en la agricultura, no tiene un impacto significativo en el aumento de la cantidad de precipitación.