Correlación directa de actividad solar con los escurrimientos del Río San Juan, el Río Grande Córdoba y el Río Paraná
El Sol posee un reloj interno electromagnético que le produce ciclos de actividad de aproximadamente 11 años promedio. Extendiendo el análisis a los ciclos solares registrados desde 1954 al presente, he encontrado una muy buena correspondencia con escurrimientos.
Por Dr. Ing. Oscar Raúl Dölling – Director del Programa PGICH-UNSJ.
Desde el Programa “Gestión Integral de Cuencas Hidrográficas, Ingeniería Hidráulica y Ambiental” (PGICH) del Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de San Juan he llevado a cabo personalmente, desde hace 16 años, estudios de pronósticos de caudales en distintas cuencas de Argentina, entre ellas las cuencas de San Juan, Neuquén y Córdoba. En el presente artículo presento las correlaciones encontradas entre los escurrimientos anuales (medidos en Hm3) del Río San Juan, medido en las estaciones Km 47.3 y Km 101; el Río Grande Córdoba, medido en la Estación Ume Pay, y el Río Paraná, medido en Estación Corrientes.
Los registros del Río San Juan fueron provistos por el Departamento de Hidráulica, dependiente de la Secretaría del Agua y Energía de la Provincia de San Juan, mientras que los registros del Río Grande de Córdoba y del Río Paraná en la Estación Corrientes fueron provistos por el Sistema Nacional de Información Hídrica, dependiente de la Secretaría de Infraestructura y Política Hídrica de la Nación del Ministerio de obras públicas. En cuanto a los datos de manchas solares, se obtuvieron de la base de datos estandarizados internacionales del WDC-SILSO (Sunspot Index and Long-term Solar Observation World Data Center supported by the ICSU – WDS, Real Observatorio de Bélgica, Bruselas).
Del estudio que he realizado surge que los datos observados de escurrimiento anual están desfasados un promedio de 2 (dos) años respecto de los datos observados de manchas solares, esto significa que el lag time (tiempo de retraso) entre las series de actividad solar y escurrimientos es de 2 años. Los coeficientes de correlación lineal entre manchas solares anuales del Río San Juan (2 años de lag time) y los escurrimientos anuales del Río San Juan presentan un coeficiente de determinación r2 de 0.918 (figura 2). El coeficiente de determinación se utilizó en este caso para comparar los valores de una variable (manchas solares desfasadas 2 años) y los escurrimientos anuales (Río San Juan); los rangos de este coeficiente pueden tener valor entre 0 y 1. Si es 1, hay una correlación perfecta en la muestra, es decir, entre el valor de una variable y la otra. En el otro extremo, si el coeficiente de determinación es 0, la ecuación de regresión lineal utilizada no es útil para predecir el valor de la otra variable e indica muy mala o nula correlación entre ambas. En el caso del Río San Juan podemos decir que la correlación entre ambas variables es muy alta en el período analizado para el ciclo solar 24, entre el año 2015 y 2021, comprobándose una correlación directa con altísima probabilidad de la influencia solar en el escurrimiento como se observa en la (figura 1 y 2).
Como ya es muy conocido, el Sol posee un reloj interno electromagnético que le produce ciclos de actividad solar de aproximadamente 11 años promedio. Extendiendo el análisis ahora a los ciclos solares registrados desde 1954 al presente (es decir los últimos 66 años), he encontrado una muy buena correspondencia con escurrimientos cuando comparo los valores de manchas solares promedio de cada ciclo con los escurrimientos promedio observados en los ríos durante cada ciclo solar. Observé para el Río San Juan, para el Río Grande y para el Río Paraná correlaciones muy importantes entre actividad solar y los escurrimientos, destacando en este artículo el caso del Río Grande en Córdoba con un alto valor del coeficiente de determinación r2 de 0,82 como se observa en la figura 4.
Excepto el ciclo 20, con un escurrimiento mas bajo de lo esperable según su actividad solar, el resto de los ciclos se alinean en forma prácticamente perfecta, evidenciando una correlación altamente lineal entre ambos fenómenos.
En el Río San Juan el impacto solar de los ciclos se encuentra condicionado también al efecto modulador oceánico-atmosférico (fenómeno ENOS), así podemos observar ese impacto durante los ciclos con grandes eventos Niño como fueron el 1997-1998 y el Niño Godzilla de 2015-2016, que alteraron la respuesta hidrológica de los ríos en los ciclos 23 y 24, aunque no fueron lo suficientemente fuertes como para alterar la tendencia general a la caída de escurrimientos consecuente con la caída de actividad solar como se observa en la figura 5.
Para el Río Paraná las correlaciones se ven muy influenciadas también por el efecto modulador de las ondas del fenómeno del Niño, así como el impacto de la actividad antrópica evidenciada en el efecto regulador de los embalses en la alta cuenca del Río Paraná, que ya poseen hoy una capacidad de almacenamiento de unos 140.000 Hm3 aproximadamente. En la figura 6 podemos observar este impacto modulador del Niño y el efecto antrópico amortiguador del descenso de caudales antes mencionado desde el ciclo 22 en adelante. Será necesario entonces, a fin de analizar variables naturales puras, la aplicación de filtros matemáticos que permitan evaluar exactamente el impacto de estos fenómenos antrópicos (regulación de embalses de la cuenca alta) y modulación oceánica y atmosférica, en especial en aquellos ríos de latitudes amazónicas más cercanas al Ecuador, como es el caso del Río Paraná. De todas maneras, el valor del coeficiente de determinación r2 de 0,639 hallado para el Paraná en el análisis del ciclo 24, como se observa en la figura 6, indica la existencia de una señal muy fuerte del impacto de la actividad solar en los escurrimientos.
La desconexión del escurrimiento del Río Paraná (a la altura de la Estación Corrientes en Argentina figura 8) es hoy para mí una línea muy interesante de estudio y que seguirá evolucionando a medida de poder contar con más datos de la cuenca alta.
Existe un gran efecto modulador de la acción solar sobre los escurrimientos originado en el fenómeno de El Niño, tal como se observa en la figura 10, que representa las medias móviles de 11 años de tres series a saber: 1- machas solares media anual, 2- indicador ONI anual y 3- escurrimientos anuales figura 9.
La gran pregunta hoy es: ¿qué va a pasar en el futuro cercano? Pues bien, para ello deberemos entender mejor los procesos de la dinámica solar, para poder predecirla y anticiparse a los ciclos solares futuros. Para ello he elaborado, en base a los datos de patrón histórico de comportamiento del Sol, desde 1700 a hoy, un análisis estadístico que entrega un patrón pronóstico que podría ser el más probable para el ciclo solar 25 con sus bandas de confianza (máxima y mínima). Ver figura 10.
La figura 10 muestra que, si en el año actual estamos parados en el período 12, el pico del ciclo solar 25 estaría ubicado entre el año 2025 y el 2026, con un valor esperado más probable de 42,6 manchas solares promedio del ciclo. Si utilizamos la ecuación de correlación encontrada para San Juan con manchas promedio de un ciclo solar que es:
Escurrimiento Río San Juan (Hm3) = 9,867x Manchas prom. ciclo + 861,63
podríamos hablar de una expectativa de escurrimiento promedio del Río San Juan para el ciclo 25 de unos 1.282 Hm3, (o sea muy similar al ciclo 24 en que escurrieron 1.234 Hm3). Tal y como se está reactivando el Sol en 2021, podemos decir que estamos ya en presencia del nacimiento de un nuevo ciclo solar 25 y que podría tener un comportamiento similar al indicado.
Sin embargo, también deberíamos estar preparados para una situación extrema, en la cual la dinámica solar siga un patrón de comportamiento parecido a la banda inferior de confianza (esto es cercano a los 14,9 ciclos promedio del ciclo). Este extremo inferior implicaría un promedio del ciclo de 1.008 Hm3 (el ciclo abarca los próximos 11 años). Esta última situación implicaría, para los usuarios del agua del Río San Juan, la necesidad de adaptarse a situaciones de escasez hídrica extremas durante el próximo ciclo 25 (o sea para los próximos 11 años). La variabilidad anual en los escurrimientos estará también influida por la modulación que la circulación oceánica y su termodinámica de fases positiva Niño / negativa Niña ejercen sobre la componente atmosférica (Oscilación del Sur OS) de la cual dependen las precipitaciones que impactan en América del Sur (fenómeno ENOS). Que hablemos de que el máximo de actividad solar del ciclo 25 se espera para el año 2025 a 2026 implica que, por el desfase de 2 años en los escurrimientos, el máximo de escurrimientos promedio debería esperarse recién para el 2027 a 2028, aunque algún evento El Niño (leve) podría producirse y nos entregue algún año anticipado con un poco más de caudal que el esperado para el ciclo hidrológico 2021-2022, que es de solo 430 hm3. Tampoco descarto entonces que los eventos negativos (Niñas) serán en este ciclo más profundos y mas frecuentes que lo visto hasta aquí.
La siguiente figura 12 muestra el patrón medio de actividad solar representada en base a ciclos estandarizados a 12 años de base y el acoplamiento y la modulación que ejerce el océano que finalmente impacta sobre la variabilidad esperada en los escurrimientos intra-ciclos. Se observa como el patrón ONI (Niño) posee ciclos más cortos que el ciclo solar, esto es, se pueden producir entre 3 a 4 ciclos Niño dentro de un ciclo solar. Está demostrado entonces que los desvíos de caudales en la rama descendente del ciclo solar se deben a la onda moduladora del fenómeno el Niño como se observó en el Río Paraná y mucho más atenuado este impacto del Niño se observa en el Río San Juan y el Río Grande. Estos patrones resultaron del análisis de las series históricas (actividad solar desde 1700 a 2020) y serie histórica del Niño indicador Oceánico del Niño ONI (desde 1950 a 2020), obtenido del (NOAA / Servicio Meteorológico Nacional / Centro NOAA de Predicción del Tiempo y el Clima Centro de Predicción del Clima).
