Introducción

La región suroeste del estado de Chihuahua, en la Sierra Madre Occidental (SMO), constituye un área de importancia forestal, de biodiversidad y de producción de servicios hidrológicos (^{Comisión Nacional del Agua [CONAGUA], 2018}). En esta zona se encuentra la Región de Manejo Silvícola de Guachochi, A. C., a la que corresponde la Unidad de Manejo Forestal 0807 (UMAFOR 0807) que involucra los municipios de Guachochi, Balleza, Batopilas, Urique, Guadalupe y Calvo, Nonoava y Rosario, con una superficie total de 978 380 ha (^{Comisión Nacional Forestal [CONAFOR], 2009}). En esta región, los bosques mixtos de coníferas con dominancia de especies de Pinus de interés maderable favorecen la explotación comercial, cuyas existencias volumétricas se estiman en 60 millones de m³ rollo. El municipio de Guachochi posee 61.1 % de las existencias totales de la UMAFOR 0807, por lo cual se considera uno de los de mayor contribución para que el estado de Chihuahua ocupe los primeros lugares en la provisión de volúmenes en rollo, que en algunos años alcanza hasta 1.2 millones de m³. Al mismo tiempo, otro de los aspectos que ocurren en la región, que abarca 66 % del estado de Chihuahua, es la provisión de recursos hídricos tanto a la Región Hidrológica Bravo-Conchos (RH-24) como a la Región Hidrológica 10 (RH-10). Esta última proporciona recursos hídricos a los distritos de riego del estado de Sinaloa a través de las cuencas de los ríos Culiacán, Sinaloa y Fuerte. Los volúmenes de agua producidos en la región son de aproximadamente 3 800 millones de m³, de los que escurren cerca de 693 millones de m³ utilizados con fines agrícola, pecuario y doméstico (^{CONAGUA, 2018}).

Los cambios en el uso del suelo originados por el aprovechamiento intensivo del bosque y sobrepastoreo, entre otros disturbios de origen antropogénico, impactan el ciclo hidrológico y, por ende, los volúmenes escurridos (^{Descroix, Nouevelot, & Vauclin, 2002}). Con base en lo anterior, la determinación de la variación climática interanual y multianual, sus tendencias y el impacto en la disponibilidad hídrica, así como la influencia que el calentamiento global pudiera tener en la región, resulta primordial (^{Feng & Fu, 2013}).

Diversas reconstrucciones de precipitación se han realizado para algunas áreas de Chihuahua (^{Diaz, Therrell, Stahle, & Cleaveland, 2002}; ^{Irby, Fulé, Yocom, & Villanueva, 2013}; ^{Villanueva et al., 2015a}); sin embargo, aún no existe información para el suroeste del estado, particularmente en la UMAFOR 0807. Tal información es importante para definir el impacto que la variabilidad climática pudiera ejercer en la producción de biomasa de especies comerciales que, en apariencia, se verían afectadas por el cambio climático, como ya se ha determinado para ciertas especies en Chihuahua (^{Bickford, Fulé, & Kolb, 2011}; ^{Castruita-Esparza et al., 2019}).

El objetivo de este estudio fue desarrollar una reconstrucción climática con series dendrocronológicas distribuidas en el suroeste de Chihuahua y que tienen influencia en los volúmenes de agua que drenan hacia los distritos de riego en el estado de Sinaloa y hacia la vertiente oriental de la cuenca del río Conchos. Adicionalmente, se determinó la influencia que los modos de circulación general ejercen sobre el comportamiento histórico del clima y se analizó la posible relación entre los índices de sequía, como el Índice Estandarizado de Precipitación Evaporación (SPEI) y el Índice de Severidad de Sequía de Palmer (PDSI), y los índices dendrocronológicos regionales.

Materiales y métodos

Área de estudio

El área de estudio se ubica en los parajes del bosque templado mixto de la SMO en el suroeste de Chihuahua (Figura 1). El clima dominante es de los tipos C(E)w₁, C(E)w₂ y C(E)w₂(x’), que corresponden a climas semifríos, subhúmedos con lluvias de verano, subtipo de humedad media, donde la precipitación invernal es mayor de 10.2 % (^{García, 2004}). La precipitación media anual es de 700 mm con fluctuaciones entre 400 a 1 100 mm (^{Instituto Mexicano de Tecnología del Agua [IMTA], 2013}). En el área dominan rocas ígneas extrusivas ácidas y básicas que dan origen a suelos clasificados como regosoles; la vegetación dominante es de bosque de pino (50 %), seguido por pino-encino (12 %) y el resto por encinares, bosques de encino-pino, pastizales y áreas de cultivo (^{CONAFOR, 2009}).

Figura 1 Ubicación geográfica de los sitios de muestreo dendrocronológico sobre el parteaguas de la Sierra Madre Occidental en el suroeste del estado de Chihuahua, México. 

Resultados

Series dendrocronológicas

Se generaron ocho cronologías de anillo total al involucrar entre 40 y 135 núcleos de crecimiento. Estas mostraron intercorrelaciones entre series en un rango de 0.54 a 0.73 (>0.328 requerido por COFECHA para un fechado adecuado) y longitudes de 108 hasta 347 años (Cuadro 2). La Figura 2 muestra que las series tuvieron un comportamiento climático similar para el periodo común (1910-2005). Las correlaciones en referencia a la cronología del sitio GUA fueron superiores a 0.5 (P < 0.01), aunque las de menor correlación correspondieron a los sitios MOH (r = 0.238, P < 0.01) y POR (r = 0.344, P < 0.01), respectivamente.

Cuadro 2 Extensión de las series dendrocronológicas distribuidas en el noroeste del estado de Chihuahua. 

Sitio	Clave del sitio	Especie muestreada	Longitud de la serie (años)	Tipo de cronología
Guachochi	GUA	Pinus lumholtzii	1806-2016 (211)	RW
Narogachi	NAR	P. lumholtzii	1875-2017 (143)	RW
La Cruz	LAC	Pinus arizonica	1907-2016 (110)	RW, EW, LW
Porvenir	POR	P. arizonica+Abies durangensis	1897-2013 (117)	RW, EW, LW
Sinforosa	SIN	Pinus leiophylla	1887-2016 (130)	RW, EW, LW
La Gloria	GLO	Pseudotsuga menziesii	1790-2014 (225)	RW, EW, LW
Situriachi	SIT	P. arizonica	1910-2017 (108)	RW, EW, LW
Cerro Mohinora	MOH	P. menziesii	1659-2005 (347)	RW, EW, LW

RW = anillo total, EW = madera temprana, LW = madera tardía.

Figura 2 Comportamiento de las series de anillo total del periodo común (1910-2005) en sitios del suroeste del estado de Chihuahua. GUA = Guachochi, NAR = Narogachi, LAC = La Cruz, POR = Porvenir, SIN = Sinforosa, GLO = La Gloria, SIT = Situriachi, MOH = Cerro Mohinora. 

De acuerdo con el análisis de componentes principales mostrado en la Figura 3, el primer componente explica 51.8 % de la varianza común, con un eigenvalue de 4.5, mientras que los componentes 2 y 3 aportaron 14.5 y 10.2 % de la varianza, respectivamente, lo que representa 76.5 % de la varianza total acumulada. Las series MOH y POR mostraron comportamiento distinto al resto de las cronologías; por tal razón, para fines de integrar la cronología regional, se descartaron de dicho análisis. La serie LAC no se descartó debido a que presentó alta correlación en conjunto con las demás series lo que se traduce en una misma variabilidad.

Figura 3 Componentes principales de las cronologías generadas en el suroeste del estado de Chihuahua. El primer componente explica 51.8 % de la varianza común. 

Acorde con la Figura 4, la serie regional de anillo total se extiende de 1790 a 2017 (228 años), donde el número de muestras para generar los índices anuales fue de 310 y solo 16 de ellas (5 %) procedieron de secciones transversales. El tamaño de muestra incrementa a partir de 1820 con más de 12 radios, y la Señal Expresada de la Población (EPS) supera 0.85 (^{Wigley, Brifa, & Jones, 1984}). Esta serie muestra alta variación interanual y multianual, soportado por los parámetros de intercorrelación entre series (0.59), sensibilidad media (0.352) y relación señal/ruido (27.7).

Figura 4 Cronología regional de anillo total para el suroeste del estado de Chihuahua. Una señal expresada de la población (EPS) > 0.85 se obtiene a partir de 1820 donde el número de radios es superior a 12. 

Análisis de función de respuesta

El programa DENDROCLIM determinó que los meses de precipitación con influencia positiva en la serie de crecimiento anual fueron agosto del año previo a julio del año actual de crecimiento; sin embargo, la asociación significativa (P < 0.05) se presentó de agosto del año previo a mayo del año actual de crecimiento, con valores de correlación de 0.298, 0.357, 0.349, 0.341, 0.497, 0.461, 0.446, 0.408, 0.425 y 0.328, respectivamente. Con base en esta información, mediante análisis de correlación simple, se determinó que el periodo de precipitación acumulada con mayor influencia en el crecimiento anual fue de septiembre del año previo a julio del año actual de crecimiento. Con fines de reconstrucción se hizo una calibración en el total de registros climáticos (1951-2015), así como en la mitad de estos (1951-1982, 1983-2015); la información se muestra en el Cuadro 3.

Cuadro 3 Periodos de calibración y estadísticos de la regresión entre los registros de precipitación y los índices de la cronología estándar de anillo total, para el suroeste del estado de Chihuahua. 

Periodo	R2 ajustada	Coeficiente (mm)		Error estándar (mm)		Estadístico-t (Ho: Β = 0)		Regresión (probabilidad)
		Β 0	Β 1	Β o	Β 1	Β 0	Β 1
1951-2015	0.651	28.9	522.0	47.2	47.5	0.61	10.98**	0.000
1951-1982	0.780	-103.1	655.9	60.2	62.4	-1.7*	10.5**	0.000
1983-2015	0.537	142.8	413.2	68.4	66.9	2.08**	6.20**	0.000

R² ajustada acorde con grados de libertad. Significancias: ^* P < 0.05; ^** P < 0.01.

Los valores de precipitación estimados se utilizaron en el proceso de verificación del modelo; es decir, el subperiodo de 1951-1982 se utilizó para calibrar el modelo y el de 1983-2015 para validarlo (Cuadro 4). Posteriormente, el subperiodo 1983-2015 se calibró y el de 1951-1982 se verificó. Debido a que el proceso de verificación fue significativo para todos los parámetros estadísticos en ambos subperiodos, el total de registros de precipitación se utilizó para generar el modelo lineal de reconstrucción siguiente:

Yi = 28.862 + 522.04Xi

donde,

Yi	precipitación reconstruida del periodo septiembre del año previo a julio del año actual de crecimiento para un año específico
Xi	índice anual de anillo total de la cronología regional estándar representativa de la región suroeste de Chihuahua.

Cuadro 4 Estadísticas de verificación para la precipitación estacional acumulada en septiembre del año previo a julio del año actual de crecimiento, para el suroeste del estado de Chihuahua. 

Periodo	Correlación de Pearson	Reducción del error1	Valor de t	Prueba de signos2	Primera diferencia negativa3
1951-1982	0.89	0.69	5.20	4	3
1983-2015	0.74	0.41	4.63	7	8

¹No existe una prueba de significancia para este estadístico, pero cualquier resultado positivo indica que la reconstrucción contribuye con información única paleoclimática (^{Fritts, 1976}). ²Relaciona el número de coincidencias y desacuerdos entre los datos observados y reconstruidos y aplica un estadístico de asociación entre ambas, conocido como prueba de “t” (Fritts, 1976). ³Primera diferencia entre los datos observados y reconstruidos (t- t_-1); la transformación remueve tendencias que pueden afectar el coeficiente de correlación (Fritts, 1976). Todos los valores fueron significativos (P < 0.05).

La Figura 5 muestra que la reconstrucción de la precipitación se extiende de 1790 a 2015 con alta variación interanual y multianual. Los periodos secos detectados en la reconstrucción fueron de 1795 a 1809, 1854 a 1864, 1892 a 1896, 1951 a 1957, 1996 a 2003 y 2011 a 2013, donde los años más secos (una desviación estándar por debajo de la media, estimada en 540.2 mm del periodo septiembre-julio) se presentaron en 1801, 1805, 1887, 1893, 1894, 1902, 1921, 1951, 1957, 1974, 1980, 1996, 1999, 2000, 2011 y 2012. Los periodos más húmedos ocurrieron de 1812 a 1825, 1832 a 1839, 1848 a 1852, 1866 a 1875, 1928 a 1933 y de 1982 a 1993, con los años más húmedos (una desviación estándar por encima de la media) en 1818, 1833, 1869, 1870, 1885, 1905, 1906, 1920, 1933, 1968, 1981, 1985 y 2015.

Figura 5 Reconstrucción de precipitación estacional septiembre-julio, representativa de la región suroeste del estado de Chihuahua. 

De acuerdo con el análisis espectral de la Figura 6, la serie de precipitación reconstruida muestra frecuencias significativas en periodos cercanos a 2.0 años.

Figura 6 Análisis espectral de la precipitación reconstruida para la región suroeste de Chihuahua. El IC representa el intervalo de confianza al 99 %, 95 % y 90 %. 

Discusión

Las especies de coníferas presentes en las vertientes de la SMO del suroeste de Chihuahua, entre las que se encuentran P. lumholtzii, P. arizonica, P. leiophylla, P. menziesii y A. durangensis, poseen crecimiento similar en términos dendrocronológicos, ya que sus series de crecimiento mostraron asociaciones superiores a 0.5 con respecto a la cronología de Guachochi, que en este estudio se consideró como referencia. Esta respuesta similar entre las series implica que las especies involucradas captan la influencia de fenómenos climáticos que impactan toda una región. A pesar de que los crecimientos radiales interanuales varían según la especie, estos muestran fluctuaciones similares en función de un factor limitante común como es la precipitación (^{Fritts, 1976}). Esta respuesta común ha hecho factible la reconstrucción de sequías históricas de impacto nacional o internacional (^{Stahle et al., 2011}).

El análisis de componentes principales en una red dendrocronológica, para la selección de las series que más aportan a una varianza climática común en la reconstrucción hidroclimática, es una metodología utilizada desde hace varias décadas; su uso se ha magnificado, ya que una cronología individual difícilmente puede captar toda la variabilidad climática en una región amplia, donde las condiciones ecológicas y topográficas normalmente generan fluctuaciones en el comportamiento (^{Duchesne, D’Orangeville, Ouimet, Joule, & Kneeshaw, 2017}). La integración de diversas cronologías incrementa el tamaño de muestra, diluye la influencia de disturbios de origen natural y antropogénico (^{St. George, 2014}) y permite predecir la respuesta en crecimiento de especies forestales a los cambios ambientales en una región (^{Drobyshev, Gewehr, Berninger, & Bergeron, 2013}).

En México, la integración de series dendrocronológicas a través de componentes principales se ha utilizado para reconstrucciones de precipitación en la región de Chihuahua-Durango (^{Cleaveland, Stahle, Therrell, Villanueva-Diaz, & Burns, 2003}; Diaz et al., 2002; ^{Villanueva et al., 2015a}) y otras partes del país (^{Stahle et al., 2016}; ^{Villanueva et al., 2015b}). De esta manera, el uso de redes dendrocronológicas ha permitido la reconstrucción de caudales en cuencas del norte de México (^{Villanueva et al., 2017}; ^{Woodhouse, Stahle, & Villanueva, 2012}), particularmente de aquellas que drenan hacia la costa del Pacífico, donde se ubican distritos de riego, cuya agua se origina en cuencas de la SMO (^{CONAGUA, 2018}).

La variabilidad hidroclimática en el suroeste de Chihuahua, particularmente en la UMAFOR 0807, no había sido documentada; sin embargo, su comportamiento es similar al encontrado en otras regiones del estado (^{Villanueva et al., 2015b}). La discrepancia en otras reconstrucciones de precipitación estacional en el estado de Chihuahua radica en la ubicación del estudio y en el periodo reconstruido; por ejemplo, la reconstrucción estacional realizada por Diaz et al. (2003) cubre el periodo noviembre-abril y no alcanza a detectar algunas de las sequías más intensas ocurridas para el suroeste de Chihuahua durante el verano. Una situación similar se observa en el estudio de la región del Parque Nacional Basaseachi, donde la reconstrucción de precipitación estacional octubre-abril no concuerda con la mayoría de los periodos más secos detectados en el presente estudio que incluye un periodo estacional más amplio (^{Irby et al., 2013}).

El impacto histórico de las sequías en el estado de Chihuahua, previo al siglo XX, se fundamenta en gran medida en archivos coloniales (^{Endfield & Tejedo, 2006}); sin embargo, esta información pudiera no ser representativa de otras regiones del estado, donde el impacto de sequías pudo ser diferente en término de producción de alimentos e impacto en la población (^{Easterling et al., 2001}). De esta manera resulta importante determinar los eventos y periodos de sequía en regiones como el suroeste de Chihuahua que constituyen fuentes de provisión hídrica para zonas agrícolas de gran importancia económica; además, en esta región de excelencia forestal, la producción de biomasa, traducida en madera en rollo, depende en gran medida de las condiciones climáticas dominantes (^{CONAFOR, 2009}) y pudiera reducirse por efecto del calentamiento global (^{Bickford et al., 2011}; ^{Castruita-Esparza et al., 2019}).

La importancia climática de la región se manifiesta por la influencia que los fenómenos atmosféricos de circulación general ejercen y que determinan la variabilidad interanual y multianual del clima en la región; por ejemplo, el fenómeno ENSO a través de sus índices (SOI, MEI y TRI) muestra efectos significativos en el incremento anual arbóreo, con una asociación significativa cercana a 0.5, desde julio del año previo hasta abril del año actual de crecimiento y de 0.58 de noviembre a febrero, solo superado por algunos sitios de Durango donde la asociación llega alcanzar un valor de 0.63 (^{Villanueva et al., 2017}). La asociación con este fenómeno que se presenta de manera indirecta en la región, a través de su teleconexión, es una de las más claras y significativas en Norteamérica, lo que favorece la presencia de mayor precipitación durante la fase cálida de este fenómeno y condiciones de sequía en su fase fría (^{Méndez & Magaña, 2010}; ^{Stahle et al., 1998}; ^{Torbenson et al., 2019}). La presencia de frecuencias significativas en la reconstrucción alrededor de dos y tres años se ubica dentro de las frecuencias normales descritas para ENSO en el rango de dos a 10 años (^{Li et al., 2011}), lo que quizá explique la elevada variabilidad de precipitación.

La asociación entre el índice PDO, periodo agosto del año previo a octubre del año actual de crecimiento, y los índices dendrocronológicos mostró un valor significativo de 0.47. La interacción de ENSO con el PDO es bien conocida en México (^{Pavia, Graef, & Reyes, 2006}) y su influencia se ha demostrado en reconstrucciones dendroclimáticas en Baja California (^{Meko et al., 2013}). Estudios recientes han determinado la influencia de ENSO en la temperatura superficial del agua del mar en el Pacífico tropical, tanto a nivel interanual como decadal (^{Kumar & Hu, 2014}). Este último es mejor conocido como PDO (^{Mantua, 2017}), patrón que resulta de fluctuaciones del centro de baja presión “bajo Aleutian” en el Pacífico norte, ya sea de manera intrínseca o mediante la teleconexión de ENSO (^{Jia & Ge, 2017}). La relación entre ambos fenómenos circulatorios pudiera determinarse con mayor detalle para esta región del país, al involucrar un mayor número de variables climáticas.

La relación entre la serie dendrocronológica regional de anillo total en el suroeste de Chihuahua con índices de sequía resultó altamente significativa con el PDSI reconstruido del periodo junio-agosto (r = 0.68, P < 0.01, 1900-2012), lo cual indica, que las especies arbóreas en esta región constituyen un proxy histórico de las condiciones dominantes de sequía. Este resultado se corrobora con la asociación de la serie de crecimiento con índices promedio del SPEI del periodo agosto del año previo-junio del año actual de crecimiento (r = 0.71, P < 0.01, 1951-2017). Los resultados toman mayor relevancia al considerar que los crecimientos se encuentran significativamente correlacionados con los volúmenes de flujo en la cuenca del río Fuerte y que son utilizados con fines de irrigación, así como con los flujos que alimentan tributarios del río Conchos y que constituyen la fuente de agua para diversos distritos de riego.

Conclusiones

El suroeste del estado de Chihuahua es una región climáticamente homogénea y el desarrollo de una red dendrocronológica, compuesta por diversas especies arbóreas e integrada en una cronología regional, permitió captar la variabilidad interanual y multianual del clima. Las series dendrocronológicas tuvieron influencia significativa de ENSO (El Niño Oscilación del Sur) en el periodo julio del año previo hasta abril del año actual de crecimiento. El índice PDO (Oscilación Decadal del Pacífico) tuvo influencia significativa sobre la precipitación desde agosto del año previo hasta octubre del año actual de crecimiento. La relación entre la serie de crecimiento regional e índices de sequía (Índice Estandarizado de Precipitación Evaporación [SPEI] e Índice de Severidad de Sequía de Palmer [PDSI]) fue significativa. Dicha relación indica el potencial de los anillos de crecimiento para definir condiciones de sequía de los últimos siglos en la región y, por ende, de la producción de recursos hídricos en distritos de riego de cuencas que drenan a la costa del Pacífico y a la altiplanicie del desierto Chihuahuense.