Atmósfera

Preface

Analysis of the effects of climate change on plant communities and mammals in México

En el presente estudio se proponen dos enfoques metodológicos para el análisis del efecto del cambio climático sobre la biodiversidad, uno a nivel de zona bioclimática y otro a nivel de especie. Las salidas de tres modelos de cambio climático para el horizonte de tiempo 2050, se aplicaron a nueve zonas bioclimáticas de México y a 61 especies de mamíferos: ECHAM5/MPI, UKHADGEM1 y GFDL CM 2.0, cada uno con dos escenarios de emisiones, el A2 y el B2. Para el caso de las zonas bioclimáticas se utilizó un modelo logit multinomial basado en información de muestreos de vegetación, datos de clima e información de suelo para obtener las probabilidades de ocurrencia. En el caso de las especies de mamíferos se generaron para cada uno de ellos modelos de nicho ecológico y de sus distribuciones en el país dentro de cada zona bioclimática. Los resultados muestran que el ECHAM y Hadley coinciden en la tendencia hacia condiciones más secas fundamentalmente en el norte de México, en contraste con el GDFL con respuestas menos severas. Se observan diferencias de acuerdo a los escenarios de emisiones aplicados. Las respuestas a nivel específico coinciden a grandes rasgos con sus correspondientes zonas bioclimáticas. En general se prevé que para el 2050 casi la mitad de las especies analizadas perderán alrededor del 50% de su área de distribución como resultado del impacto del cambio climático.

The current study proposes two methodological approaches for analyzing the effects of climate change on biodiversity, one at the level of bioclimatic zone, and the other one at the species level. Three general circulation models were applied to nine bioclimatic zones and 61 species of mammals in México for the 2050 time horizon: ECHAM5/MPI, UKHADGEM1 and GFDL CM 2.0, each one with two emissions scenarios, A2 and B2. In the case of bioclimatic zones a multinomial logit model was used based on data from surveys of vegetation, climate data and soil information in order to obtain probabilities of occurrence. In the case of mammals, ecological niche models were made for each of them as well as models of their distribution in the country within each bioclimatic zone. The results show that ECHAM and Hadley coincide with tendencies towards drier conditions mainly in northern México, in contrast with GDFL with less severe results. Differences are noticed according to the applied emission scenarios. Results at a specific level coincide roughly with their corresponding bioclimatic zones. By 2050 it is generally expected that almost half of all analyzed species will lose around 50% of their area of distribution as a result of the impact of climate change.

Average conditions of thermal stress in Mexican cities with more than one million inhabitants in the face of climatic change

Se presentan escenarios de bioclima humano para ciudades mexicanas de más de un millón de habitantes, considerando el calentamiento urbano y el calentamiento global. El primero se infirió a partir de datos demográficos, y el segundo, de las salidas de los modelos de circulación general. Así, fue posible estimar incrementos en temperatura y modificaciones de las condiciones de humedad que se tradujeron en estimaciones del bioclima humano para el periodo 1981-2000 y las décadas de 2030 y 2050, y sus consecuentes consumos eléctricos domésticos por climatización de viviendas.

Human bioclimatic scenarios are presented for Mexican cities with more than a million inhabitants. For this, both urban and global warming were considered, the former having been inferred from demographic data, and the latter from the output of general circulation models. Thus, it was possible to estimate increases in temperature and modifications in hygrometric conditions, which were then used to estimate the human bioclimate for the period of 1981-2000 and the decades of 2030 and 2050, as well as the domestic electrical consumption for air-conditioning in housing resulting there from.

Assessing current and potential patterns of 16 forest species driven by climate change scenarios in México

Se analizaron los impactos del cambio climático en el sector forestal mediante simulaciones en la distribución potencial de 16 especies forestales en la República Mexicana, para zonas templadas, tropicales y semiáridas. Se estudiaron para el escenario base así como para tres modelos de cambio climático (GFDL-CM-2.0, MPI-ECHAM-5, HADGEM-1) bajo los escenarios de emisiones socioeconómicos A2 y B2 al horizonte de tiempo 2050. La metodología consistió en: 1) modelación de la climatología en el periodo 1950-2000 (escenario base), 2) aplicación de razones de cambio de los tres modelos de cambio climático, 3) cálculo del balance de humedad en el suelo, 4) creación de matrices de requerimientos ambientales de las especies forestales y 5) simulación de la distribución potencial espacial de las especies. Los resultados obtenidos muestran que todas las especies forestales de las zonas templadas se verán afectadas para el horizonte de tiempo considerado, como consecuencia del incremento en la temperatura en todo el territorio nacional y la disminución de la precipitación en casi todos los meses del año. En las especies de zona tropical, con excepción de Cedrela odorata, se presenta una disminución considerable en los niveles de mayor aptitud, lo que se asocia a restricciones para su desarrollo al incrementarse el periodo seco, asimismo, las áreas templadas, que tendrán un aumento en la temperatura, serán de aptitud limitada para estas especies. Para las especies de la región semiárida y árida, los modelos reportan que se espera un incremento de la superficie sin aptitud, lo que se asocia al incremento del déficit hídrico y en las zonas que actualmente se consideran marginales las restricciones serán más severas. De los modelos de cambio climático considerados, el HADGEM-1 establece las condiciones más restrictivas, el MPI-ECHAM-5 establece una situación intermedia de afectación negativa y el modelo GFDL-CM-2.0 establece incrementos de la superficie con cierto grado de aptitud. Geográficamente, el país no presenta cambios constantes en la distribución potencial de las especies, estas varían de acuerdo al modelo de cambio climático utilizado, la especie analizada y la zona ecológica delimitada.

In order to analyze the impacts of climate change on species endowed with forestry relevance, the present study practiced simulations in the potential distribution of 16 forest species inside the Mexican Republic's temperate, tropical, and semiarid zones. For the examination of this effect we pictured the base scenario, as well as three models of climate change (GFDL-CM-2.0, MPI-ECHAM-5, HADGEM-1) that would take place under the socio-economic scenarios A2 and B2 by 2050. The methodology consists in: 1) a modeling of climatology corresponding to the period 1950-2000 (base scenario); 2) a consideration of the reasons for the change in precipitation and temperature within each one of the three climate change models; 3) a calculation of the soil humidity balance; 4) the creation of matrices of the forest species' environmental requirements, and 5) a proposal for a potential spatial distribution of the species. The results show that, because of a rise in temperature and a decrease in precipitation along the entire national territory almost every month, each one of the forest species living in the temperate zones will be affected within the span of time considered. Among the species of the tropical zones, there appears a substantial decrease in the levels of those with the highest suitability, which is linked to the restrictions that are set on their development as the dry period is heightened. As for the species of the arid and semi-arid regions, the models indicate that an increase will be marked on the area of those with no suitability, which is associated with the enhancement of hydric deficit. Of the climate change models here considered, the HADGEM-1 establishes the most restrictive conditions, the MPI-ECHAM-5 establishes an intermediate situation of affectation, and the model GFDL-CM-2.0 establishes the least affectation. Geographically, the country does not present constant changes in the potential distribution of the species; these latter vary according to the climate change model that has been used, the species that has been analyzed, and the ecological zone that has been delimited.

Assessing current and potential rainfed maize suitability under climate change scenarios in México

Se evaluó la aptitud que bajo condiciones de temporal se tiene en México para el cultivo del maíz, así como bajo simulaciones de escenarios de cambio climático. El método aplicado consideró el factor más limitante a partir de diferentes variables que el maíz requiere para poder desarrollarse. Se compararon los factores y se obtuvieron zonas potenciales de distribución para el maíz, categorizadas en cuatro niveles de aptitud: apto, moderadamente apto, marginalmente apto y no apto. Los escenarios de emisiones de cambio climático aplicados fueron A2 y B2 para el horizonte de tiempo 2050, tanto para los modelos GFDL-CM2.0, UKHADGEM1 y ECHAM5/MPI. Los resultados muestran para el escenario base que un 63.1% de la superficie nacional presenta algún grado de aptitud para el cultivo del maíz. Específicamente, un 6.2% de la superficie nacional presenta condiciones aptas mientras que en 25.1 y 31.6% hay condiciones moderadas y marginales, respectivamente. De acuerdo a los modelos de cambio climático aplicados, se encontró que la categoría apto es la más vulnerable y será la más afectada al disminuir su superficie desde un 3% de acuerdo con UKHadley B2 y hasta un 4.3% de acuerdo con ECHAM5/MPI A2. La categoría marginalmente apto será la que más superficie nacional ocupe, desde un 33.4% según ECHAM5/MPI A2 y hasta un 43.8% de acuerdo con el modelo GFDL-CM2.0 A2. El modelo ECHAM5/MPI es el que señala las condiciones más adversas para el cultivo mientras que el modelo GFDL es el menos agresivo. Lo anterior denota que las condiciones naturales en el país para el cultivo de maíz serán más restrictivas, por lo que es urgente la aplicación de medidas de adaptación.

We conducted an assessment on the capacity to grow maize under rainfed conditions as well as under simulations of climate change scenarios in México. The selected method took into account the most limiting factor from different variables that maize requires to grow. These factors were compared, resulting in potential areas for maize distribution, classified in four different suitability levels: suitable, moderately suitable, limited suitability and not suitable. The emissions scenarios of climate change selected were A2 and B2 by 2050, including the GFDL-CM2.0, UKHADGEM1 and ECHAM5/MPI models. The results indicated that in base scenario, 63.1% of the national surface presents some degree of maize growing suitability. Specifically, 6.2% of the national surface indicated suitable conditions, while 25.1 and 31.6% had moderated and limited conditions, respectively. According to the climate change models, we were able to determine the full suitability level is also the most vulnerable one and as a consequence, this will also be the most aggravated one by decreasing its surface 3% according with UKHadley B2 and up to 4.3% in accordance with ECHAM5/MPI A2. This will make the limited suitability classification the one with the largest national territory, as much as 33.4%, according to ECHAM5/MPI A2 and up to 43.8% reflected by the GFDL-CM2.0 A2 model. The ECHAM5/MPI model indicates the most adverse conditions for maize growth, while GFDL model represents the less aggravating. All this clearly reflects that the natural conditions given for maize growing will become more restrictive, making it critical to implement environmental adapting measures.

Simulated dynamics of net primary productivity (NPP) for outdoor livestock feeding coefficients driven by climate change scenarios in México

En este trabajo se aplicó el concepto de productividad primaria neta (NPP, por sus siglas en inglés) como una forma de estimar la capacidad que tienen los ecosistemas de producir materia seca (DM, por sus siglas en inglés) que puede estar disponible para que el ganado cubra sus requerimientos de forraje. El método permite simular bajo condiciones de cambio climático el impacto posible que sobre la NPP y la materia seca se podrán observar para el país a un horizonte de tiempo dado. El concepto además fue aplicado sobre los coeficientes de agostadero actuales y bajo escenarios de cambio climático, permitiendo observar los posibles cambios en superficie requerida para la alimentación sostenible del ganado. Así, se encontró que en México se tienen valores de la NPP que van desde 0 y hasta 50 000 kgDM/ha/año. La DM, por su parte, se encuentra en el rango que va de 0 hasta 25 000 kgDM/ha/año. Los coeficientes de agostadero para el escenario actual no cambian considerablemente con relación a los presentados por COTECOCA, el organismo oficial encargado de su determinación. Bajo los escenarios de cambio climático se encontró que los estados de Baja California, Baja California Sur, Coahuila, Colima, Jalisco, Nuevo León, Puebla, Querétaro, San Luis Potosí, Sonora, Tamaulipas, Veracruz y Yucatán podrán ser los más impactados por posibles cambios en las condiciones actuales y verán modificados sus coeficientes de agostadero en el futuro. A partir de lo anterior se discuten las implicaciones que se podrán observar y se analizan las alternativas propuestas por el gobierno federal para el sector ganadero del país.

In this paper the concept of Net Primary Productivity (NPP) is used as a way to estimate the capacity of the ecosystem to produce dry matter which may be available for livestock to meet the forage requirements. The method allows the simulation of the possible impact on NPP and dry matter (DM), under climate change conditions observable for the country in a given time horizon. The concept was also used for current coefficients of rangeland and under current climate change scenarios, thus allowing to observe possible changes on the required surface for a sustainable cattle nutrition. It was found that México has NPP values ranging from 0 to 50 000 kgDM / ha / year. Dry matter is in the range that goes from 0 to 25 000 kgDM / ha / year. The coefficients of rangeland for the current scenario do not change significantly compared to those presented by COTECOCA, the official body determining such values. The states that present a greater impact due to current conditions under climate change scenarios were Baja California, Baja California Sur, Coahuila, Colima, Jalisco, Nuevo León, Puebla, Querétaro, San Luis Potosí, Sonora, Tamaulipas, Veracruz and Yucatán; this group will also have changes in its coefficients of rangeland in the future. Considering all of the above we discuss the implications that can be observed and we analyze the alternatives proposed by the federal government for the country's livestock sector.

**Temperature-humidity index (THI) 1917-2008 and future scenarios of livestock comfort in Veracruz, México**

Se presentan resultados del análisis de datos de temperaturas (°C) y humedad relativa (RH) combinados, para obtener el índice de temperatura y humedad (THI por sus siglas en inglés) en ganado para la región de Veracruz, México, con el propósito de hacer comparaciones climáticas en diferentes periodos de estudio (1917-1960, 1961-1990, 1991-2008), así como futuros escenarios a 2020, 2050 y 2080. Los resultados indican que las posibilidades de confort animal son reducidas. Para los periodos pasados se encuentra un THI creciente: 83, 85 y 86, respectivamente, considerando las temperaturas máximas para el mes de mayo. Para el futuro los THI fueron obtenidos a partir de los escenarios de emisiones A2 y B2 del IPCC para los modelos GFDL 2020 (80.87), 2050 (81.58), 2080 (82.82); ECHAM 2020 (81.27), 2050 (82.74), 2080 (83.95) y PRECIS HADCM2 2020 (81.24), 2050 (82.65), 2080 (83.95), que resultan en la categoría de peligrosos.

Results of the analysis of combined temperature (°C) and relative humidity (RH) data are presented in order to obtain the temperature-humidity index (THI) in livestock for the region of Veracruz, México, in order to make climate comparisons in different study periods (1917-1960, 1961-1990, 1991-2008), as well as future scenarios for 2020, 2050 and 2080. The results indicate that the possibilities for animal comfort are scarce. For the past periods a growing THI has been found: 83, 85 and 86, respectively, considering the maximum temperatures for the month of May. For the future, the obtained THI were obtained from IPCC emissions scenarios A2 and B2 for the GFDL 2020 (80.87), 2050 (81.58), 2080 (82.82); ECHAM 2020 (81.27), 2050 (82.74), 2080 (83.95) and PRECIS HADCM2 2020 (81.24), 2050 (82.65), 2080 (83.95) models, whose results are in the category of dangerous.

Vulnerability to climate change of marine and coastal fisheries in México

Se estudia la vulnerabilidad al cambio climático de la pesca en México con base en la revisión de los impactos de las variables físicas a los ecosistemas y ambientes que sostienen a las principales pesquerías, considerando los problemas ecológicos y socioeconómicos que actualmente impiden su sustentabilidad. Se analizan ambientes marinos de los que dependen la mayor parte de las especies importantes para la pesca en México en alguna etapa de su ciclo de vida y que son susceptibles de ser afectados por variables climáticas. Los ambientes marinos que se discuten son arrecifes, pastos marinos, lagunas, humedales, corrientes marinas, frentes y surgencias. Con base en los escenarios climáticos generados por tres modelos de circulación general: ECHAM5/MPI, HADGEM1 y GFDL CM 2.0; y los escenarios de emisiones A1B, A2 y B2 para los años 2030 y 2050, se examinan los impactos del cambio climático en los ecosistemas y la afectación que tendría en la pesca, ejemplificando con 16 pesquerías que constituyen más del 70% del volumen y el valor comercial de la pesca nacional. Entre los impactos que afectarían la producción pesquera en México y frente a los cuales hay que dirigir la construcción de estrategias de adaptación y mitigación, destacan el incremento en la temperatura superficial del mar, el aumento en el nivel del mar y la disminución de los caudales de los ríos por cambios en los patrones de precipitación.

The vulnerability of fisheries to climate change in México is explored on the basis of an overview of the possible impacts of physical variables of ecosystems and habitats which sustain these fisheries, taking in consideration the socioeconomic and ecological problems which hinder their sustainability. Marine environments were analyzed in view of their importance in sustaining the populations of the main commercial species during some stage of their life cycle, and which are susceptible to be affected by climatic variables. We addressed coral reefs, sea grasses, coastal lagoons, wetlands, sea currents, frontal systems and upwelling, based on the climatic scenarios generated by three general circulation models -ECHAM5/MPI, HADGEM1 and GFDL CM 2.0- as well as the scenarios of emissions A1B, A2 and B2 for the years 2030 and 2050. Impact of climate change in ecosystems and its effects on fisheries were examined, specifically with 16 of the main fisheries which constitute more than 70% of the volume and commercial value of national fisheries. The impacts, around which we have to structure adaptation and mitigation strategies, are: increase in sea surface temperature, sea level rise, and the change of precipitation patterns which will affect the volume of river flow.

Regional climate change scenarios for México

En este trabajo se presentan los escenarios de cambio climático regionales empleados en los estudios de impactos potenciales en México en los sectores de agricultura, ganadería, forestal, recursos hídricos y en los de asentamientos humanos y de biodiversidad. Estos estudios se realizaron dentro de los trabajos para la Cuarta Comunicación de México ante la Convención Marco de Cambio Climático, coordinados por el Centro de Ciencias de la Atmósfera. Para la generación de estos escenarios se emplearon los modelos presentados por el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático en su último Reporte de Evaluación y los criterios establecidos por el Grupo de Trabajo sobre Datos y Escenarios para el Análisis de Impactos y Clima. Específicamente, los escenarios de cambio climático fueron generados para la República Mexicana utilizando las salidas de los modelos ECHAM5, HADGEM1 y GFDL CM2.0, para la temperatura y precipitación mensuales, para los horizontes 2030 y 2050, y para los escenarios de emisiones A1B, A2, B2 y B1. Estos escenarios fueron generados utilizando dos resoluciones espaciales: baja (2.5° × 2.5°), y alta (5' × 5'). Las bases de datos y los mapas correspondientes se encuentran disponibles en la página: http://www.atmosfera.unam.mx/.

In this paper we present the regional climate change scenarios that were used for the assessment of the potential impacts in México on agriculture, livestock, forestry, hydrological resources as well as on human settlements and biodiversity. Those studies were developed for the Fourth Communication of México for the United Nations Framework Convention on Climate Change and coordinated by the Centro de Ciencias de la Atmósfera. The climate change scenarios were generated combining the models presented in the Fourth Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change and the criteria established by the IPCC's Task Group on Data and Scenario Support for Impact and Climate Analysis. Specifically, climate change scenarios for México for the time horizons 2030 and 2050 were generated using the outputs from ECHAM5, HADGEM1 and GFDL CM2.0 models. The variables considered were monthly temperature and precipitation and the emissions scenarios A1B, A2, B2 and B1. These scenarios were generated using two spatial resolutions: low (2.5° × 2.5°), and high (5'× 5'). The corresponding databases and maps are available at the webpage: http://www.atmosfera.unam.mx/.

Vulnerability of water resources to climate change scenarios. Impacts on the irrigation districts in the Guayalejo-Tamesí river basin, Tamaulipas, México

En este artículo se describe la metodología aplicada para la modelación de la disponibilidad del agua en la cuenca del Río Guayalejo-Tamesí, en el sur de Tamaulipas, México, tomando en cuenta los efectos que el cambio climático puede tener sobre la disponibilidad del agua en los sectores municipal, industrial y agrícola. Los resultados obtenidos indicaron que el sector agrícola es el más afectado; por lo que, los resultados que se describen en este artículo hacen especial énfasis en el sector agrícola. La relación Precipitación/Temperatura o Índice de Lang fue el parámetro que se utilizó para determinar la vulnerabilidad del área de estudio ante el cambio climático. Se aplicó la nueva versión del programa MAGICC/ScenGen considerando los modelos MPIECH-5, GFDL2.0 y UKHADCM3, para los escenarios de emisiones A2 y B2.

This paper presents an assessment of the impacts of climate change induced water availability variations on the irrigation districts in the Guayalejo-Tamesí River Basin in Tamaulipas, México. A model was developed using WEAP (Water Evaluation and Planning) to describe the vulnerability of the water resources in the case study river basin, taking into account the effects that climate change can have on water availability in the municipal, industrial, and agricultural sectors. The parameter to assess the extent to which the area is vulnerable to climate change was the Precipitation/Temperature relationship, or Lang Index. The latest version of the climate change program MAGICC/ScenGen was used, considering the MPIECH-5, GFDL2.0, and UKHADCM3 models for the A2 and B2 greenhouse gas emissions scenarios. The results indicate that climate change scenarios have the most negative impact on water availability in the agricultural sector. In addition, an analysis of the results suggests that water concessions, irrigation districts and hydraulic infrastructure in the river basin need to be reconsidered and updated to assure water availability to all its users.