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Introducción
El concepto de cambio climático describe las modificaciones en el clima atribuidos de manera directa o indirecta a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera. El Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) declaró en 2013 (IPCC, 2013a) que el calentamiento global observado en la mitad del siglo pasado fue producto de las acciones antrópicas, lo que sumado a la variabilidad climática durante el periodo 1901 a 2012 evidenciaron un aumento significativo de 1 °C en la temperatura media de todo el planeta (IPCC, 2014). Por otro lado, la precipitación ha presentado comportamientos erráticos (Conafor, 2013; Conanp, 2015a). Un hecho irrefutable, es que el clima en el mundo ha cambiado y seguirá modificándose de manera radical en el futuro (Magallanes, 2016).
En los estudios de cambio climático, el recurso empleado son los Modelos de Circulación Global (MCG). Estos son una representación numérica tridimensional de la dinámica atmosférica y de la circulación global alrededor de la Tierra (Jáuregui, 2003); en ellos, se simulan procesos físicos de la atmósfera, océanos y la superficie terrestre, y constituyen una herramienta para pronosticar la respuesta del clima a futuro ante los aumentos de los gases efecto invernadero en la atmósfera (IPCC, 2013b). Al emplearse en los estudios de cambio climático, se convierten en escenarios de dicho fenómeno, los cuales son proyectados a diferentes horizontes de tiempo (futuro cercano 2015-2039, futuro medio 2045-2069 y futuro lejano 2075-2099) (Fernández et al., 2015).
El aumento constante en la temperatura, la variación en precipitación y la frecuencia de eventos climáticos extremos están produciendo enormes impactos en los bosques y en el sector forestal del mundo (Moore y Allard, 2009; Sosa, 2015). En la actualidad una de las consecuencias de dichas modificaciones son los desfasamientos en la fenología de la flora, el desplazamiento de las especies, una mayor frecuencia de incendios forestales y de incidencia de plagas forestales en los bosques de coníferas, así como el aumento de la mortalidad de los árboles (Kurz et al., 2008; Anderegg et al., 2013).
Durante el presente siglo, los impactos del cambio climático supondrían un alto riesgo de afectación en la estructura y función de los ecosistemas terrestres y acuáticos del mundo, a escala regional (IPCC, 2014). Se estima que debido al cambio climático la temperatura del planeta aumentaría hasta 2 °C hacia mediados del siglo XXI (Garreaud, 2011). Bajo estos escenarios, muchas de las especies serían incapaces de sobrevivir en los nuevos climas, sus hábitats se fragmentarían y el funcionamiento de los ecosistemas se transformaría (Jiménez et al., 2010; IPCC, 2014).
En México, los escenarios de cambio climático indican que las pináceas serían de los grupos más afectados por el aumento de la temperatura (Sáenz et al., 2012; Cruz-Cárdenas et al., 2016); una de las especies más susceptibles es Abies religiosa (Kunth) Schltdl. et Cham., que podría reducir hasta 87.6 % su área de distribución para 2060 (Sáenz et al., 2012).
Todos esos cambios alterarían de diversas formas y con mucha probabilidad, la dinámica y el funcionamiento de los ecosistemas forestales en México (Moore y Allard, 2009; IPCC, 2014; Islas et al., 2015; Ibarra y Huerta, 2016).
Según la FAO (2003) por efecto del cambio climático, para 2050 alrededor de 25 % de la biodiversidad afrontaría un mayor riesgo de extinción, en especial, aquellos taxones arbóreos de coníferas que habitan los bosques templados del centro de México (Sáenz et al., 2012; Cruz-Cárdenas et al., 2016).
Las áreas naturales p rotegidas (ANP) son regiones terrestres y marinas con ecosistemas representativos del lugar que no han sido alterados significativamente por el hombre; están sujetas a regímenes especiales de protección, conservación y restauración; además, las actividades que pueden llevarse a cabo en ellas se establecen de acuerdo con la Ley General de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente (Conanp, 2018). Desafortunadamente, las ANP no están exentas de las modificaciones en el clima; de acuerdo con Villers y Trejo (1998), para 2025 los regímenes de precipitación y temperatura cambiarán en 57 % del territorio nacional. Los autores probaron dos modelos; CCC (Centro Climático Canadiense) y GDFL (Laboratorio Geofísico de Dinámica de Fluidos) con los que determinaron que solo nueve de 33 ANP terrestres federales evaluadas en el país, no serían impactadas por los efectos del cambio climático. Otras contribuciones (Sáenz et al., 2012; Islas et al., 2015; Cruz-Cárdenas et al., 2016) confirman el planteamiento de la FAO (2003).
En el Eje Neovolcánico Transversal existen áreas naturales protegidas de gran riqueza biológica que proporcionan recursos maderables y no maderables, brindan incalculables servicios ambientales y proveen de agua a los pobladores que habitan cerca de ellas. A pesar de sus bondades, no cuentan con estudios de escenarios de cambio climático dentro de sus programas de manejo y conservación, por lo que el objetivo principal de este estudio fue estimar tales escenarios a futuro medio (2045-2069) para las áreas naturales protegidas Pico de Orizaba, Nevado de Toluca y Volcán Nevado de Colima. De manera específica, se estimó el clima actual y futuro y se generaron escenarios climáticos.
Materiales y Métodos
Área de estudio
Los tres sitios analizados son áreas naturales protegidas federales y se ubican dentro del Eje Neovolcánico Transversal (Figura 1).
Parque Nacional Pico de Orizaba
Se localiza entre los 18°56´30’’ y 19°09´30’’ latitud norte y 97°12´30’’ y 97°22´30’’ oeste, en los estados de Puebla y Veracruz y abarca un área de 19 750 ha (Conanp, 2015b).
Los climas prevalecientes corresponden a C(w1) templado, subhúmedo con una temperatura media anual alrededor de los 12 °C; Cb'(w2) semifrío, subhúmedo con una temperatura media anual de 5 y 12 °C; E(T)CHw frío, con una temperatura media anual entre -2 y 5 °C. EFHw muy frío, temperatura media anual menor a -2 °C (García, 1998).
Los tipos de vegetación en el lugar corresponden a bosque de pino, bosque de oyamel, pastizales inducidos, pradera alta de montaña, agricultura de temporal y vegetación secundaria arbustiva y arbórea de bosque de pino (INEGI, 2013).
Área de Protección de Flora y Fauna Nevado de Toluca
Sus coordenadas geográficas son 18°51´31’’ y 19°19´03’’ norte y 99°38´54’’ y 100°09´30’’ oeste, se localiza en el Estado de México y cubre una superficie de 53 590.7 ha (Conanp, 2016).
Los climas prevalecientes son: Cb'(w2) semifrío, subhúmedo con una temperatura media anual entre 5 y 12 °C; E(T)CHw frío, con una temperatura media anual entre -2 y 5 °C; C(w1) templado, subhúmedo con una temperatura media anual entre los 12 °C; y C(w2) templado, subhúmedo con una temperatura media anual de 12 a 18 °C (García, 1998).
Los tipos de vegetación están representados por formas arbóreas secundarias de bosque de pino y oyamel, arbustivas de los bosques de encino, oyamel y pino, pastizales inducidos, pradera alta de montaña, bosques de oyamel, encino, pino, pino-encino, encino-pino y agricultura de temporal (INEGI, 2013).
Parque Nacional Volcán Nevado de Colima
Sus coordenadas geográficas son 19°27´15’’ y 19°35´09’’ latitud norte y 103°34´38’’ y 103°39´04’’ longitud oeste, se ubica en los estados de Jalisco y Colima y tiene un área de 6 555 ha (Conanp, 2006).
Los climas corresponden a los tipos Cb'(w2) semifrío, subhúmedo con una temperatura media anual entre 5 y 12 °C; E(T)CHw frío, con una temperatura media anual entre -2 y 5 °C; y C(w2) templado, subhúmedo con una temperatura media anual entre 12 y 18 °C (García, 1998).
De acuerdo a INEGI (2013), la vegetación en el área está conformada, principalmente, por pradera alta de montaña, por bosques de oyamel, de pino, pino-encino y en menor proporción, por bosque mesófilo de montaña.
Obtención de capas climáticas actuales
Se obtuvieron las capas climáticas mensuales actuales para precipitación y temperatura media en http://atlasclimatico.unam.mx/atlas/kml/ (CCA, 2016), las cuales representan el comportamiento climático histórico promedio de 1902-2011 y tienen una resolución espacial de 1 km2 para toda la república mexicana. Se recortaron las capas al tamaño de las áreas naturales protegidas (ANP).
Modelos de Circulación Global (MCG)
Se descargaron las capas climáticas mensuales de los MCG CRNMCM5 (Centro Nacional de Investigaciones Meteorológicas de Francia) y GDFL_CM3 (Laboratorio Geofísico de Dinámica de Fluidos de la NOAA, E.U.A.), los cuales fueron generados a partir de Modelos Regionales del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados Fase 5 (CMIP5, 2013) del Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC) proyectados para el horizonte 2045-2069, con dos forzamiento radiactivos (RCP) de 4.5 (emisiones de CO2 constantes) y 8.5 (emisiones de CO2 altas) para precipitación y temperatura media a una escala espacial de 1 km2 para la república mexicana (Fernández et al., 2015) en http://atlasclimatico.unam.mx/AECC_descargas/. Las capas climáticas se recortaron al tamaño de las ANP.
Reducción de escala
Se reajustó la resolución espacial de 1 km2 a una escala espacial de 30 m (1 segundo arco) por medio de una interpolación bilineal.
Clima actual y futuro
Los climas actual y futuro se obtuvieron a partir de la suma de las 12 capas mensuales de precipitación y el promedio de las 12 capas de temperatura media para los periodos presente y futuro, respectivamente.
Escenarios de cambio climático
Los escenarios de cambio climático se estimaron a partir de la diferencia entre las capas climáticas actuales y futuras de los modelos CRNMCM5 y GDFL_CM3 con dos forzamientos radiactivos RCP 4.5 y 8.5 proyectados a 2045-2069. Los escenarios con forzamiento radiactivo RCP 4.5 se clasifican como escenarios “conservadores”, y los escenarios con forzamiento radiactivo RCP 8.5 como “extremos” (Fernández et al., 2015).
Todos los procesos descritos anteriormente se llevaron a cabo con ayuda del módulo algebra de mapas del programa Arcmap 10.3® (ESRI, 2014).
Resultados y Discusión
Clima actual
Los resultados del promedio histórico 1902-2011 del clima actual se presentan en el Cuadro 1, donde se describen los valores para precipitación anual y temperatura media anual.
Clima futuro 2045-2069
En el Cuadro 2 se describen los registros obtenidos para precipitación y temperatura media anual de las proyecciones RCP 4.5 y 8.5 a 2045-2069 para las tres ANP.
Cuadro 2 Precipitación y temperatura media de las tres ANP evaluadas para 2045-2069.
| ANP | Variableanalizada | Modelo CRNMCM5RCP 4.5Mínima-Máxima | ModeloGDFL_CM3RCP 4.5Mínima-Máxima | Modelo CRNMCM5RCP 8.5Mínima-Máxima | Modelo GDFL_CM3RCP 8.5Mínima-Máxima |
|---|---|---|---|---|---|
| Pico de Orizaba | PPT (mm) | 990 a 2 328 | 1 044 a 2 382 | 1020 a 2358 | 1 000 a 2 338 |
| TMED (°C) | -0.20 a 12.44 | 0.90 a 13.58 | 0.29 a 12.95 | 1.60 a 14.31 | |
| Nevado de Toluca | PPT (mm) | 813 a 1 241 | 812 a 1 240 | 810 a 1238 | 788 a 1212 |
| TMED (°C) | 5.63 a 13.65 | 6.94 a 14.97 | 6.21 a 14.23 | 7.71 a 15.75 | |
| Volcán Nevado de Colima | PPT (mm) | 981 a 1 429 | 935 a 1 413 | 962 a 1411 | 923 a 1 381 |
| TMED (°C) | 7.36 a 17.15 | 8.56 a 18.37 | 7.89 a 17.65 | 9.26 a 19.04 |
PPT = Precipitación acumulada anual; TMED = Temperatura media anual.
Pico de Orizaba
Los escenarios conservadores indican una disminución anual de 18 a 52 mm (2.2 %) de la precipitación (GDFL_CM3 RCP 4.5) en 85.8 % del ANP, y un aumento en temperatura media anual entre 1.55 a 1.67 °C (15.3 %) en 79 % del área para el 2045-2069 (MCG CRNMCM5 RCP 4.5).
Los escenarios extremos predicen una disminución en precipitación anual de 47 a 76 mm (3.1 %) en 91.8 % del ANP (CRNMCM5 RCP 8.5), y un incremento entre 2.07 a 2.18 °C (20 %) en temperatura media anual en 66.8 % del ANP para 2045-2069 (CRNMCM5 RCP 8.5).
La Figura 2 muestra los escenarios climáticos conservadores (a) y extremos (b) para precipitación y temperatura media para el Pico de Orizaba.
Nevado de Toluca
Los escenarios climáticos indican una disminución anual entre 61 a 98 mm (7.5 %) en precipitación (MCG CRNMCM5 RCP 4.5) en 63.9 % del ANP y un aumento de 1.30 a 1.45 °C (11.9 %) en temperatura media anual en 83.6 % del área para el 2045-2069 (MCG CRNMCM5 RCP 4.5).
Los escenarios extremos predicen una disminución en precipitación anual entre 64 y 102 mm (7.9 %) en 56.4 del ANP (CRNMCM5 RCP 8.5), y un incremento en temperatura media anual de 1.87 a 2.03 °C (16.6 %) en 78.9 % del área para 2045-2069 (MCG CRNMCM5 RCP 8.5).
La Figura 3 se exhiben los escenarios climáticos conservadores (a) y extremos (b) para precipitación y temperatura media para el Nevado de Toluca.
Volcán Nevado de Colima
Los escenarios climáticos evidencian una disminución anual entre 6 y 15 mm (1.1 %) en precipitación (GDFL_CM3 RCP 4.5) en 89 % del ANP, y un aumento de 0.95 a 0.98 °C (6 %) en temperatura media anual en 70 % del área para el 2045-2069 (MCG CRNMCM5 RCP 4.5).
Los escenarios extremos predicen una disminución en precipitación anual entre 27 y 38 mm (2.7 %) en 60 % del ANP (GDFL_CM3 RCP 8.5), y un incremento en temperatura media anual de 1.49 a 1.53 °C (9.4 %) en 63 % del área para 2045-2069 (MCG CRNMCM5 RCP 8.5).
En la Figura 4 se observan los escenarios climáticos conservadores (a) y extremos (b) para precipitación y temperatura media para el Volcán Nevado de Colima.
Figura 4 Escenarios climáticos conservadores (a) y extremos (b) para precipitación y temperatura media del Volcán Nevado de Colima.
Entre las principales consecuencias del cambio climático se pueden citar el aumento en la temperatura y un comportamiento errático en la precipitación como aumento, disminución o desplazamiento de la lluvia a otras regiones geográficas (Conafor, 2013; Conanp, 2015a).
Las proyecciones para precipitación a futuro del Programa Especial de Cambio Climático de la Semarnat (PECC, 2014) sugieren una disminución promedio en el país de alrededor de 10 % para 2030. Sáenz et al. (2010) pronostican una reducción promedio de 9 % en la precipitación de 2060; Sosa (2015) prevé una disminución promedio de hasta 20 %, a partir de 2020 para México.
Los resultados de los escenarios para precipitación acumulada anual pronostican una disminución de 3.1% para el Pico de Orizaba, 7.9 % para el Nevado de Toluca y 2.7 % para el Volcán Nevado de Colima para 2045-2069, estos resultados están dentro de los intervalos de disminución calculados por Sáenz et al. (2010) para ese horizonte de tiempo.
El IPCC (2014) establece que un aumento de 1 a 2 °C en la temperatura media anual representaría un daño moderado a la biodiversidad y economía de todo el mundo, mientras que si fuera >3.5 °C resultaría perjudicial para la mayoría de los ecosistemas terrestres y marinos, lo que produciría extinciones de 40 hasta 70 % de las especies del mundo (IPCC, 2007); un incremento drástico en la temperatura y una disminución notoria en la precipitación para 2050 provocaría una reducción importante de los bosques de coníferas en el territorio nacional (Sáenz et al., 2012; PECC 2014).
Para México, Sáenz et al. (2010) y Conanp (2015a) estiman un aumento en la temperatura media anual de 0.5 a 2 °C para 2030, de 2.3 °C para 2060 y hasta de 3.7 °C para 2090. En este trabajo, el área natural protegida que sería más afectada por el aumento de la temperatura media anual es el Nevado de Toluca, donde aumentaría entre 1.30 y 1.45 °C en 83.6 % del ANP (escenario conservador) y hasta 1.87 a 2.03 °C en 16.6 % del ANP (escenario extremo) para 2045-2069, valores ligeramente inferiores a los de Sáenz et al. (2010).
Villers y Trejo (1998) y Sáenz et al. (2012) prevén que los bosques secos aumentarían su distribución (7.4 %), mientras que los bosques templados y fríos reducirían sus áreas de distribución entre 65 % y 87.6 %, respectivamente; además, sitios como la Reserva de la Mariposa Monarca presentaría condiciones más cálidas para 2060 (2.3 °C) (Sáenz et al., 2010), condiciones climáticas similares a las que ocurrirían en el Pico de Orizaba, el Nevado de Toluca y el Volcán Nevado de Colima.
Manzanilla y Aguirre (2017) estimaron, para escenarios conservadores, un aumento en la temperatura media anual entre 0.41 y 0.83 °C (100 %) y una disminución en la precipitación anual de 71 a 35 mm (88 %) para la Reserva de la Biosfera Selva El Ocote, Chiapas para 2030. En el presente trabajo, los escenarios conservadores para 2045-2069 señalan al Volcán Nevado de Colima como el sitio menos afectado por el cambio climático; la precipitación anual disminuiría entre 6 y 15 mm (1.1 %) y la temperatura media anual aumentaría entre 0.95 y 0.98 °C (6 %), por lo que las áreas ubicadas en las montañas (Nevado de Toluca) tendrían un mayor aumento en la temperatura media anual, en comparación con zonas tropicales como la Reserva antes citada.
Por último, el aumento en la temperatura media anual afectaría 49 % de la superficie (bosque de pino) del Pico de Orizaba, 24% de la superficie (bosque de Abies religiosa) del Nevado de Toluca y 42.2% de la superficie (Pradera Alta de Montaña) del Volcán Nevado de Colima. El ecosistema más vulnerable a estos cambios en el clima sería el bosque de A. religiosa del Nevado de Toluca, cuyos escenarios climáticos a futuro no son alentadores para la especie en México (Sáenz et al., 2012).
Ante tales anomalías, los ecosistemas en las tres ANP analizadas tendrían dos opciones: ajustarse a las nuevas condiciones climáticas, lo cual involucraría resistir estrés hídrico, ataques de plagas e incendios forestales; o migrar de forma altitudinal como lo indican Sáenz et al. (2010), cuando, por cada 0.5 °C de aumento, las especies tendrían que desplazarse 100 m. Los bosques de A. religiosa existentes en el Nevado de Toluca tendrían que desplazarse en ese sentido de 150 m (1.3 °C) hasta 250 m (2.34 °C) para subsistir durante el periodo 2045-2069.
Conclusiones
El clima del planeta ha cambiado y sigue en constante transformación, alteraciones que modificarían la cobertura de muchos ecosistemas del mundo incluidas las áreas naturales protegidas de México.
Los escenarios de cambio climático no se deben tomar como simples pronósticos, sino como posibles comportamientos del clima a futuro.
De las tres ANP analizadas, los modelos destacan al Nevado de Toluca como el sitio que sería más afectado por el cambio climático, en particular, el bosque de A. religiosa.
Debido a la disminución en precipitación anual la recarga de los mantos acuíferos sería cada vez menor en las áreas naturales protegidas. El aumento en temperatura media anual reduciría la superficie del glaciar Jamapa en el Pico de Orizaba, por lo que es muy probable que para 2050, el glaciar haya casi desaparecido por completo.
Es importante hacer mención que los resultados de este trabajo son convincentes más no concluyentes; se recomienda utilizar más Modelos de Circulación Global con diferentes forzamientos radiactivos (RCP) para estimar la variabilidad climática futura de la región geográfica de interés.
