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Influencia del ENSO en la variabilidad espacial y temporal de la ocurrencia de movimientos en masa desencadenados por lluvias en la region Andina colombiana/Influence of the ENSO on the spatio-temporal variability rainfall triggered landslides in the Andean region.

1 Introduccion

Los movimientos en masa son una de las amenazas de origen natural mas comunes y devastadores en el mundo, que causan miles de muertes y perdidas economicas a la propiedad cada ano [1],[2]. De acuerdo con las estadisticas presentadas por la [3], en el ano 2017 ocurrieron 318 desastres por fenomenos de origen natural alrededor del mundo, donde el 8.2% corresponde a movimientos en masa, ubicandose como la segunda causa con el mayor numero de victimas humanas despues de las inundaciones. Cerca del 90% de las muertes estuvieron asociadas a desastres originados por fenomenos climatologicos, hidrologicos o meteorologicos. En terminos economicos, el ano 2017 presento perdidas por US $314 billones, siendo el segundo ano mas costoso desde 1900 despues del ano 2011 [3]. Y aunque las perdidas economicas tienden a concentrarse en los paises industrializados y desarrollados, las perdidas humanas son mayores en los paises menos desarrollados y densamente poblados, como Colombia [2],[4].

Especificamente los movimientos en masa provocados por lluvias son una de las causas mas frecuentes de desastres por fenomenos naturales en los paises tropicales y montanosos de la region circumpacifica [4],[5]. Mas del 89% de las muertes por movimientos en masa alrededor del mundo han sido el resultado de movimientos en masa provocados por precipitaciones [2]. En el caso particular del departamento de Antioquia, y de acuerdo con los datos registrados en la base de datos DesInventar (www.desinventar.org) en el periodo comprendido entre 1900 y 2017 se han registrado 3660 movimientos en masa, ocasionando la muerte de 2167 personas.

Pocos estudios se han realizado en los Andes que analicen la relacion de la lluvia con la ocurrencia de movimientos en masa y la influencia del ENSO (El Nino Southern Oscillation, por sus siglas en ingles). Para el sur de los Andes suramericanos, [6] senala la influencia que tienen las condiciones climaticas, como las fases extremas del ENSO en la ocurrencia de movimientos en masa, analizando la precipitacion como factor detonante de los eventos y su lluvia antecedente. En los Andes Colombianos, [7] analizan la relacion de la ocurrencia de movimientos en masa con la precipitacion y a su vez, la influencia que tiene el fenomeno del ENSO en el departamento de Antioquia. Para lo cual utilizan 41 estaciones pluviometricas y 405 registros de movimientos en masa con el fin de definir umbrales criticos de lluvia. [8] analizan el registro de emergencias y desastres que tienen como origen fenomenos naturales y antropicos ocurridos en la region central de los Andes Colombianos desde 1880 hasta 2007, en el que se tienen registrados alrededor de 7000 eventos, senalando que los movimientos en masa son el segundo fenomeno natural con mayor recurrencia (35% en terminos de proporcion con respecto al total de eventos) y el mayor numero de perdidas humanas (75% en terminos de proporcion con respecto al total de perdidas). Adicionalmente estos autores senalan la relacion directa entre los movimientos en masa y la distribucion bimodal de lluvias en el Valle de Aburra. [9], a traves del analisis de series temporales de movimientos en masa en Bogota, observan una relacion directa con el ONI (Oceanic Nino Index) de la fase La Nina, al igual que una correlacion rezagada entre la lluvia y la ocurrencia de los movimientos en masa, donde la mayor cantidad de movimientos en masa son desencadenados semanas despues de los valores altos de precipitacion.

Considerando esta estrecha relacion entre la lluvia y los movimientos en masa, los sistemas de alerta temprana basados en umbrales se consideran actualmente como una de las medidas mas practicas y efectivas para la reduccion de desastres [10],[11],[12],[13]; sin embargo la compleja dinamica espacio-temporal de la precipitacion en ambientes tropicales y montanosos como los Andes Colombianos [14] exige una adecuada comprension en la relacion entre la lluvia y los movimientos en masa, en terminos espaciales y temporales a diferentes escalas.

En este trabajo se explora en el departamento de Antioquia, ubicado sobre los Andes Colombianos, la relacion de la precipitacion con la ocurrencia historica de los movimientos en masa para el periodo comprendido entre 1985 y 2016, y la influencia del ENSO, con analisis en escalas temporales diaria, mensual e interanual, y escalas espaciales agregada para todo el departamento y por regiones.

2 Metodologia

2.1 Area de estudio

Colombia, ubicada en el extremo norte de Sudamerica, es un pais tropical de topografia montanosa con una fuerte variabilidad hidroclimatica [15], bajo una geologia compleja y tectonica activa. Ademas de estas complejas condiciones naturales, durante las ultimas decadas el crecimiento de la poblacion y la creciente urbanizacion de areas propensas a los movimientos en masa han aumentado las condiciones de riesgo [16].

La region andina colombiana cubre un area de 282540 [km.sup.2], que constituyen el 30% del pais. Es la region mas poblada de Colombia, con una poblacion de alrededor de 34 millones de personas [17] y una densidad de 120 habitantes/[km.sup.2]. Los centros urbanos y economicos mas importantes se encuentran en las tierras altas y los valles de los Andes. El presente trabajo se concentra en el departamento de Antioquia, dividido en nueve subregiones o subdivisiones territoriales, las cuales estan conformadas por municipios con cierto grado de afinidad, en terminos de su vocacion economica, lazos culturales, conexion vial, accidentes geograficos, entre otros [18].

La subregion Norte cuenta con 17 municipios en los que se concentra el 4.1% de la poblacion de Antioquia, su extension territorial representa el 12.2% del departamento, con alturas entre los 1100 y 2600 m.s.n.m. La subregion del Bajo Cauca cuenta con 6 municipios en los que se concentra el 4.3% de la poblacion de Antioquia, su extension territorial representa el 13.1% del departamento y posee alturas entre los 30 y 150 m.s.n.m. La subregion del Nordeste cuenta con 10 municipios en los que se concentra el 3% de la poblacion de Antioquia, su extension territorial representa el 13.3% del departamento, y alturas entre los 650 y 1975 m.s.n.m [19]. La subregion del Magdalena Medio cuenta con 6 municipios en los que se concentra el 1.8% de la poblacion de Antioquia, su extension territorial representa el 7.5% del departamento, y alturas entre los 1000 y 1975 m.s.n.m [20]. La subregion Oriente cuenta con 23 municipios en los que se concentra el 9.3% de la poblacion de Antioquia, su extension territorial representa el 11.2% del departamento, y alturas entre los 1000 y 2500 m.s.n.m [21]. La subregion del Suroeste cuenta con 24 municipios en los que se concentra el 6.5% de la poblacion de Antioquia, su extension territorial representa el 10.1% del departamento. Posee un amplio rango de temperaturas (desde 13[degrees]C hasta 28[degrees]C) y de precipitacion (desde 781 mm hasta 4060 mm) debido a la variedad de pisos termicos presentes en esta region [22]. La subregion del Occidente cuenta con 18 municipios en los que se concentra el 3.5% de la poblacion de Antioquia, su extension territorial representa el 12.3% del departamento, en su geografia las alturas de las cabeceras municipales van desde 450 hasta 1925 m.s.n.m [23]. La subregion del Uraba cuenta con 11 municipios en los que se concentra el 9% de la poblacion de Antioquia, su extension territorial representa el 18.6% del departamento [23]. Finalmente, la subregion del Valle de Aburra cuenta con 10 municipios en los que se concentra el 58.5% de la poblacion de Antioquia, y tan solo el 1.8% del territorio. Esta enmarcado por una topografia irregular y pendiente, con alturas que oscila entre 1300 y 2800 m.s.n.m., es un valle estrecho, de unos 30 km de ancho promedio con una precipitacion media anual de 1540 mm [24]. La Tabla 1 presenta el numero de movimientos en masa registrado, el area y poblacion de cada una de las subregiones.

Geologicamente el norte de la region Andina colombiana se caracteriza por un nucleo de rocas metamorficas que componen el basamento de la cordillera Central, y que desarrollan generalmente suelos finos, intruido por cuerpos graniticos que desarrollan suelos arenosos [26]. La cordillera Occidental esta conformada por rocas volcanicas con sedimentos turbiditicos, emplazadas por rocas ofioliticas y metamorficas, con intrusivos tonaliticos y subvolcanicos. Todos estos materiales tienden a desarrollar suelos finos [27]. Los terrenos de bajo relieve estan representados por sedimentos de origen continental en las cuencas de los rios Cauca y Magdalena, y de origen marino a transicional continental en la region del Uraba [26],[27].

La Figura 1 presenta la localizacion del departamento de Antioquia, dividido en sus 9 subregiones, con la ubicacion de las estaciones de lluvia utilizadas en el presente estudio y los registros de movimientos en masa utilizados.

2.2 Condiciones de lluvia en los Andes colombianos

La distribucion espacio-temporal de la lluvia sobre los Andes tropicales tiene una alta variabilidad, debido a las fuertes caracteristicas orograficas del pais [28], entre las cuales se destaca la presencia de tres cordilleras con elevaciones que superan los 5000 m.s.n.m. y valles interandinos con direcciones norte-sur [29]. Esta configuracion topografica induce circulaciones atmosfericas locales que potencian la conveccion profunda [14],[15],[30],[31], como mecanismo fundamental en la formacion de la lluvia tropical [29].

La lluvia en Colombia esta controlada a escalas interanual e intraanual principalmente por ambas fases del ENSO [6],[15],[32]. El ENSO en Colombia se manifiesta en la fase El Nino por una disminucion en la precipitacion y en los caudales medios mensuales de los rios de Colombia, asi como una disminucion en la humedad del suelo y en la actividad vegetal [32], mientras que en la fase La Nina se presenta con anomalias positivas de la precipitacion [14],[29],[32]. En general, los efectos de El Nino son mas fuertes y mas inmediatos sobre el occidente que sobre el oriente de Colombia.

En el departamento de Antioquia, el comportamiento bimodal del ciclo anual de la precipitacion se expresa principalmente en el centro y oeste del pais, cuyos picos maximos se marcan en los meses de marzo-abrilmayo (MAM) y septiembre-octubre-noviembre (SON), mientras que los picos minimos se marcan en los meses de diciembre-enero-febrero (DEF) y junio-julio-agosto (JJA), resultado del doble paso de la ZCIT (Zona de Convergencia Intertropical) sobre la region [15], [32].La ZCIT tiene una alta relacion con patrones de circulacion atmosferica sobre el mar Caribe, el este del Oceano Pacifico y la cuenca del rio Amazonas [15], y en particular con el Chorro del Choco, el cual es una serie de vientos que penetran por el occidente colombiano. Estos vientos estan ausentes durante los meses de feb-mar y su nucleo maximo de velocidad esta en los meses de oct-nov, lo que genera una fuerte adveccion humeda desde el Oceano Pacifico hacia Colombia [30],[14],[33].

Adicional a estos procesos individualmente complejos se presenta una coexistencia y mezcla de diferentes escalas temporales en la lluvia, entre fenomenos macroclimaticos como el ENSO con interacciones no lineales con la ZCIT y Chorro del Choco, generando los complejos patrones de variabilidad hidroclimatica en los Andes colombianos [14].

2.3 Datos

2.3.1 Base de datos de movimientos en masa. La base de datos de movimientos en masa registrados en el departamento de Antioquia se compilo a partir de los catalogos de SIMMA (www.simma.sgc.gov.co) y DesInventar (www.desinventar.org) con registros historicos a escala temporal diaria desde 1985 a 2016, donde se obtuvo un total de 5368 eventos, incluyendo flujos, deslizamientos y caidas de roca. El catalogo de DesInventar ha sido utilizado por varios autores [7],[34],[35],[36],[37], en estudios a nivel del Valle de Aburra, de Antioquia y de Colombia.

Esta base de datos fue depurada de acuerdo con el nivel de incertidumbre en la localizacion de los movimientos en masa y la ventana temporal de observacion. Solo la subregion del Valle de Aburra presenta registros con un bajo nivel de incertidumbre, es decir, registros que permiten su ubicacion con coordenadas geograficas. Las otras subregiones presentan niveles de incertidumbre a nivel de manzana, vereda o municipio en algunos casos. Con respecto a la ventana temporal de observacion se seleccionaron los registros a partir del ano 1985, debido a que a partir de este ano se observa un aumento notorio de reportes de movimientos en masa, posiblemente por el mayor control y coordinacion en la entrada de datos a las plataformas. Considerando que la lluvia es el principal factor detonante de movimientos en masa en ambientes tropicales y zonas de montana, y debido a que las bases de datos no especifican el factor detonante del movimiento, se asume para el presente estudio que todos los eventos fueron desencadenados por lluvia.

2.3.2 Base de datos de precipitacion. La base de datos, suministrada por el Instituto de Hidrologia, Meteorologia y Estudios Ambientales (IDEAM), consiste en valores de precipitacion diaria en 27 estaciones pluviometricas con registros durante 32 anos (del 1 de enero de 1985 al 30 de julio de 2016)(Tabla 2 y Figura 1. Los porcentajes de datos de lluvia no reportados representan menos del 2% del total de los registros.

La seleccion de las estaciones (tres estaciones en cada subregion), se hace de forma manual, y considerando los siguientes criterios propuestos por [38]: i) presentar una distribucion espacial representativa a lo largo de cada subregion, ii) existencia de la serie temporal de lluvia, en lo posible, completa para cada uno de los anos, iii) presentar una localizacion cercana a las mayores concentraciones de movimientos en masa.

El area de influencia de cada estacion fue determinada a partir de los poligonos de Thiessen, generados en ArcGis y ajustada a las caracteristicas topograficas, con base a un Modelo de Elevacion Digital (DEM) de 12.5 m x 12.5 m del departamento de Antioquia. Se asume para toda el area de influencia una distribucion homogenea de la lluvia.

El calculo de la lluvia diaria promedio de cada subregion se realizo a traves del promedio ponderado en funcion del area que representan los poligonos de Thiessen en cada subregion, ya que en la mayoria de estas confluyen poligonos de estaciones localizadas en subregiones adyacentes. En los casos donde no se cuenta con el dato especifico de un dia en cierta estacion, el promedio ponderado es calculado a partir del area de influencia de las estaciones que tienen datos disponibles.

2.3.3 Base de datos del MEI. Para evaluar la posible correlacion entre cada fase del ENSO con la lluvia y los movimientos en masa en todo el departamento de Antioquia es necesario seleccionar un indice del ENSO que cuantifique la magnitud de la fase del ENSO. Debido a que dichos indices son en general a escala mensual, es necesario adicionalmente establecer para cada ano la fase del ENSO que predomina.

Como indice se utilizo el Indice Multivariado del ENSO (MEI por sus siglas en ingles) a escala mensual [39]. El MEI en su modelo maneja seis variables: la presion del nivel del mar, las componentes zonal y meridional del viento superficial, la temperatura superficial del mar, la temperatura del aire superficial y la fraccion total de nubosidad [40], lo cual permite que integre mayor informacion que otros indices, reflejando de mejor manera el sistema de acople entre el oceano y la atmosfera, ademas de ser menos vulnerable a errores tecnicos ocasionales en los ciclos mensuales de actualizacion [39].

Los valores negativos del MEI representa la fase fria del ENSO (La Nina), mientras que los valores positivos representan la fase calida (El Nino). La clasificacion de cada uno de los meses en cuanto a la fase del ENSO, se realizo con base a los rangos bimestrales del MEI, cuyo menor valor es 1 (La Nina mas fuerte) y mayor valor 69 (El Nino mas fuerte). La definicion de cada una de las fases a partir del indice se realiza con percentil de 30 (P30), lo cual indica que se estan considerando las condiciones mas fuertes y mas debiles para ambas fases del ENSO, es decir, el rango 1-21 senala fuertes a debiles condiciones de La Nina y el rango 49-69 senala condiciones debiles a fuertes de El Nino [39].

La definicion de la fase del ENSO que predomina en cada ano se obtuvo a partir del indice JMA SST de la Agencia Meteorologica Japonesa, debido a la buena seleccion de los eventos ENSO. Se considera fase El Nino si durante seis meses consecutivos el indice tiene un aumento de valores mayores o iguales a 0.5[degrees]Cy se considera La Nina si tambien durante seis meses el indice tiene un descenso igual o mayor a -0.5[degrees]C[41],[42],[43].

3 Resultados

Para el analisis de la influencia de la lluvia en la ocurrencia de movimientos en masa en los Andes Colombianos se consideraron diferentes escalas temporales interanual, mensual y diaria. En cuanto a la escala espacial se analizo en conjunto el departamento de Antioquia, e individualmente cada una de las subregiones que lo componen.

3.1 Departamento de Antioquia

3.1.1 Escala interanual. En la Figura 2 se presenta la variacion interanual de la lluvia con los movimientos en masa y el ENSO. Para el periodo analizado se registro una lluvia media multianual de 3018 mm, con dos picos maximos en el ano 1999 (3609 mm) y el ano 2011 (3537 mm), y valores minimos de 2352 mm en el ano 1991 y 2395 mm en el ano 1997. A partir del ano 1985 ha dominado la presencia de anos neutros, 17 en total, seguidos por anos El Nino, 9 anos, y 5 anos La Nina. En los ultimos 3 anos se observa una marcada caida hasta 2783 mm en el ano 2015. Se observa que el ano 1997, al igual que el ano reciente de 2015, clasificado como anos El Nino, correlacionan con la disminucion marcada de los movimientos en masa, con uno de los menores numeros de eventos registrados en todo el periodo analizado. Por otra parte, anos como 1998 y 1999 coinciden con fases de La Nina y picos maximos en los registros de movimientos en masa. Sin embargo, se observan anos como 2000, 2008, 2011, y 2012 con picos importantes en los registros de eventos que corresponden a anos neutros.

3.1.2 Escala mensual. En la Figura 3 se presenta la variacion mensual de la lluvia y los movimientos en masa para todos los anos agregados (3A), y analizados de acuerdo con la fase del ENSO, anos El Nino (3B), La Nina (3C) y neutro (3D). Para todos los anos agregados (3A) se presenta un comportamiento bimodal de la lluvia y los movimientos en masa, con picos que coinciden en los meses de mayo y octubre. Este comportamiento bimodal y correlacion entre la lluvia y los registros de movimientos en masa se acentua para los anos El Nino (3B), y se conserva ligeramente para los anos La Nina (3C). Por el contrario, para los anos neutros (3D), aunque la lluvia conserva un comportamiento bimodal, los registros en los movimientos en masa presentan un comportamiento unimodal con un pico en el mes de mayo, seguido por una ligera tendencia decreciente hasta los meses de diciembre, enero y febrero, donde se presenta el menor numero de registros.

El ciclo anual de los anos El Nino (3B) conserva bimodalidad, pero se caracteriza por valles mas pronunciados (DEF y JJA) y picos mas agudos que los de la fase La Nina, lo cual significa transiciones mas marcadas entre los periodos lluviosos (MAM y SON) y los periodos de menos lluvias (DEF y JJA). A diferencia del ciclo anual de los anos La Nina (3C), que se caracteriza por picos amplios, pero con valles (DEF y JJA) por encima del promedio multianual, con transiciones suaves lo que refleja un ciclo bimodal mas suavizado. Es decir, los resultados senalan que la diferencia entre el ciclo anual de la precipitacion de acuerdo con el ENSO no se presenta en los picos de lluvias, sino en la presencia de mas lluvias en los meses secos (DEF y JJA).

Los movimientos en masa responden a estos cambios generados por la influencia del ENSO. Para los periodos lluviosos en los anos La Nina se han registrado un numero de movimientos en masa superior al promedio multianual, al igual que en los periodos secos. Y para los anos El Nino, el valor minimo de movimientos en masa es marcadamente inferior en los periodos secos.

El ciclo anual de la precipitacion en anos neutros (3D) se asemeja al comportamiento de El Nino en los valores maximos. En cuanto a los registros de movimientos en masa, desaparece el pico del mes de octubre manteniendose un pico ligeramente superior en el mes de mayo y valles ligeramente inferiores en los meses de diciembre, enero y febrero, pero con un porcentaje de registros similar entre los meses de junio y noviembre.

En la Figura 4 se presenta la proporcion de los movimientos en masa registrados en cada fase del ENSO en escala mensual, donde se observa que domina la ocurrencia de movimientos en masa en la fase de La Nina con porcentajes en general superiores al 50%. De forma similar como lo senala la Figura 3, dicha diferencia se marca principalmente en los periodos secos.

3.1.3 Escala diaria. La Figura 5 presenta la variacion diaria de la lluvia y los movimientos en masa para todos los anos agregados (5A), en la fase El Nino (5B), La Nina (5C) y neutro(5D). Se observa nuevamente el patron de bimodalidad en la lluvia, pero con una amplia variabilidad de la lluvia diaria, aparentemente marcada en los anos El Nino y La Nina comparados con los promedios totales (5A). En el ciclo anual de los anos El Nino a escala diaria se observa una bimodalidad mas marcada y un ligero desfase entre los picos de lluvia y movimientos en masa. Para los anos La Nina, tanto en la precipitacion como en el registro de movimientos en masa, se pierde la bimodalidad, con un incremento en la precipitacion diaria a partir del mes de mayo constante hasta el mes de diciembre cuando desciende, sin embargo, los registros de movimientos en masa presentan un incremento a partir del mes de agosto. Para la fase de anos neutros en el mes de julio, donde ocurre la minima precipitacion, se presenta el mayor reporte de movimientos en masa.

3.2 Analisis por subregiones

3.2.1 Escala interanual. En la Figura 6 se presenta la variacion anual de la lluvia y los registros de movimientos en masa en las nueve subregiones del departamento de Antioquia, donde se observa que los registros historicos de las lluvias mas bajas se presentan en el Valle de Aburra y el Occidente y maximas en la zona del Bajo Cauca. En 1997, ano fuerte de El Nino, se observa un descenso brusco en la precipitacion, marcada principalmente en las subregiones del Norte, Oriente y Occidente antioqueno. En cuanto a las lluvias acumuladas anuales, en todas las subregiones se observa la influencia del ENSO. Los anos de mayores lluvias corresponden a anos La Nina, y los anos por debajo de las lluvias promedio corresponde a anos El Nino.

La Figura 6 permite observar los contrastes en cuanto al registro de movimientos en masa de cada subregion, donde el Valle de Aburra, que presenta las menores lluvias registra a su vez el mayor numero de eventos reportados. Por el contrario, las subregiones del Bajo Cauca, Magdalena Medio y Uraba presentan altas precipitaciones, pero muy pocos registros, como resultado de la baja susceptibilidad de dichos terrenos a la ocurrencia de movimientos en masa en estas tres subregiones. Para el Valle de Aburra, el gran numero de registros se puede explicar por la elevada densidad poblacional en comparacion con las demas regiones lo que senala la importante influencia antropica en la ocurrencia de los movimientos en masa. En gran medida la ocupacion de las vertientes del valle de Aburra se ha realizado informal sin un proceso de planeacion, lo cual ha permitido cortes en las laderas sin las condiciones tecnicas necesarias lo que desconfinan y aumentan la susceptibilidad de dichos terrenos a deslizarse, ademas de la infiltracion de las aguas vertidas en asentamientos no consolidados sin redes de alcantarillado. Esta condicion tambien puede explicar la ocurrencia de un numero importante de movimientos en masa y que no guardan relacion directa con la precipitacion. Finalmente, la sobreexposicion a los medios de comunicacion de los municipios del Valle de Aburra es tambien un factor para considerar para entender el gran numero de reportes.

3.2.2 Escala mensual. La Figura 7 presenta la variacion mensual de la lluvia y los movimientos en masa en las nueve subregiones del departamento de Antioquia. El patron bimodal con picos de lluvia en los periodos MAM y SON se observa en seis de las nueve subregiones. En el Norte, Bajo Cauca y Uraba presentan tendencias mas uniformes con tendencia unimodal, con pico maximo en el mes de mayo para el Norte y Uraba, y en el mes de agosto para la subregion del Bajo Cauca, y dos valles o meses de menores lluvias en los meses de mayo y octubre. En el Valle de Aburra los picos de las precipitaciones maximas en ambos periodos son los mas marcados de las subregiones. En el Nordeste y Suroeste se presenta la menor diferencia entre los picos y el valle de la precipitacion bimodal.

De igual forma los registros de movimientos en masa presentan en general un comportamiento bimodal para las subregiones, con un patron mas marcado en las subregiones como el Valle de Aburra, Occidente, y el Suroeste, pero con subregiones que presentan una alta variabilidad en los registros de movimientos en masa a escala mensual, como Uraba, Nordeste, y Magdalena Medio. En todas las subregiones los picos en los registros de movimientos en masa corresponden con picos lluviosos en el ciclo anual, a excepcion de la region Norte y Uraba donde los picos de registros estan dos y cuatro meses desplazados, respectivamente.

En la Figura 8 se presenta la variacion mensual de la lluvia y los movimientos en masa separados de acuerdo con la fase del ENSO del MEI en los 32 anos de analisis.

Aunque se elaboraron y analizaron todas las subregiones, la Figura 8 solo presenta aquellas subregiones que reportan un numero considerable de registros, de forma tal que permita una comparacion con los registros de lluvia. Sin embargo, se observa para todas las subregiones que la fase El Nino del ENSO marca la bimodalidad en el ciclo de lluvias anuales, a excepcion de la subregion del Uraba donde no se observa bimodalidad ni en las lluvias ni en los registros de movimientos en masa. El comportamiento de la lluvia en la fase de La Nina en las subregiones del Norte, Bajo Cauca y Uraba no presenta un regimen bimodal a diferencia de las otras subregiones en las que ademas se observa como rasgo comun la fuerte transicion del periodo seco de mitad de ano (JJA), lo que genera valles profundos debido al rapido descenso y ascenso de la precipitacion durante esta fase. En el caso del Nordeste y Oriente se presentan transiciones fuertes en el primer periodo de lluvias del mes de mayo y transiciones moderadas para el segundo periodo de lluvias en el mes de octubre, mientras que en el Magdalena Medio la transicion entre el periodo seco y de lluvia se observa en el mes de mayo. En la fase de La Nina las crestas se observan amplias y constantes a lo largo de los meses de abril-mayo-junio y agosto-septiembre-octubre. Tambien se observa que la segunda temporada de lluvias alcanza mayores valores.

En terminos generales, los registros de movimientos en masa durante anos La Nina no presentan un comportamiento bimodal tan marcado como en la fase de El Nino, tienden a ser constantes, con valores mayores a los registrados en la fase de El Nino.

En la Figura 9 se presenta para cada subregion la proporcion de movimientos en masa a escala mensual segun la fase del ENSO. En general, se observa un mayor numero de registros de movimientos en masa en anos La Nina, y una disminucion de los registros en la fase calida del ENSO en todas las subregiones. Con excepciones para algunos meses en las regiones de Bajo Cauca, Nordeste, Magdalena Medio, Occidente y Uraba.

Se realizaron correlaciones mensuales para las diferentes subregiones entre los registros de movimientos en masa y lluvias con los valores del MEI con rezagos entre cero y seis meses. En terminos hidrometeorologicos las correlaciones con rezagos temporales se refieren al procedimiento de correlacionar dos variables con una ventana temporal predefinida (rezago), lo cual permite identificar si la respuesta de una de las variables con respecto a la otra no se presenta simultaneamente sino posterior, en este caso establecer si las condiciones de lluvia y ocurrencia de movimientos en masa en el departamento de Antioquia responden a la fase del ENSO inmediatamente (rezago=0 meses) o posterior (rezagos de 1 a 6 meses). La Figura 10 presenta como ejemplo los resultados de las subregiones Oriente, Occidente y Nordeste, la linea azul corresponde al coeficiente de correlacion de la precipitacion mensual y la linea morada el coeficiente de correlacion de los registros de movimientos en masa. En general se observan correlaciones muy bajas ([+ or -] 0.2) entre la lluvia mensual y los registros de movimientos en masa con el MEI, pero que conservan una tendencia similar durante los tres primeros meses de rezago.

Las correlaciones del MEI con los registros de movimientos en masa, en su mayoria, son negativas senalando que a mayor numero de registros menor valor del MEI, asociado a la fase de La Nina. Para el caso de la region Oriente en el mes de rezago 5 se presenta la mayor correlacion negativa para todas las subregiones (-0.7). En la Figura 11 se presenta como ejemplo la correlacion de los registros de movimientos en masa (linea morada) y la lluvia (linea azul) con el MEI de acuerdo con la fase del ENSO para las subregiones del Valle de Aburra y Suroeste. Para los anos El Nino (11A) se observa en todas las subregiones una correlacion negativa con la lluvia con valores maximos en el mes cuatro de rezago.

Como se observa en la Figura 11 en la region del Valle de Aburra estas correlaciones presentan valores similares y a medida que aumentan los meses de rezago aumenta dicha diferencia. Los anos La Nina presentan correlaciones negativas altas (-0.7) en el Oriente y Nordeste con los rezagos de 4 y 5 meses, respectivamente. Para el Valle de Aburra en general se presentan correlaciones bajas, negativas para la lluvia y positivas para los registros de movimientos en masa. En los anos neutros no se observa simetria entre las correlaciones de la lluvia y los registros de movimientos con el MEI.

3.2.3 Escala diaria. En la Figura 12 se presenta como ejemplo el ciclo anual diario de la lluvia y los movimientos en masa de acuerdo con la fase del ENSO para la region del Valle de Aburra. Para los anos El Nino (12A) se observan comportamientos similares a los descritos en las figuras anteriores, en lo que tiene que ver con la variacion bimodal de la lluvia y los movimientos en masa. Para la region del Valle de Aburra se observa que el pico de la lluvia en los periodos lluviosos (MAM y SON) no coincide con los picos maximos de los movimientos en masa, la mayor cantidad eventos se da luego de presentarse el pico maximo de lluvias (Figura 14), senalando la fuerte influencia de la lluvia antecedente en la ocurrencia de movimientos en masa. Para el ciclo anual a escala diaria de los anos La Nina (12B) y neutros (12C) se presenta un pico principal en el mes de abril y mayo. En general para todas las subregiones se observa una bimodalidad en los anos La Nina y neutros, el cual se pierde en los anos La Nina.

4 Discusion

El ciclo mensual en el departamento de Antioquia, y en la mayoria de las subregiones, presentan un comportamiento bimodal caracteristico de la region Andina de Colombia [29],[32], con valores maximos porcentuales de la lluvia en los meses de MAM y SON, y valores minimos en el trimestre DEF y JJA [29],[33]. En las subregiones de Norte, Bajo Cauca y Uraba, al norte del departamento, el comportamiento bimodal no se observa, en estas regiones predominan valores altos de precipitacion durante los meses de mayo-octubre generalmente, indicando un comportamiento de lluvia unimodal.

Este comportamiento de la lluvia se refleja en los registros de movimientos en masa del departamento, confirmando la fuerte influencia directa de la precipitacion en la ocurrencia de movimientos en masa registrados, lo cual coincide con los resultados reportados por [7],[34] para el Valle de Aburra y el departamento de Antioquia (Figura 13).

Cuando la relacion entre la precipitacion y los registros de movimientos en masa se analiza a escala diaria, se observa que existe un desfase entre los valores maximos de registros de movimientos y los valores maximos de precipitacion, donde el pico de movimientos es precedido por el pico de lluvia (Figura 14). Este efecto de rezago ha sido explicado por otros autores como el resultado de la lluvia antecedente y almacenamiento del agua en el suelo [7], que depende de propiedades dominantes como las caracteristicas hidraulicas y la succion [44] produciendo la reduccion progresiva de la resistencia de los geomateriales [34]. Este rezago es mayor para el primer periodo de lluvias (MAM), lo cual posiblemente se debe a que al primer periodo de lluvia lo antecede tres meses en los que se presentan los valores mas bajos de precipitacion, mientras que al segundo periodo lo precede el trimestre de JJA donde la lluvia, aunque es menor, es mas alta que en el trimestre DEF, y de esta forma no permite una mayor disipacion de la presion de poros especialmente en suelos finos.

Existen diferencias entre las fases del fenomeno ENSO en el comportamiento de la lluvia y por lo tanto en los registros de movimientos en masa a la escala anual y diaria. En la fase de El Nino el comportamiento bimodal de la lluvia es mas marcado, con periodos de transicion fuertes, incluso en las subregiones del Norte y Bajo Cauca. Por su lado el comportamiento de la lluvia en la fase de La Nina tiene crestas con formas amplias, con picos de mayor amplitud (30% mayor que en la fase El Nino), lo que significa lluvia considerable y constante a lo largo del ano, en cuanto a la precipitacion minima la fase de El Nino tiene los menores valores. La segunda temporada de lluvias registra mayores precipitaciones que la primera temporada [32],[33], principalmente durante la fase de La Nina, como resultado al acoplamiento de la ZCIT con la dinamica del Chorro del Choco y sistemas convectivos de mesoescala sobre la costa Pacifica, y el paso de las ondas tropicales del este durante el otono y verano boreal [32]. Lo cual se refleja en el mayor registro de movimientos en masa.

Los resultados obtenidos para las regiones del departamento de Antioquia corroboran que el fenomeno del ENSO afecta las cantidades [14],[29] y modo de distribucion de la lluvia, por ejemplo en la amplitud, [14] principalmente a escala anual y diaria, lo cual impacta directamente la ocurrencia de movimientos en masa en la region. Durante la fase La Nina los movimientos en masa son mas frecuentes y se presentan a lo largo del ano, mientras que en anos El Nino se presentan especialmente en los meses de mayo y octubre, cuando se presentan los picos de lluvias.

Finalmente, se destaca que las regiones del norte del departamento, Bajo Cauca, Norte y Uraba, presentan un comportamiento diferente al resto del departamento, con una distribucion de lluvias mensual de forma unimodal, que no correlaciona con los registros de movimientos en masa ni con el MEI, lo que senala que la ocurrencia de movimientos en masa en estas regiones se presenta por factores detonantes diferentes a los eventos de lluvia.

Aunque de acuerdo con los resultados la ocurrencia de movimientos en masa en el departamento de Antioquia responde a las condiciones de lluvia, es importante considerar que el registro de eventos de movimientos en masa por regiones presenta sesgos asociados a la sobreexposicion a los medios de la region del Valle de Aburra, y por lo tanto a un mayor numero de registros. Esta condicion puede reducirse considerando solo los movimientos en masa con muertes asociadas, ya que dichos eventos independiente de la region son registrados en los medios. A nivel del departamento, el 9% de los movimientos en masa reportados presenta muertes asociadas. Aunque en la Figura 6 se muestra a la subregion del Valle de Aburra con el mayor numero de reportes de movimientos en masa, el porcentaje de eventos que ocasionan muertes es solo del 10%, mientras que en la subregion Norte el valor asciende al 13%.

5 Conclusiones

En el presente estudio se evalua en la region central de los Andes colombianos la relacion de la lluvia con los registros de movimientos en masa de acuerdo con el fenomeno ENSO para el periodo comprendido entre 1985 y 2016, a escala interanual, mensual y diaria.

A escala mensual los resultados senalan la influencia directa entre la ocurrencia de movimientos en masa con ciclo anual de la precipitacion, evidenciado en un comportamiento bimodal para las regiones hacia el centro y sur del departamento de Antioquia con picos en los periodos de MAM y SON, y comportamiento unimodal para las regiones del norte del departamento, como resultado de la ZCIT y el Chorro del Choco. Este ciclo anual es caracterizado por un mayor pico de lluvias durante el segundo periodo (SON) que explica el mayor registro de movimientos en masa en ese mismo periodo, como consecuencia del acoplamiento de la ZICT con el chorro del choco y sistemas convectivos de mesoescala sobre la costa del Pacifico y el paso de las ondas tropicales del este [32].

A escala diaria se destaca para las regiones con un comportamiento bimodal, que los picos de lluvia anteceden a los picos de los movimientos en masa, lo cual senala la importancia de la lluvia antecedente en la ocurrencia de movimientos en masa y explica la mayor cantidad de movimientos en masa al final de los periodos de lluvia cuando se da inicio a la transicion a un periodo seco.

A escala interanual domina la influencia del ENSO en el ciclo anual con una marcada mayor cantidad de movimientos en masa en los anos La Nina que se presentan a lo largo del ano, a diferencia de los anos El Nino, donde, aunque se presentan movimientos en masa asociados a picos de lluvia a escala mensual, los valores se reducen con respecto a los anos La Nina y anos neutros, y ademas se concentran en los periodos de lluvias (MAM y SON) a diferencia del ciclo de los anos La Nina, cuando se presentan a lo largo del ano. Los resultados del presente estudio ayudan a entender el patron espacial y temporal en la ocurrencia de movimientos en masa en los Andes Colombianos como paso inicial para la implementacion de sistemas de alerta temprana por movimientos en masa, y herramienta fundamental para la reduccion de perdidas humanas por movimientos en masa desencadenados por lluvia.

Agradecimientos

Esta investigacion es el producto final de la modalidad trabajo de grado para optar al titulo en el programa de Ingenieria Geologica en la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellin- Facultad de Minas, en ella participo como asesor el profesor Edier Aristizabal a quien agradezco sus sugerencias, correcciones y seguimiento constante.

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Karolina Naranjo Bedoya (1), Edier Vicente Aristizabal Giraldo (2)y Jose Alfred Morales Rodelo (3)

Recepcion: 19-12-2018 | Aceptacion: 03-04-2019 | En linea: 31-05-2019

(1) Universidad Nacional de Colombia, knaranjobe@unal.edu.co, https://orcid.org/0000-0002-6484-0709, Medellin, Colombia.

(2) Universidad Nacional de Colombia, evaristizabalg@unal.edu.co, https://orcid.org/0000-0002-2648-2197, Medellin, Colombia.

(3) Universidad Nacional de Colombia, josamoralesrod@unal.edu.co, https://orcid.org/0000-0003-3072-5486, Medellin, Colombia.

doi:10.17230/ingciencia.15.29.1

Recepcion: 19-12-2018 | Aceptacion: 03-04-2019 | En linea: 31-05-2019
Tabla 1: Subregiones del departamento de Antioquia (*). Movimientos en
masa (MenM), habitantes (hab).

Subregion        MenM  Area ([km.sub.2])  MenM/[km.sub.2]  Poblacion
                                                           (*)

Norte             363        7690             0.05           233852
Bajo Cauca        126        8269             0.02           246189
Nordeste          240        8421             0.03           169718
Magdalena Medio    87        4730             0.02             9461
Oriente           943        7111             0.13           529977
Valle de Aburra  2594        1129             2.3          3'316370
Suroeste          519        6400             0.08           371495
Occidente         355        7771             0.05           195825
Uraba              67       11750             0.01           508802
Total            5294       63271                          5'671689

Subregion        MenM/100000 hab

Norte                 155
Bajo Cauca             51
Nordeste              141
Magdalena Medio        87
Oriente               178
Valle de Aburra        78
Suroeste              140
Occidente             181
Uraba                  13
Total

(*) [25]

Tabla 2: Caracterizacion de las estaciones de lluvia seleccionadas en
las subregiones de Antioquia. Porcentaje de datos faltantes (%NaN).

                                                 Coordenadas
Subregion        Nombre de estacion         N                  W

                 San Andres          6[degrees]54'35"  75[degrees]40'12"
Norte            Santa Isabel        7[degrees]09'26"  75[degrees]26'32"
                 Angostura           6[degrees]52'59"  75[degrees]19'57"
                 Caceres             7[degrees]34'45"  75[degrees]20'52"
Bajo Cauca       La Esmeralda        7[degrees]45'4"   74[degrees]00'11"
                 Zaragoza            7[degrees]29'10"  74[degrees]52'21"
                 San Roque           6[degrees]29'15"  75[degrees]01'01"
                 Anori               7[degrees]04'19"  75[degrees]09'02"
                 Virginias           6[degrees]23'37"  74[degrees]40'55"
Magdalena Medio  Murillo             6[degrees]36'11"  74[degrees]23'43"
                 Yondo               7[degrees]05'22"  73[degrees]56'39"
                 Cocorna             6[degrees]03'12"  75[degrees]10'57"
Oriente          El Penol            6[degrees]12'51"  75[degrees]14'29"
                 Sonson              5[degrees]42'55"  75[degrees]17'40"
                 La Cuchilla         6[degrees]22'06"  75[degrees]27'13"
Valle de Aburra  Tulio Ospina        6[degrees]19'11"  75[degrees]33'12"
                 La Salada           6[degrees]02'54"  75[degrees]37'29"
                 Ita andes           5[degrees]41'28"  75[degrees]52'49"
Suroeste         Fredonia            5[degrees]56'12"  75[degrees]41'06"
                 Concordia           6[degrees]02'22"  75[degrees]55'10"
                 Canasgordas         6[degrees]45'29"  76[degrees]01'47"
Occidente        Anza                6[degrees]18'11"  75[degrees]51'33"
                 Olaya               6[degrees]37'43"  75[degrees]48'39"
                 Buchado             6[degrees]25'12"  76[degrees]46'45"
Uraba            El Casco            7[degrees]53'04"  76[degrees]38'52"
                 Pueblo Bello        8[degrees]12'15"  76[degrees]31'29"

Subregion         Altitud    Intervalo de registro  %NaN
                 (m.s.n.m.)

                   1600       Ene/1985  Jun/2016    0.4
Norte              1132       Ene/1985  May/2016    0.6
                   1650       Ene/1985  Jun/2016    0.3
                     95       Ene/1985  Mar/2016    3.2
Bajo Cauca          100       Ene/1985  Mar/2016    8.9 (*)
                     50       Ene/1985  Mar/2016    0.3
                    820       Ene/1985  Jun/2016    1
                   1601       Ene/1985  Abr/2016    4.7
                    975       Ene/1985  May/2016    0.7
Magdalena Medio     130       Ene/1985  Jul/2016    3.7
                     85       Ene/1985  Jul/2016    0.3
                   1455       Ene/1985  Jun/2016    1.3
Oriente            2047       Ene/1985  Jun/2016    3.6
                   2180       Ene/1985  Jun/2016    0.7
                   1600       Ene/1985  Abr/2016    0.4
Valle de Aburra    1453       Ene/1985  Jul/2016    2.5
                   1923       Ene/1985  Abr/2016    0.9
                   1180       Ene/1985  Jun/2016    2.1
Suroeste           1650       Ene/1985  May/2016    2
                   2006       Ene/1985  Jun/2016    1.8
                   1294       Ene/1985  Jun/2016    5.2
Occidente           550       Ene/1985  Jun/2016    0.09
                    575       Ene/1985  Jun/2016    0.06
                     18       Ene/1985  Jul/2016    2
Uraba                18       Ene/1985  Abr/2016    0.6
                     10       Ene/1985  Abr/2016    0.1

(*) sin datos en el ano 2013
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Author:Bedoya, Karolina Naranjo; Giraldo, Edier Vicente Aristizabal; Rodelo, y Jose Alfred Morales
Publication:Ingenieria y Ciencia
Date:Jan 1, 2019
Words:9403
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