Variación sostenida de la dirección del viento y su relación con la surgencia costera

Nororiente de Venezuela (estación de referencia: Cumaná) · 2015–2026

Autor: Físico Licdo. Rommel J. Contreras G. — Academia de GeoHistoria del Estado Sucre (AGHES), Cumaná, Venezuela. Coautor de Aparicio y Contreras (2003). Contacto: rommeljose@gmail.com
Marco: Observatorio ENSO · Caribe Oriental.
Fuente de datos: reanálisis ERA5 (ECMWF) vía Open-Meteo Archive, viento a 10 m horario, 2015-01-01 – 2026-05-31 (100 056 h por estación, 8 estaciones costeras).
Métodos: resumidos en la sección Materiales y Métodos; transporte de Ekman costa-afuera (Aparicio y Contreras, 2003, DOI 10.6084/m9.figshare.5660704), tendencias por Mann-Kendall + pendiente de Sen y correlaciones de Pearson desestacionalizadas.

Introducción

Los vientos alisios del este son el motor de la surgencia costera del nororiente de Venezuela: al empujar el agua superficial mar afuera (transporte de Ekman) provocan el ascenso de aguas frías y ricas en nutrientes que sostienen la productividad del mar y, en particular, la pesca de la sardina (Sardinella aurita) en el Golfo de Cariaco, Araya y Margarita (Aparicio y Contreras, 2003). Por ello, la intensidad y la dirección del régimen de vientos son variables críticas para la pesquería y el clima costero de la región.

Sobre este sistema actúa, además, la variabilidad interanual del ciclo El Niño–Oscilación del Sur (ENSO), que modula la fuerza de los alisios. En la última década se han reportado cambios en los patrones de viento de la cuenca del Caribe, pero su expresión local en la costa oriental venezolana —y su efecto sobre la surgencia— no había sido cuantificada con datos homogéneos.

Este trabajo caracteriza las tendencias del viento costero (dirección, intensidad y componentes zonal y meridional) y del índice de surgencia entre 2015 y 2026, con énfasis en los últimos 7 años, y evalúa cuál de esos factores controla la surgencia, empleando reanálisis ERA5 en ocho estaciones del nororiente de Venezuela.

Resumen ejecutivo

1. Existe una variación sostenida de la dirección del viento. En Cumaná la dirección dominante gira en sentido horario +1.48°/año en los últimos 7 años (2019–2025; Mann-Kendall p=0.016, significativa), ≈ +8.9° acumulados, de E-NE hacia el E. El giro es coherente en la costa central de Sucre y Anzoátegui.
2. Los alisios se debilitan de forma robusta: rapidez -0.077 m/s/año (p=0.016) en Cumaná y -0.056 m/s/año (p=0.003) en el promedio regional.
3. La surgencia disminuye: índice de Ekman -29.4 m²/s/año (p=0.035); en bloques, el ISCIV de Cumaná cae de 75 a 54 m³·s⁻¹/100 m (-28 %).
4. La surgencia la gobierna la intensidad, no la dirección: correlaciona con la rapidez del viento r=+0.98 (r²=0.96) y con la anomalía de dirección apenas r=-0.15 (r²=0.02). El factor crítico para la productividad costera es la pérdida de intensidad de los alisios.

Materiales y Métodos

Datos: reanálisis ERA5

Debido a la escasez crónica y la discontinuidad temporal de registros anemométricos in situ continuos en el margen costero del nororiente de Venezuela, se utilizaron las series de tiempo del reanálisis global ERA5 del ECMWF, obtenidas a través de la plataforma Open-Meteo Archive. El uso de reanálisis globales es un estándar ampliamente validado en estudios de variabilidad climática y oceanografía costera (p. ej., Hersbach et al., 2020), pues combina la asimilación de datos satelitales y observacionales con modelos dinámicos globales.

Para este trabajo se seleccionaron ocho estaciones virtuales (nodos de la grilla de ~31 km de resolución) ubicadas estratégicamente en la interfaz costa–mar. Esta aproximación garantiza la homogeneidad espacial y temporal de las series (2015–2026, datos horarios, n = 100 056 por estación), permitiendo capturar de forma robusta tanto el ciclo diurno local como las tendencias interanuales y la influencia de eventos macroclimáticos (ENSO), y minimizando los sesgos por fricción topográfica terrestre comunes en las estaciones de superficie en tierra. Las estaciones, de oeste a este, son Barcelona, Araya, Cumaná, golfo de Cariaco, Porlamar, Pampatar, Carúpano y Güiria (ver §5, fig. del mapa).

Componentes del viento e índice de surgencia

Del viento horario a 10 m (rapidez y dirección) se obtuvieron las componentes vectoriales zonal (u, este +) y meridional (v, norte +). El índice de surgencia se calculó como el transporte de Ekman costa-afuera siguiendo el método de Aparicio y Contreras (2003): esfuerzo del viento τ = ρ_a · C_D · |V| · V (con coeficiente de arrastre C_D dependiente de la velocidad), parámetro de Coriolis f = 2Ω·sen(φ) y proyección del transporte sobre la normal costa-afuera de cada estación. Se reporta como ISCIV físico (m³·s⁻¹ por 100 m de costa = transporte de Ekman / 10,25).

Agregación y análisis estadístico

Las medias mensuales y anuales del viento se calcularon de forma vectorial (promediando u y v horarios); la dirección dominante se obtuvo como media circular. Las tendencias se evaluaron sobre las medias anuales con la prueba no paramétrica de Mann-Kendall y la magnitud con la pendiente de Sen (1968), robusta frente a valores atípicos; se verificaron además con el Mann-Kendall modificado de Hamed-Rao (1998) para descartar inflación de la significancia por autocorrelación serial (§6.4). Las correlaciones se calcularon con el coeficiente de Pearson sobre anomalías mensuales desestacionalizadas (restando el ciclo climatológico de cada mes calendario); para la dirección, la anomalía es la desviación angular respecto a la media circular. El análisis es reproducible (tools/wind_report.py).

1. Dirección del viento: giro horario sostenido

Tendencias de la dirección dominante (° desde el N):

La dirección anual de Cumaná pasa de ≈60° (2019) a ≈69° (2025). La anomalía mensual (segunda figura) muestra el predominio de valores positivos (cálidos) desde 2022, señal del giro horario.

2. Intensidad del viento y surgencia: debilitamiento

Tendencias (Cumaná y promedio regional):

Comparación por bloques (vector medio, Cumaná):

3. Componentes zonal (u) y meridional (v)

Coherente con el giro y el debilitamiento, el viento se vuelve menos del este (u sube) y menos del norte:

4. Correlación con la surgencia

Pearson sobre anomalías mensuales desestacionalizadas (Cumaná, n=137):

La surgencia está determinada casi por completo por la rapidez (r²≈0,96) y la componente zonal (r²≈0,90); la dirección por sí sola explica ~2 %.

5. Coherencia regional

Las ocho estaciones analizadas (puntos de grilla ERA5) cubren la costa nororiental de Venezuela, de Barcelona (Anzoátegui) a Güiria (golfo de Paria), pasando por la zona de máxima surgencia (Cumaná, Araya, golfo de Cariaco):

Dirección dominante anual por estación (° desde el N):

6. Discusión

6.1 Mecanismo físico del giro horario

El giro horario responde a un cambio en la geometría vectorial del viento, no a una rotación rígida: la componente meridional (norte–sur) se debilita de forma significativa (v +0.116 m/s·año, p=0.003), mientras la zonal se mantiene o aumenta levemente. El viento «se acuesta» y sopla de forma casi puramente zonal (del este), lo que numéricamente eleva los grados-desde-el-norte. Físicamente, el calentamiento anómalo del Atlántico Norte Tropical y del Caribe —con valores de récord en 2023–2025— reduce el gradiente meridional de presión que sostiene la rama norte de los alisios y desplaza ligeramente la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), debilitando y zonalizando el flujo. La concordancia entre la caída de v (p=0,003) y el giro observado respalda este mecanismo termodinámico regional.

6.2 Modulación por el ciclo ENSO

La rapidez regional covaría positivamente con el ONI (r=+0.39, n=136, p<0,001; r²≈0.15): en esta región y periodo, las fases de El Niño tienden a coincidir con alisios algo más intensos y las de La Niña con alisios algo más débiles —un acoplamiento modesto y de signo contrario a la intuición del Pacífico oriental, pues la respuesta del Atlántico tropical/Caribe es estacional y regionalmente distinta—. Este resultado refuerza que la tendencia secular al debilitamiento no es un artefacto del ENSO: ambos extremos de la ventana (2015–16 y 2023–24) fueron El Niño fuertes —la fase aquí asociada a vientos más intensos— y, aun así, los alisios de 2023–24 resultaron más débiles que los de 2015–16. La señal persiste, además, tras la corrección por autocorrelación (§6.4).

6.3 Vista vectorial del cambio (giro + acortamiento)

El vector medio del viento por bloque (2015–2018 frente a 2023–2025) resume ambas señales en una sola imagen: las flechas recientes son más cortas (menor rapidez) y están rotadas en sentido horario (más zonales) respecto a las del periodo inicial, de manera coherente a lo largo de la costa central.

6.4 Robustez ante autocorrelación (Mann-Kendall modificado)

Las series mensuales presentan dependencia serial; por ello la inferencia principal se realiza sobre medias anuales (que la minimizan) y se verifica con el Mann-Kendall modificado de Hamed y Rao (1998), que corrige la varianza de S por la autocorrelación significativa de los rangos. Las tendencias clave conservan su significancia tras la corrección (factor n/n* = inflación de varianza por memoria serial):

El factor n/n* ≈ 1,00 indica que las medias anuales no presentan autocorrelación significativa: las p del Mann-Kendall original ya son insesgadas y la significancia de las tendencias clave no proviene de la memoria serial de la serie.

6.5 Implicaciones ecológicas (Sardinella aurita)

Una caída del ~28 % en el índice de surgencia (75 → 54 m³·s⁻¹/100 m en Cumaná) es una alteración mayor para el ecosistema del golfo de Cariaco. Un debilitamiento sistemático de los alisios implica menor transporte de Ekman y una termoclina más profunda y menos perturbada, con temperatura superficial más cálida, menor clorofila-a y un posible descenso del reclutamiento de la sardina (Sardinella aurita), eje de la pesquería del oriente venezolano. Esta hipótesis es coherente con lo documentado para la cuenca de Cariaco por el programa de series de tiempo CARIACO y por Taylor et al. (2012), que reportan debilitamiento de los alisios, reducción de la surgencia, calentamiento superficial y declive de la productividad y de la pesquería de sardina. La corroboración con datos locales de captura (INSOPESCA) y de clorofila satelital (MODIS/Copernicus Marine) es el siguiente paso natural de este trabajo.

7. Conclusión

Entre 2015 y 2026, el viento costero del nororiente de Venezuela presenta dos señales sostenidas y estadísticamente significativas: (i) un giro horario de la dirección (≈+1,5°/año en Cumaná, de E-NE hacia E, coherente en la costa central de Sucre y Anzoátegui) y (ii) un debilitamiento de los alisios (≈−0,06 a −0,08 m/s·año). Como la surgencia depende sobre todo de la rapidez y de la componente zonal del viento (r²=0,96 y 0,90), este debilitamiento se traduce en una reducción del índice de surgencia (≈‑28 % en Cumaná, bloques 2015‑18 vs 2023‑25). El giro de dirección, aunque real, contribuye marginalmente por sí mismo (r²≈0,02): el factor crítico para la productividad costera y la pesca es la pérdida de intensidad de los alisios.

8. Salvedades metodológicas

• ERA5 (~25–30 km) es reanálisis, no medición in situ; suaviza el viento costero local. Es robusto para tendencias, pero los valores absolutos son aproximados.
• El índice de surgencia depende del azimut de costa asignado a cada estación (estimado en el proyecto). Por eso estaciones insulares (Porlamar, Pampatar, Güiria) pueden dar signos de Ekman distintos; las tendencias de rapidez y componente zonal son independientes del azimut y por ello las más robustas.
• La autocorrelación serial de las series se atendió usando medias anuales y el Mann-Kendall modificado de Hamed-Rao (§6.4); las tendencias clave se mantienen significativas tras la corrección.
• Ventana de 11,4 años; los "últimos 7" están modulados por el ciclo ENSO (El Niño 2015–16 y 2023–24; triple La Niña 2020–23; §6.2). La tendencia de fondo persiste, pero la atribución a cambio climático de fondo requiere series ≥30 años.

Referencias

• Aparicio, R. y Contreras G., R. J. (2003). Índice de Surgencia Costera Inducida por el Viento (ISCIV). figshare. DOI 10.6084/m9.figshare.5660704.
• Hamed, K. H. y Rao, A. R. (1998). A modified Mann-Kendall trend test for autocorrelated data. Journal of Hydrology, 204(1–4), 182–196.
• Sen, P. K. (1968). Estimates of the regression coefficient based on Kendall's tau. Journal of the American Statistical Association, 63(324), 1379–1389.
• Taylor, G. T., Muller-Karger, F. E., Thunell, R. C., et al. (2012). Ecosystem responses in the southern Caribbean Sea to global climate change. PNAS, 109(47).
• Hersbach, H. et al. (2020). The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146(730), 1999–2049.
• NOAA/CPC. Oceanic Niño Index (ONI). Climate Prediction Center.

Datos y reproducibilidad: series anuales en series_anuales.csv; figuras en docs/figs/; análisis reproducible con python tools/wind_report.py.
Generado a partir de ERA5 (ECMWF) / Open-Meteo Archive. Observatorio ENSO Caribe — AGHES, Cumaná.