ARTICLE
Auteur(s) : Daniel Nuñez López, Carlos Alfonso Muñoz
Robles, Héctor
Gadsden, Victor Manuel
Reyes-GómezVictor
Manuel Reyes-Gómez
Centro de Investigación Sobre Sequía (CEISS), Instituto de
Ecología, A.C., Chihuahua, Km 33.3, Carret. Chihuahua-Ojinaga, C.P.
32900, Cd. Aldama, Chihuahua, México
Dans le nord aride du Mexique, la disponibilité en eau est à la
fois source de vie et base de toute activité économique. Cette
région ne reçoit que 4 % des ressources hydriques du pays,
alors que l’État du Chihuahua couvre 12,5 % de la surface du
Mexique et doit affronter de très sérieux problèmes liés au manque
d’eau, avec en plus, une distribution spatiale et temporelle très
irrégulière des précipitations. Au cours des trente dernières
années, l’État du Chihuahua a connu des régimes de pluie très
contrastés : aux années considérées comme
« normales » ou à celles qui ont été très arrosées ont
succédé des années caractérisées par des pluies très faibles, ce
qui a entraîné de graves difficultés au niveau des réserves d’eau
[1, 2].D’un point de vue météorologique, la sécheresse peut se
définir comme un comportement anormal mais récurrent du climat lié
essentiellement à l’absence de précipitations que reçoit une région
dans un laps de temps déterminé. Pour caractériser la sévérité
d’une sécheresse, il est nécessaire d’envisager divers aspects
comme le déficit pluviométrique, sa durée ou encore son extension
géographique et de tenir compte de la demande en eau qu’imposent le
maintien des écosystèmes et le développement des activités
humaines1[3].La plupart des méthodes
destinées à évaluer la sécheresse tentent de déterminer la
probabilité de rencontrer des séquences anormales dans la
distribution des précipitations à l’échelle régionale [4]. Parmi
les indices les plus utilisés, citons l’indice de sévérité de la
sécheresse défini par Palmer qui ne se limite pas à la seule
connaissance du déficit de pluies mais intervient au niveau d’un
bilan hydrique. Cet indice n’est cependant pas très utilisé au
Mexique car il nécessite de nombreuses données qui ne sont pas
toujours disponibles [5]. L’indice standardisé des précipitations
(SPI, Standardized Precipitation Index), mis au point par McKee
et al. [6] est aussi souvent utilisé ; son calcul ne
demande que de longues séries pluviométriques et il présente le
grand avantage de fonctionner à diverses échelles de temps et de
permettre des évaluations de la sécheresse à court, moyen, ou long
terme [7].Afin d’évaluer de manière permanente la fluctuation et la
périodicité des séquences de sécheresse dans le nord du Mexique, un
système de surveillance et de contrôle a récemment été installé
dans le Chihuahua. Il prend en considération le degré de réduction
des pluies estimé à partir des données concernant les
précipitations mensuelles recueillies depuis de très nombreuses
années au niveau de diverses stations météorologiques installées
dans le Chihuahua. Un des indicateurs utilisés est le SPI calculé à
diverses échelles de temps et dont les valeurs mensuelles sont
cartographiées. La méthode de surveillance a permis de mettre en
place un Système d’information géographique (SIG) de l’État du
Chihuahua (SIGSeCh) qui précise, d’une part, l’intensité et
l’extension spatiale de la sécheresse et détermine, d’autre part,
les effets de ce déficit hydrique sur les activités agricoles et
forestières de la région tout en facilitant les évaluations quant
aux effets sur les réserves et la redistribution de l’eau pour les
usages ruraux, publics et industriels.Dans le présent travail, les
caractéristiques principales des séquences de sécheresse qui ont
affecté l’État du Chihuahua entre 1970 et 2000 seront
analysées tout d’abord en prenant en considération le calcul du SPI
successivement à court terme (3 mois), moyen terme
(12 mois) ou long terme (24 mois). Pour finir, une
évaluation descriptive de la fréquence, de la durée et de
l’intensité des séquences de sécheresse observées à l’échelon de
l’État sera présentée.
Matériel et méthode
Description de la zone d’étude
L’État du Chihuahua se situe dans la partie septentrionale du
Mexique entre 25° 5’ et 31° 47’ de latitude N et
entre 103° 11’ et 109° 07’ de longitude O [8]. Il
s’étend sur 247 087 km2 et représente, en
superficie, 12,6 % du territoire national. Le climat
prédominant peut être défini comme « sec » ( (figure 1) ) mais il
se subdivise en deux types : d’une part, un climat sec aride
qui couvre 28 % environ de la surface de l’État et se
caractérise par une moyenne annuelle des précipitations voisine de
300 mm avec des températures maximales atteignant
40 °C ; d’autre part, un climat semi-aride qui s’étend
sur 46 % de la superficie du Chihuahua avec des moyennes
annuelles de précipitations comprises entre 350 et 500 mm.
Dans l’Ouest montagneux de l’État (23 % du territoire)
prédomine un climat tempéré avec des pluies estivales
(précipitation moyenne annuelle de 850 mm). Enfin, des zones
de climat chaud (moyenne annuelle des pluies d’été :
600 mm et température moyenne voisine de 18 °C durant le
mois le plus froid) sont présentes dans le fond des vallées. En se
référant aux précipitations mensuelles, il est possible de définir
deux périodes caractéristiques : l’été (de mai à octobre) avec
présence de pluies, suivi de six mois (de novembre à avril) sans
précipitations.
L’indice standardisé des précipitations (SPI)
Le SPI a été mis au point à l’université du Colorado et devait
permettre de déterminer le déficit de précipitations pour une
région donnée pendant un laps de temps déterminé. Le calcul du SPI
nécessite l’ajustement de séries longues de données de
précipitations à la distribution Gamma qui, selon Thom et Young [9,
10] est la distribution qui représente le mieux l’évolution des
séries de pluies. Cette distribution Gamma est définie par sa
densité de probabilité représentée par :
Où :
α et β sont les paramètres de forme et d’échelle de la
distribution. Ils sont obtenus à partir de la méthode des moindres
carrés décrite par Edwards et McKee [11] ;
Γ(α) représente la fonction mathématique Gamma et χ la hauteur
de la précipitation mensuelle.
L’estimation du SPI se fait par ajustement de la distribution
des fréquences des précipitations dans chaque station à la
distribution Gamma de la probabilité de la densité. Les valeurs des
paramètres α et β de la fonction Gamma sont estimées pour chaque
station et pour chaque échelle de temps (3, 12, 24, 48 mois)
et pour chaque mois de l’année.
En utilisant les paramètres résultants pour trouver la
probabilité accumulée d’un épisode de précipitation observé, la
probabilité cumulée (fonction de répartition) devient :
Si on pose , cette équation se transforme en une fonction Gamma
incomplète :
Du fait que la fonction Gamma est indéfinie pour x = 0 et qu’une
série de précipitations peut contenir des zéros, la probabilité
cumulée devient :
Où :
H(χ) correspond à la probabilité cumulée quand χ = 0 et q est la
fréquence de pluies nulles. Dans ce dernier calcul, la probabilité
cumulée n’est plus que la variable z d’une fonction de distribution
normale standard caractérisée par une valeur moyenne de zéro et une
variance unité : après cette transformation, la valeur
calculée donne la valeur du SPI.
Les valeurs négatives du SPI correspondent à un déficit des
précipitations alors qu’à l’opposé les valeurs positives indiquent
des pluies supérieures à la normale.
Méthodologie
À partir des 28 stations météorologiques installées sur
le territoire du Chihuahua, une base de données regroupant toutes
les mesures de précipitations mensuelles recueillies sur de très
longues périodes est établie. Les mesures manquantes sont estimées
selon une analyse de régression linéaire simple où la série
comportant les données incomplètes est considérée comme la variable
dépendante et où la variable indépendante est la série
correspondante obtenue dans la station la plus proche
géographiquement. Dans un second temps, un programme informatique
permet un traitement statistique de la base de données et le calcul
du SPI à diverses échelles de temps. À partir des séries de
données des précipitations mensuelles recueillies entre 1970
et 2000 et en utilisant le précédent programme informatique,
les valeurs du SPI pour trois échelles de temps
différentes (3, 12 et 24 mois) sont calculées pour
chacune des stations météorologiques. Ensuite, la moyenne mensuelle
du SPI est calculée pour chaque région climatique et pour chaque
échelle de temps, en regroupant 7 stations pour la zone aride,
15 pour la zone tempérée et 6 pour la zone semi-aride. Une démarche
d’interpolation géographique faisant intervenir
ARC/Info© a été employée pour construire les cartes de
distribution spatiale des valeurs du SPI. Les valeurs calculées
sont alors classées selon le schéma proposé par McKee [6] et à
partir du processus recommandé par Edwards et McKee [11], une
analyse comparative entre régions portant sur la fréquence, la
durée, l’intensité et la distribution spatiale des sécheresses en
prenant en compte les échelles de temps (à court, moyen, et long
terme) est effectuée.
En se référant au système de classification du SPI tel qu’il est
présenté au tableau 1( Tableau I ),
on considère que l’on est en face d’un phénomène de sécheresse dès
lors que les valeurs de l’indice considéré deviennent inférieures à
0,99. La durée de la séquence de sécheresse coïncide alors avec la
durée durant laquelle ces valeurs du SPI restent inférieures à
cette valeur de 0,99 [7, 12].
Tableau I Classification de l’indice standardisé des
précipitations (SPI, Standardized Precipitation Index (d’après
[7]).
|
Intensité de la sécheresse
|
Valeur du SPI
|
|
Proche de la normale
|
0 à - 0,99
|
|
Modérée
|
- 1,0 à - 1,49
|
|
Sévère
|
- 1,5 à - 1,99
|
|
Extrêmement sévère
|
<= - 2
|
Analyse et résultats
Les résultats obtenus sont ici présentés à deux niveaux. La
première partie sera consacrée à la description de la distribution
spatiale des séquences de sécheresse observées dans l’État du
Chihuahua en insistant tout spécialement sur celles qui ont eu une
extension géographique importante. Le second volet s’intéressera
aux caractéristiques principales de ces séquences de sécheresse
étudiées selon diverses échelles de temps et en fonction des
différentes zones climatiques décrites dans le Chihuahua.
Distribution spatiale de la sécheresse dans le Chihuahua
La ( figure 2 ) indique le
pourcentage des 28 stations météorologiques qui, dans l’État
du Chihuahua, ont enregistré des conditions de sécheresse modérée.
Si nous nous intéressons dans un premier temps aux observations à
court terme, le phénomène de plus grande ampleur est constaté en
février 1999 quand 92 % des stations suivies révèlent un
déficit hydrique ( (figure 2A) ). Si nous
poursuivons cette analyse sur le moyen terme, nous constatons que
ce phénomène se situe en juillet 1980 avec 85 % des
stations météorologiques indiquant une séquence sèche. Avec une
échelle de temps à long terme, nous observons un maximum de
stations affectées par la sécheresse (80 %) entre janvier et
mai 1996 ( (figures
2B et C) ).
L’estimation de l’extension géographique de la sécheresse est
possible en utilisant les cartes mensuelles établies à partir du
nombre de stations météorologiques indiquant des conditions de
sécheresse selon les trois échelles de temps définies. Les
résultats apparaissent dans le tableau 2( Tableau II ).
On peut alors observer que si on se réfère au court puis au
moyen terme (SPI-3 et SPI-12), ce sont pratiquement 30 % du
territoire de l’État qui connaissent une sécheresse modérée ou
sévère. Sur le long terme, ce chiffre atteint jusqu’à 56 % de
la surface du Chihuahua.
Si nous nous reportons à la ( figure 3 ), nous
observons que, à court terme, la sécheresse dite sévère affecte
principalement le nord et l’ouest du Chihuahua et concerne 6 %
de la surface de l’État. Ce pourcentage n’est plus que de
3,5 % si nous nous situons à moyen terme mais augmente pour
atteindre 17 % pour les mesures sur le long terme.
La sécheresse qualifiée de modérée étudiée à court terme touche
le nord-ouest de l’État mais s’étend à quelques taches localisées
dans la partie sud-ouest ; elle représente alors 20 % de
la surface du Chihuahua. À long terme, cette même sécheresse
touche non seulement le centre du Chihuahua mais aussi les régions
limitrophes de l’État, au sud-est, ainsi que quelques zones au
sud-ouest (37 %).
Tableau II Superficie du territoire du Chihuahua
affectée par la sécheresse à différentes échelles de temps
|
Qualité de la sécheresse
|
Échelle de temps
|
|
SPI-3
|
SPI-12 (%)
|
SPI-24
|
|
Proche de la normale
|
73,63
|
71,57
|
46,18
|
|
Modérée
|
20,21
|
24,96
|
36,83
|
|
Sévère
|
6,16
|
3,47
|
16,99
|
Fréquence, durée et intensité de la sécheresse selon les zones
climatiques
L’analyse de la fréquence et de la durée des séquences de
sécheresse observées dans le Chihuahua est réalisée selon les trois
échelles de temps choisies dans les trois zones climatiques les
plus représentatives. Dans les graphes des figures 4 à 6, la
couleur sombre signale les époques durant lesquelles le SPI atteint
des valeurs inférieures à la limite de - 0,99. Il est ainsi
possible d’identifier la probabilité de rencontrer des séquences
sèches et de déterminer la date de leur début et de leur fin et
donc leur durée.
Si nous nous plaçons à court terme, force est de constater que
les valeurs du SPI varient énormément et sont parfois positives,
parfois négatives. Mais dans ces conditions, chaque nouvelle pluie
mesurée influe considérablement sur le cumul des précipitations
trimestrielles. À moyen et long termes, il est évident que
chaque nouvel événement pluvieux a moins d’impact sur les totaux
cumulés et par conséquent les valeurs du SPI sont moins
fluctuantes.
Il est également important de noter (figures 4 à 6) qu’à
court terme la majorité des événements pluvieux est de courte durée
alors qu’à moyen et long termes les valeurs du SPI se stabilisent
et traduisent mieux les périodes de déficit hydrique.
Zone de climat aride
La ( figure 4 ) montre, au
niveau de la zone de climat aride, l’évolution historique du SPI
aux trois échelles de temps choisies. Dans cette zone, les valeurs
du SPI restent inférieures à - 0,99 durant une période estimée
entre 9,9 % et 12,3 % du temps considéré, c’est-à-dire
que durant les 30 années étudiées, nous n’avons guère plus de
trois époques de sécheresse modérée.
Mais il est également instructif de s’intéresser à la durée des
épisodes de sécheresse en se référant à leur distribution par
rapport à la série historique pour chaque échelle de temps. Comme
le montre le tableau 3( Tableau III
), à court terme, on recense 18 événements secs pour une durée
moyenne de deux mois. L’événement le plus marqué, toujours à court
terme, se situe au milieu des années 1990 et dure 4 mois au
cours desquels sévit une sécheresse extrême.
À moyen terme, ce sont 7 événements secs qui sont
repérés et qui s’étendent sur 10 % du temps analysé. Si la
durée moyenne de chaque événement est de 5 mois, le plus long
et le plus marqué a eu lieu entre août 1994 et
juillet 1995, et a été caractérisé par des valeurs du SPI
inférieures à - 2,99. Pour l’échelle de longue durée, durant
les années 1990, trois événements secs retiennent l’attention et
deux d’entre eux sont particulièrement sévères tant en intensité
qu’en durée. Le premier apparaît dès le mois d’août 1994,
s’étend sur 24 mois, et peut être qualifié d’extrême. Le
second sévit entre février 1999 et mai 2000 et a évolué
jusqu’à pouvoir être considéré comme sévère.
Tableau III Fréquence et durée des événements secs
recensés en zones aride, semi-aride et tempérée du Chihuahua durant
trente ans (de 1970 à 2000) à court, moyen et long termes.
|
Échelle de temps
|
Paramètres observés
|
Zone aride
|
Zone semi-aride
|
Zone tempérée
|
|
Court terme SPI-3
|
Fréquence
|
18
|
17
|
19
|
|
Durée moyenne (mois)
|
2,2
|
2,4
|
2
|
|
% du temps sous sécheresse
|
10,81
|
11,08
|
10,54
|
|
Valeur extrême du SPI (date d’occurrence)
|
- 2,52 (août 1994)
|
- 1,71 (décembre 1973)
|
- 1,82 (septembre 2000)
|
|
Moyen terme SPI-12
|
Fréquence
|
7
|
7
|
6
|
|
Durée moyenne (mois)
|
5
|
4
|
6
|
|
% du temps sous sécheresse
|
9,97
|
10,25
|
7,76
|
|
Valeur extrême du SPI (date d’occurrence)
|
- 2,29 (septembre 1994)
|
- 1,59 (octobre 1994)
|
- 1,80 (septembre 2000)
|
|
Long terme SPI-24
|
Fréquence
|
3
|
2
|
4
|
|
Durée moyenne (mois)
|
14
|
20,5
|
8
|
|
% du temps sous sécheresse
|
12,32
|
11,75
|
9,17
|
|
Valeur extrême du SPI (date d’occurrence)
|
- 2,01 (mai 1996)
|
- 1,57 (avril 1996)
|
- 1,68 (septembre 2000)
|
Zone de climat semi-aride
Dans cette zone, on estime que des conditions de sécheresse modérée
se sont installées entre 10,25 et 11,75 % du temps concerné
par cette analyse. Le tableau 3 indique qu’à court terme, ce
sont 17 événements de sécheresse qui ont été recensés avec
chacun une durée moyenne de 2,4 mois. À moyen terme, ce
ne sont plus que 7 événements avec une durée moyenne de
4 mois, et à long terme, 3 événements, qui sont détectés et
dont le plus sévère se situe de mai 1994 à juillet 1996.
Les moments de sécheresse les plus longs, appréciés à long terme,
ont été enregistrés durant les années 1990 ( (figure 5) ). Le
premier concerne une sécheresse dite modérée qui a duré
27 mois et un autre à la fin de la décennie 1990-2000 s’est
prolongé pendant 13 mois.
Zone de climat tempéré
La ( figure 6 ) illustre le
comportement historique du SPI suivi pour cette zone climatique à
court, moyen et long termes. Quelle que soit l’échelle de temps
choisie, les sécheresses les plus longues, les plus intenses et les
plus fréquentes ont été notées entre 1995 et 2000.
Si nous nous plaçons à court terme, nous observons durant ces
années 1990, 6 événements secs avec des intensités
modérées ou sévères mais ne s’étendant pas sur plus de trois mois.
À moyen et long termes, apparaissent trois événements secs
seulement, d’intensité modérée et parfois sévère mais durant
respectivement 7 et 14 mois.
Conclusion
D’une échelle de temps à l’autre, l’évolution historique du SPI
s’avère différente. À long terme, cet indice qui varie peu
permet de définir avec plus de précision les époques de déficit ou
d’excédent de précipitations.
D’une manière générale, quelle que soit l’échelle de temps
considérée, et quelle que soit la zone climatique concernée, nous
pouvons affirmer que les sécheresses modérées sévissent durant
10 % de la période analysée.
L’échelle à court terme doit être prise en compte pour les
impacts sur l’agriculture et les échelles du SPI à 12 ou
24 mois pour les conséquences sur l’hydrologie.
Durant les 30 années suivies dans la présente étude, les
sécheresses les plus remarquables par leur intensité, leur durée ou
leur étendue géographique se rencontrent au cours de la dernière
décennie du XXe siècle, et ce quelle que soit
l’échelle de temps considérée. Si les trois zones climatiques sont
touchées au même moment, les séquences sèches en zone tempérée
apparaissent moins sévères ; mais elles peuvent avoir des
conséquences fâcheuses dans la mesure où c’est justement dans ces
régions tempérées que prennent naissance les principales rivières
du Chihuahua (comme le Río Conchos, par exemple) et que sont
captées les ressources hydriques utilisées ensuite au niveau de
l’ensemble l’État. Aussi, si la quantité d’eau reçue dans ces zones
est fortement réduite, l’approvisionnement en ressources hydriques
superficielles ou souterraines en aval des bassins-versants sera
compromis.
Références
1 Comisión Nacional del Agua (CNA). Estadísticas del agua en
México. 1ª ed. México (D.F) : CNA, 2003.
2 Comisión Nacional del Agua (CNA). Programa hidráulico regional
2002-2006 Región VI Río Bravo. 1ª ed. México (D.F) : CNA,
2003.
3 Ramírez P, Brenes. Informe sobre las condiciones de
sequía observadas en el Istmo Centroamericano en el 2001. San José
(Costa Rica) : Centro de Coordinación para la Prevención de
los Desastres Naturales en América Central (Cepredenac), 2002.
4 Komuscu AU. 1999. Using the SPI to analyze spatial and
temporal patterns of drought in Turkey. Drought Network News
1999 ; 11 : 7-13.
5 Velasco I. Severe droughts becoming recurrent more
persistent in Mexico. Drought Network News 1999 ; 11 :
3-6.
6 McKee T, Doesken N, Kleist J. The relationship of drought
frequency and duration to time scales. American Meteorological
Society, 9th Conference on applied climatology, 17-22 January,
1993.
7 McKee T, Doesken N, Kleist J. Drought monitoring with multiple
time scales. American Meteorological Society, 9th Conference on
applied climatology, 1995.
8 Comisión Nacional del Agua (CNA). Programa hidráulico de gran
visión del Estado de Chihuahua 1996-2020. Tomo I. México
(D.F) : CNA, 1996.
9 Thom HCS. Some methods of climatological analysis. WMO
Technical Note, n° 81. Geneva : World Meteorological
Organization, 1966.
10 Young KC. 1992. A three-way model for interpolating for
monthly precipitation values. Mon Weather Rev 1992(120) :
2561-9.
11 Edwards D, McKee T. Characteristics of 20th century
drought in the United States at multiple time scales. Climatology
report No. 97-2. Paper No. 634. Fort Collins (Colorado) :
Colorado State University, Department of Atmospheric Sciencies,
1997.
12 Edwards D, McKee T, Doesken N, Kleist J. Historical analysis
of drought in the United States. American Meteorological Society,
7th Conference on climate variations, 1997.
1 Voir www.drought.unl.edu.
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