Localización del área en estudio

El área en estudio se ubica en Mesa de las Guacamayas (MDG), un sitio montañoso en la porción noroccidental del estado de Chihuahua, localizado a solo 80 km al sur de la frontera con los Estados Unidos y a 150 km de "Las Chiricahuas", una montaña aislada ubicada en el sureste de Arizona (Figura 1). El área muestreada se encuentra a una altitud entre 2 270 y 2 665 msnm.

Figura 1 Ubicación geográfica del sitio de muestreo Mesa de las Guacamayas (círculo) en el estado de Chihuahua y estaciones climáticas aledañas (triángulos). 

El material parental del área es volcánico y el suelo se compone por una mezcla de litoso-les, feozem háplico y regosoles de textura media (l+Hh+Re/2). El clima es del tipo C(E)(_w1)(x'), es decir, templado subhúmedo con lluvias de verano y una precipitación anual entre 550 a 600 mm (^{INEGI, 2003}). La vegetación del sitio es bosque de pino-encino, sujeto a pastoreo, aunque algunos rodales han sido aprovechados para extracción de madera (^{Cortés et al., 2012}).

Selección de arbolado, obtención de muestras y desarrollo de una cronología

En el área en estudio se ubicaron rodales de bosque mixto integrado por Pinus ayacahuite, Pinus durangensis. Populus tremuliodes, Juniperus depeana, Cupressus arizonica, con presencia de Pseudotsuga menziesii en cañadas y sitios con mayor disponibilidad de humedad (^{Domínguez, 1994}). Los árboles seleccionados están situados en pendientes fuertes, con suelos someros y poco disturbio. Con una barrena tipo Pressler se obtuvieron de dos a tres radios (virutas, incrementos) por árbol. El muestreo se realizó en noviembre de 2002 y en junio de 2009, años en los que se perforaron más de cien individuos vivos y se obtuvieron secciones transversales de árboles muertos en pie, tirados o de tocones de aprovechamientos previos.

Los núcleos de crecimiento se identificaron, montaron y pegaron en secciones acanaladas de madera, posteriormente, se pulieron con lija de gra-nulometría gruesa a fina. En el Laboratorio de Dendrocronología del INIFAP (Gómez Palacio, Durango), los anillos de crecimiento se contaron y fecharon con técnicas dendrocronológicas estándar (^{Stokes y Smiley, 1968}). Posteriormente, el grosor de cada crecimiento individual (anillo total, madera temprana y tardía) se cuantificó con un sistema de medición VELMEX (^{Robinson y Evans, 1980}). El fechado y medición de cada banda de crecimiento se verificó con el programa COFECHA (^{Holmes, 1983}; ^{Grissino, 2001}).

Las tendencias biológicas no relacionadas con el clima, se removieron con el programa ARSTAN. Esto creó una serie de índices normalizados (Índice de Ancho de Anillo, IAA) con media de 1.0 y varianza homogénea (^{Cook, 1987}). A los valores se les ajustó una curva flexible suavizada (spline) a nivel década, para resaltar eventos de baja frecuencia (^{Cook y Peters, 1981}).

Reconstrucción de la precipitación

La respuesta en crecimiento de la cronología MDG en relación con otras vecinas, localizadas en el norte de México y suroeste de los Estados Unidos, se determinó mediante un análisis de correlación; donde las mayores asociaciones se representaron con círculos grandes y con más pequeños las de menor magnitud. La cronología MDG también se comparó contra la serie reconstruida del Índice de Severidad de Sequía de Palmer (PDSI, por sus siglas en inglés) para la división climática 08 de Nuevo México (^{NOAA, WDC for Paleoclimatology, 2012}).

Para cuantificar la respuesta de la cronología de Pseudotsuga menziesii, ésta se correlacionó con registros de lluvia de estaciones climáticas aledañas al sitio de colecta. Con la subrutina VFY de la Librería de Programas Dendrocronológicos de la Universidad de Arizona (DPL, por sus siglas en inglés) se analizó el proceso de calibración-verificación (^{Fritts, 1991}). Finalmente, se obtuvo una ecuación de transferencia para el periodo total de datos de precipitación disponible, modelo utilizado para generar la reconstrucción de precipitación del noroeste de Chihuahua. A la serie de alta frecuencia (resolución anual), se le ajustó una curva flexible (spline) de baja frecuencia para resaltar eventos secos o húmedos presentes en la reconstrucción (^{Cook y Peters, 1981}).

Los periodos de sequía detectados en la reconstrucción se validaron con documentos históricos; así mismo, se comparó con datos instrumentales del PDSI para el suroeste de los Estados Unidos y con reconstrucciones dendroclimáticas de precipitación desarrolladas previamente para otros sitios en Chihuahua y Durango.

El comportamiento de la serie reconstruida se determinó mediante un análisis espectral de frecuencias, en que los picos significativos se identificaron con base en las frecuencias dominantes conocidas de patrones atmosféricos circulatorios; caso específico El Niño Oscilación del Sur (ENSO, por sus siglas en inglés), fenómeno que impacta la variación hidroclimática en el norte de México (^{Stahle et al., 1998}; ^{Magaña et al., 1999}).

Serie dendrocronológica y reconstrucción de la precipitación

Se generaron tres cronologías (anillo total, madera temprana y tardía) de Pseudotsuga menziesii con una extensión de 409 años (1600-2008; Figura 2). El número de series involucradas en el desarrollo de la cronología fue de 70 radios o virutas, procedentes de 63 árboles. Al comparar la cronología de anillo total de MDG contra algunas de Durango y Coahuila en la parte mexicana y de Texas y Nuevo México en los Estados Unidos, se determinó que aquéllas ubicadas en Chihuahua, particularmente en la misma vertiente de la SMO, mostraron las mayores correlaciones con valores hasta de 0.69 (n= 230, p<0.000). Estos valores decrecieron y alcanzaron los valores mínimos (0.1 - 0.19) para cronologías más distantes en Durango y Coahuila. Para el caso de las cronologías en Nuevo México y Texas, la mayor correlación (r= 0.42, n= 393, 1600-1992; p<0.0000) se obtuvo con la cronología del Malpaís (MAP; Figura 3).

Figura 2 Cronología estándar de anillo total (IAA) y tamaño de muestra (número de radios) para cada año de la serie de tiempo del sitio MDG. Los índices fueron suavizados con una línea curva (spline) a nivel década. 

Figura 3 Asociación entre la cronología de anillo total de MDG en comparación con otras de la región, tanto para las distribuidas en México como en Estados Unidos. 

El comportamiento encontrado sugiere que aquellos sitios relativamente cercanos, localizados en la vertiente de la SMO y que drenan hacia la planicie costera del Pacífico, como es el caso de las cronologías Las Tinajas (TIN), Maderas (MAD) y Bisaloachi (BIS), separados en línea recta de la cronología MDG a 26, 143 y 210 km, respectivamente, son afectados por sistemas climáticos comunes; entre ellos, el Monzón de Norteamérica (NAMS, por sus siglas en inglés), ENSO (^{Reyes et al., 1994}), Oscilación Decadal del Pacífico (PDO, por sus siglas en inglés) y Oscilación Multianual del Atlántico (^{Stahle et al., 2011}; ^{Fulé et al., 2012}). En dirección hacia el sur y hacia el este, la respuesta climática disminuye, probablemente debido a efectos fisiográficos locales y a que otros fenómenos climáticos pudieran ejercer mayor influencia; así como por una respuesta diferente a ENSO en sus fases cáliday fría (^{Villanueva et al., 2007}). Estudios recientes han sugerido un cambio en la respuesta al fenómeno ENSO justo en el Trópico de Cáncer; es decir, condiciones de escasa precipitación durante la fase Niña hacia el norte de esta latitud y húmedas en el centro y sur de México (^{Therrell et al., 2002}; ^{Seager et al., 2009}; ^{Yocom et al., 2010}; ^{Stahle et al., 2011}).

La serie dendrocronológica estándar de madera temprana, se correlacionó con datos regionales de precipitación de una serie climática integrada por las estaciones Ascención, Janos y Guapoca, Chihuahua y Santa Ana y Bavispe, Sonora (Figura 1). El análisis de correlación para un periodo de 44 años (1954 - 1997) entre el índice de madera temprana y la precipitación estacional enero-julio, indicó una respuesta significativa (r = 0.74, n= 44; p<0.0000), (Figura 4).

Figura 4 Comparación entre los índices dendrocronológicos estándar de madera temprana (IAA_Std) y la precipitación estacional acumulada enero-julio para el noreste de Chihuahua (Ppt). 

La serie de registro de precipitación estacional acumulada se dividió en dos subperiodos para calibración y verificación; el subperiodo 1976-1997 (n= 22 años) se utilizó para calibrar el modelo y el de 1954 a 1975 (n= 22 años) para verificación. Debido a que la asociación para ambos subperiodos fue significativa (1954-1975, r= 0.67; p<0.0007; 1976-1997, r= 0.78, p<0.0000) y pasaron las pruebas convencionales de calibración-verificación (prueba de signos, prueba de "t", prueba de medias, correlación simple) se utilizó el periodo de registros totales (1954-1997) para generar un modelo con fines de reconstrucción.

El análisis de varianza de la regresión lineal, indicó que tanto el valor de la intercepción como el de la variable dependiente fueron significativos (p<0.01), por lo que la ecuación lineal generada fue estadísticamente aceptable con fines de reconstrucción. La ecuación fue la siguiente:

donde:

Y_t = precipitación acumulada del periodo enero-julio,

Xi =índice de madera temprana, derivado del proceso de estandarización,

-33.1 es la intersección al eje de las "X" y 149.4 es la pendiente de la recta.

La ecuación lineal se aplicó a los índices de madera temprana para generar la reconstrucción de lluvia acumulada estacional del periodo enero-julio (Figura 5).

Figura 5 Reconstrucción de precipitación acumulada enero-julio (Ppt_Rec), 1600-2008, para el noroeste de Chihuahua. La curva suavizada (spline) a nivel década resalta eventos de baja frecuencia. La media corresponde a un valor de 113.1mm. 

Comparación entre los índices dendrocrono-lógicos estándar de madera temprana (IAA_Std) y la precipitación estacional acumulada enero-julio para el noreste de Chihuahua (Ppt).

En los 409 años (1600-2008) reconstruidos, se ubicaron periodos en que la precipitación fue superior o inferior a la media reconstruida (Cuadro 1). De esta manera se detectaron sequías en un rango de uno a más de diez años consecutivos, donde 1633 y 1954 fueron los más secos en toda la reconstrucción. Dos de los periodos más húmedos se registraron de 1742 a 1751 y de 1809 a 1818, donde 1629, 1746 y 1816 fueron muy lluviosos; mientras que sequías marcadas ocurrieron en los periodos 1702-1705, 1752-1761, 1772-1782, 1793-1803, 1944-1951 y 1999-2008. Así mismo, 208 años (51%) tuvieron precipitación inferior ala media reconstruida (113.1 mm) y 196 años (48%) la excedieron, lo cual sugiere que la probabilidad de que un año específico sea seco, supera el 50%.

Datos de archivos históricos indican que la sequía afecta de manera frecuente el estado de Chihuahua, particularmente cuando estos eventos se presentan durante años consecutivos, produciendo crisis generalizada, mortandad de ganado y escasez de alimentos. Tal es el caso de las sequías ocurridas a mitad de la década de 1720, finales de 1730, principios de 1740, entre 1748 y 1766; primeros tres años de la década de 1770, mediados de la década de 1780, primeras dos décadas del siglo XIX; y en el siglo XX, las décadas de 1930, 1950 y 1990 (^{Endfield y Fernández, 2006}).

Las sequía del periodo 1613-1626 se ha reportado en reconstrucciones paleoclimáticas para el estado de Durango (^{Cleaveland et al., 2003}; ^{Villanueva et al., 2005}) y para Chihuahua (^{Díaz et al., 2002}; ^{Villanueva et al., 2009}); mientras que en los Estados Unidos también se encuentra presente para el oeste de Nuevo Mexico (^{Stahle et al., 2009}).

Las sequías de finales del siglo XVII (1682-1684, 1686-1690), reportadas en diversas reconstrucciones dendroclimáticas para Durango (^{Cerano etal., 2012}), Coahuila, Nuevo León (^{Villanueva et al., 2007}) y centro de México (^{Stahle et al.,2011} en esta reconstrucción fueron periodos más bien húmedos, excepto 1685 que fue muy seco.

La sequía de 1950 afectó gran parte de los Estados Unidos y el norte de México (^{Seager et al., 2005}; ^{Woodhouse et al., 2012}) y fue uno de los eventos climáticos que produjo crisis económica en el medio rural y constituyó un detonante para la migración de la población rural a las ciudades y hacia los Estados Unidos (^{Sánchez et al., 2008}).

Las sequías más intensas registradas en el suroeste de los Estados Unidos también impactaron el noroeste de Chihuahua, como se deduce de la asociación existente entre los registros de PDSI para la División Climática 08 en Nuevo México y los índices de ancho de anillo, con una correlación de 0.52 (n= 211, 1895-2005, p<0.0000); aunque para algunos subperiodos de 25 años la correlación se incrementó hasta 0.58, en particular de 1920 a 1944. Años extremadamente secos de acuerdo con el PDSI (1904, 1921, 1934, 1954, 1980, 1989), coinciden con valores muy bajos de los índices de anillo total (Figura 6).

Figura 6 Relación entre los registros del PDSI de la División Climática 08 en Nuevo México (^{NOAA, Earth System Reserach Laboratory, 2013}) y los índices dendrocronológicos de MDG para el periodo 1895-2005. 

Los periodos húmedos de 1786-1788, 1837-1839, 1852-1854 y 1896-1901, se detectaron de manera simultánea en diversas partes de los estados de Chihuahua (^{Diaz et al., 2002}; ^{Villanueva et al., 2009}) y Durango (^{Cleaveland et al., 2003}). No obstante, los archivos históricos los describen en menor proporción, excepto en aquellos casos donde estos fenómenos produjeron inundaciones, epidemias u otras catástrofes (^{Florescano, 1980}; ^{García et al., 2003}; ^{Endfield y Fernández, 2006}). En la Región Lagunera de Coahuila y Durango, los eventos húmedos produjeron bonanza, al permitir mayor superficie irrigable e incrementar la producción del algodón (^{Villanueva et al., 2006}).

Influencia de patrones atmosféricos circulatorios

El análisis espectral de la reconstrucción de precipitación mostró la presencia de picos significativos (p<0.05) en frecuencias de 5, 10, 16, 18, 20, 25, 51, 69 y 82 años (Figura 7). Algunas de estas frecuencias se epiten en reconstrucciones de precipitación para el norte de México, procedentes tanto de cronologías ubicadas en la SMO (^{Villanueva et al., 2011}) como Oriental (^{Cerano et al., 2011a}).

Figura 7 Densidad espectral de las frecuencias detectadas en la precipitación reconstruida para el noroeste de Chihuahua. 

Frecuencias inferiores a once años se han relacionado con el efecto de ENSO (^{D'Arrigo et al., 2005}; ^{Li et al., 2011}), pero en reconstrucciones milenarias se ha observado que la amplitud de este fenómeno exhibe un ciclo quasi-regular entre 50 y 90 años (^{Li et al., 2011}), situación que coincide con la frecuencia con que se presentan las grandes sequías que históricamente han afectado el norte de México y que se han presentado a mediados y finales de siglo (^{Cerano et al, 2011b}; ^{Villanueva et al., 2011}). Las frecuencias de 15 a 30 y hasta 70 años se presume corresponden al PDO (^{Mantua y Hare, 2002}).

No obstante la presencia potencial de diversos patrones circulatorios que pudieran modular la variabilidad hidroclimática en esta región, es en particular ENSO el fenómeno que tiene una mayor incidencia en la variabilidad climática interanual y multianual de esta y de otras reconstrucciones dendroclimáticas para el norte de México (^{Stahle et al., 1998}), particularmente durante la ocurrencia de eventos extremos que impactan gran parte del territorio nacional (^{Cleaveland et al., 2003}; ^{Villanueva et al., 2009}; ^{Cerano et al., 2011b}; ^{Méndez y Magaña, 2010}).

El efecto de ENSO en la cronología de MDG tuvo una influencia significativa durante la estación invierno-primavera (enero-mayo), (r = -0.4, n= 106, p<0.0000), con valor bajo de los índices (crecimiento reducido) durante eventos Niña (valores de SOI superiores a +8) y crecimientos superiores durante años Niño (valores sostenidos de -8 o inferiores; Figura 8). No obstante, la correlación varió en subperiodos de 21 años, con un valor de -0.51 de 1900 a 1921, -0.54 de 1922 a 1942, -0.25 de 1943 a 1963, -0.38 de 1964 a 1984, -0.37 de 1985 a 2004. Esta fluctuación en el impacto de ENSO ha sido reportada en estudios previos para el norte de México (^{Stahle et al., 1998}; ^{Cleaveland et al., 2003}). ENSO afecta a localidades tanto en la costa como en el interior del continente americano, con lluvias torrenciales y sequías severas que inducen pérdidas económicas cuantiosas de varios cientos de millones de dólares en los países afectados, desde Canadá, Estados Unidos, México hasta el sur de América del Sur.

Figura 8 Relación entre los índices dendrocronológicos del sitio MDG y el promedio de los Índices de Oscilación del Sur (SOI) para el periodo enero-mayo. 

La sequía que impactó al norte de México en 2011 y 2012, y que ha ocasionado una crisis económica y social en el sector agrícola y pecuario, demanda de las instituciones gubernamentales acciones de prevención y de mitigación, que puedan contribuir a estabilizar la situación y a implementar medidas de prevención en situaciones futuras de eventos de sequía y de otros fenómenos hidroclimá-ticos extremos. Lo anterior, requiere de un mejor conocimiento sobre la extensión de estas sequías y los probables mecanismos circulatorios que le dieron origen; información fundamental para alimentar modelos de predicción de escenarios futuros del clima en esta región del norte de México, lo que es de gran importancia para la planeación y adecuado aprovechamiento de los limitados recursos hídricos con que cuenta esta región.

El entendimiento de la variabilidad hidrocli-mática es también importante para la conservación de bosques relictos, que constituyen sitios de anidamiento y son fuente de alimentación de especies como la cotorra serrana; información de utilidad práctica para determinar la frecuencia de reclutamiento de especies arbóreas, tasas de crecimiento y los procesos sucesionales intrínsecos, que en su conjunto moldean el hábitat requerido por la fauna que habita estos ecosistemas (^{Cortés et al., 2012}).