Precipitación reconstruida para la parte alta de la Cuenca de Río Nazas, Durango
Reconstructed precipitation for the Upper Nazas River Basin, Durango
Julián Cerano Paredes1, José Villanueva Díaz 1, Ricardo David Valdez Cepeda2, Vicenta Constante García1, José Luis González Barrios1 y Juan Estrada Ávalos1
1Centro Nacional de Investigación Disciplinaria-Relación Agua, Suelo, Planta, Atmósfera, INIFAP. Correo-e: cerano.julian@inifap.gob.mx
]]> 2Centro Regional Universitario Norte, Universidad Autónoma Chapingo.
Recibido el 6 de agosto de 2010
Aceptado el 14 de marzo de 2012.
Resumen
La variabilidad referente a la precipitación de los últimos 410 años (1599 - 2008) del ciclo invierno-primavera (noviembre-junio) en la parte alta de la cuenca del río Nazas, Durango, México se reconstruyó a partir de la cronología o serie de tiempo desarrollada con base en anillos de crecimiento de Pseudotsuga menziesii, que la explicó en 64%. La reconstrucción para estos cuatro siglos, validada con registros de precipitación y datos de archivos históricos, permitió determinar la presencia de sequías severas entre los periodos 1665-1688, 1695-1718, 1774-1791, 1798-1813, 1890-1896 y 1945-1963. Así, en la correspondiente a este último, de 1948 a 1963, se presentó la más importante del siglo XX; así como de, esos 410 años, por su impacto en la sociedad y la economía; sin embargo, aquellas de 1665-1688 y 1695-1718, pudieron haber causado efectos similares por su intensidad. En la parte alta de la cuenca, la precipitación es modulada de manera significativa (p<0.05) por El Niño Oscilación del Sur (ENSO, por sus siglas en inglés) tanto en su fase fría (La Niña), al producir intensa escasez de agua con repercusiones económicas, políticas y sociales para los pobladores de la Comarca Lagunera, como en su fase cálida (El Niño), con importantes incrementos en la pluviometría de la región.
Palabras clave: Anillos de crecimiento, disponibilidad de agua, El Niño Oscilación del Sur, Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco, reconstrucción de precipitación y sequía.
]]> Abstract
A tree-ring series of 400-year length was developed from a Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) stand located at the northwestern corner of the upper Nazas river watershed at Durango, México. The ring-width chronology explained 64% of the seasonal precipitation variability and the reconstruction which extended 410 years (1599-2008) was verified with instrumental climatic data and historic archives. Dry spells were detected in the reconstruction in the periods 1665-1688, 1695-1718, 1774-1791, 1798-1813, 1890-1896, and 1945-1963. The most intensive drought in the 20th century occurred from 1948 to 1963 and provoqued significant social and economic impacts. Previous droughts occurred in the 17th (1665-1688) and 18th (1695-1718) centuries probably had similar effects. The reconstructed precipitation was modulated by El Niño-Southern Oscillation. The cold phase (La Niña) produced severe droughts, and the warm phase (El Niño) above-normal precipitation. The impact of this weather pattern is in the availability of water for the Nazas river that drains into the Comarca Lagunera region were it is used for different purposes.
Key words: Tree rings, water availability, Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco, El Niño Southern Oscillation, precipitation reconstructed, drought.
Introducción
La mayor importancia de la Sierra Madre Occidental no radica en la ganadería, la agricultura ni la minería (actividades económicas relevantes en esta región) sino en sus recursos hídricos, ya que es una fuente de agua para el norte de México y, en particular, para todos los grandes ríos nacidos de ella y que escurren hacia el Atlántico (río Conchos, afluente del Bravo) y el Pacífico (río Fuerte, Yaqui o Humaya) o hacia una depresión endorreica en la zona árida (río Nazas) (Descroix et al., 2004).
En el periodo colonial, estas y otras fuentes hidrológicas se aprovecharon para la fundación de localidades próximas a ellas como fueron Culiacán en el río Humaya, El Fuerte en el río del mismo nombre y Ciudad Obregón en el Yaqui, hoy grandes ciudades. La tendencia continuó al pasar los años, y por ello surgieron las poblaciones de Hermosillo, Jiménez y Torreón, al lado de los ríos Sonora, Conchos y Nazas, respectivamente (Descroix et al., 2004).
El Nazas, constituido desde la parte alta de la cuenca por el río Ramos, formado por los afluentes de los ríos Tepehuanes y Santiago, y por el Sixtín (Inard, 2004) pertenece a la Región Hidrológica 36 (RH 36), la cual es una de las 37 existentes en México y una de las tres regiones endorreicas del norte del país (SARH, 1970; INEGI, 1980; Loyer et al., 1993).
La Comarca Lagunera, localizada al centro de la RH 36, es una región agrícola que se dedicó a la producción de algodón y que, en la década de 1980, se destinó a la de forrajes para la alimentación de ganado, en especial alfalfa de alto rendimiento; situación que la convirtió en la primera cuenca lechera de México, con una producción elevada de lácteos en pleno desierto (Descroix et al., 1997, y 2004). Su zona irrigada, que comprende 160,000 ha, depende de los escurrimientos procedentes de la cuenca alta del Nazas, que aportan al año 109 m3 (Descroix et al., 1997).
La variabilidad de los escurrimientos de los ríos está influenciada por fenómenos climáticos de circulación general como El Niño-Oscilación del Sur (ENSO, por sus siglas en inglés), el cual impacta en la variación de la precipitación del norte de la república mexicana (Magaña, 1999; Magaña et al., 2003) y el suroeste de Estados Unidos de América, como lo han demostrado diversos estudios dendrocronológicos (Stahle et al., 1998; Cleaveland et al., 2003; Cerano-Paredes et al., 2009). Por tanto, el ENSO es parte fundamental de un vasto y complejo sistema de fluctuaciones climáticas (Trenberth, 1997).
]]> Tales condiciones propician que el volumen de agua de las presas que dependen de los escurrimientos de la Sierra Madre Occidental en ciertas épocas haya mermado, como en la década de 1950 la presa Lázaro Cárdenas, de la cual se abastece la zona agrícola de la Comarca Lagunera; sin embargo, en la década de 1990 el problema se agudizó, de tal forma, que durante varios años dicha presa, la más importante de la cuenca del Nazas, estuvo casi vacía. Esta circunstancia provocó la sobre explotación del manto acuífero, cuyo promedio ha disminuido 1.75 m año-1, pues por más de medio siglo se han bombeado volúmenes tres a cinco veces superiores a la recarga natural (Rigal, 1988; González, 1992; Brouste, 1997).Ante la escasez del preciado líquido en la Comarca, en el presente estudio se plantearon los siguientes objetivos: 1) reconstruir la variabilidad de la precipitación para los últimos cuatro siglos, 2) analizar el comportamiento de eventos de baja frecuencia y 3) examinar la influencia de fenómenos climáticos de circulación general, como el ENSO en la variabilidad de la precipitación.
Materiales y Métodos
Área de estudio
Se localiza en la Sierra Madre Occidental, en la parte alta de la cuenca del río Nazas, subcuenca Sardinas, en el sitio denominado Ciénega de la Vaca, municipio Tepehuanes, Durango (Figura 1). El tipo de vegetación dominante corresponde a un bosque de clima templado de coníferas como Pinus arizonica Engelm., Pinus ayacahuite Ehrenb. ex Schlecht., Pinus teocote Schlecht. et Cham., Pinus durangensis Martínez y Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco (García-Arévalo y González-Elizondo, 1998). En esta investigación se trabajó con P. menziesii, por ser una de las especies más sensibles para el registró de los cambios ambientales y, por tanto, con mejor potencial para reconstruir series dendroclimáticas (Stahle et al., 1998).
Figura 1. Localización geográfica de Ciénega de la Vaca y de las estaciones climáticas vecinas (El Tarahumar y Tepehuanes) empleadas para el análisis dendroclimático.
Figure 1. Geographic location of Ciénega de la Vaca, and near by weather stations (El Tarahumar, Tepehuanes) used for dendroclimatic analysis.
Metodología
Se utilizaron muestras de incrementos (virutas) de arbolado vivo extraidas con taladro de Pressler® de 5 mm de diámetro y secciones transversales de arbolado muerto cortadas con motosierra Stihl modelo MS 660. Las muestras se prepararon en el Laboratorio de Dendrocronología del Centro Nacional de Investigación Disciplinaria-Relación Agua, Suelo, Planta, Atmósfera, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (CENID-RASPA, INIFAP) en Gómez Palacio, Durango para resaltar los anillos de crecimiento, y se fecharon mediante técnicas dendrocronológicas estándar (Stokes y Smiley, 1968; Swetnam et al., 1985). Después, cada anillo anual se midió de manera individual con el sistema VELMEX de fase deslizable y precisión de 0.001 mm, que es adaptable a una computadora donde se guardan las bases de datos en forma directa (Robinson y Evans, 1980).
El fechado, la calidad de la respuesta climática y la exactitud de la medición de los anillos se verificó con el programa COFECHA, que correlaciona intervalos de 50 años con traslape entre ciclos de 25 años (Holmes, 1983; Grissino-Mayer, 2001). Las tendencias biológicas (competencia, supresión, liberación) y geométricas (incremento en el área de fuste con la edad) no relacionadas con el clima se eliminaron con el programa ARSTAN (Cook y Holmes, 1984): al insertar una curva exponencial negativa o línea recta a la serie de medición y luego dividir cada valor anual de medición entre el obtenido de la curva (Figura 2). Mediante dicho procedimiento se obtuvo una serie de índices normalizados, cronologías, con media de 1.0 y varianza homogénea (Cook, 1987; Fritts, 2001).
Figura 2. Estandarización de series de tiempo. (a) Caída exponencial en crecimiento de un árbol por efecto de la edad, y (b) Índices normalizados después de aplicar la curva de mejor ajuste.
Figure 2. Estandarized time series. (a) Exponential decline in tree growth due to age. (b) Normalized indices after screening out best fit curve.
El programa ARSTAN genera tres versiones de la cronología denominadas estándar, arstan y residual; no obstante, para los análisis se empleó esta última ya que produce una mejor señal climática, pues elimina la autocorrelación (Fritts, 1976).
]]> A fin de conocer la época de lluvia anual que más incide en el crecimiento del arbolado para los años de 1922 a 1981, se utilizaron datos de las estaciones climáticas El Tarahumar, municipio Tepehuanes y Tepehuanes, Durango, por ser las más cercanas al área de estudio y por su extensión y cobertura de registros, ya que abarcan los años de 1964 a 2004 y de 1922 a 1988, respectivamente (Cuadro 1, Figura 1). Ambas estaciones mostraron una correlación significativa (p<0.05) con los índices de anillo, de ahí que se trabajara con datos promedio regionales de precipitación, los cuales se tomaron del programa Extractor Rápido de Información Climatológica III (ERIC) (IMTA, 2000). Así, en la determinación de la influencia de la variable precipitación en el crecimiento anual de la especie se empleó el análisis Función de Respuesta que fue generado mediante la correlación entre los índices y datos mencionados (Cuadro 1) y se verificó con el programa PRECON (Fritts, 1999).Cuadro 1. Cronología de anillo total y estaciones climáticas usadas con fines de reconstrucción.
Table 1. Total ring chronology and climate data used.
Una vez analizada la respuesta climática, se procedió a desarrollar una ecuación de transferencia entre los datos observados de precipitación y el índice de anillo total para ellos se usó el programa STATISTICA Kernel release 5.5 (Stat Soft Inc., 2000). Con este modelo se reconstruyó la precipitación para el lapso que cubren dichos registros, y con la subrutina VERYFY5 del paquete de Programas Dendrocronológicos de la Universidad de Arizona (DPL por sus siglas en inglés) se aplicó una prueba de calibración a la mitad de los datos climáticos, tanto observados como reconstruidos, para examinar la relación entre ambas variables; en una etapa posterior, a la mitad restante se le asignó una prueba de verificación (Fritts, 1991). Por último, la ecuación se validó para el periodo total de datos de lluvia disponibles y se utilizó para elaborar la reconstrucción de la precipitación en la longitud total de la serie dendrocronología.
A la resolución anual o serie de alta frecuencia se le ajustó una curva decenal flexible o de baja frecuencia, para resaltar los eventos secos y lluviosos presentes en la reconstrucción (Cook y Peters, 1981). Las etapas de sequía detectadas en ella se validaron con documentos históricos y estudios dendrocronológicos del norte de México.
El fenómeno ENSO, además del componente oceánico (El Niño y La Niña), involucra uno atmosférico medido por el Índice de Oscilación del Sur, el cual se cuantifica por medio de la anomalía del gradiente de presión entre Darwin (Australia), en general con una presión más baja, y Tahití, con una más alta. Debido a la gran extensión del Océano Pacífico, la comunidad científica internacional lo ha dividido en cuatro regiones para su estudio y vigilancia: Niño 1.2, Niño 3, Niño 4 y Niño 3.4 (Trenberth, 1997; Magaña, 1999). Con la finalidad de analizar el impacto del ENSO en la variabilidad hidroclimática de la parte alta de la cuenca del río Nazas se relacionaron los índices de ancho de anillo y los del Niño 3.4 mediante el programa MATLAB 6.5 (MathWorks, 2002). Para tal efecto, se utilizaron gráficos de resolución anual y sus espectros potenciales de ondeleta.
]]> Resultadosy Discusión
De un total de 50 series de crecimiento de Pseudotsuga menziesii (80% de árboles vivos y 20% de árboles muertos y madera semienterrada), 40 procedentes de 28 árboles se fecharon al año exacto de su formación. Los resultados de COFECHA señalaron una intercorrelación entre las series de 0.706 (p<0.05).Respecto a la cronología o serie de tiempo, esta se generó para el período de 1599 a 2008 (Figura 3).
Figura 3. Serie de índices dendrocronológicos de 410 años de extensión generada para la parte alta de la cuenca del río Nazas.
Figure 3. Dendrochronological indices series for a span of 410 years in the upper Nazas river watershed.
Función de respuesta
El análisis entre los índices de anillo total y la precipitación mensual regionalizada con dos estaciones climáticas para el periodo julio del año previo a agosto del año actual de crecimiento (14 meses en total) indicó una asociación positiva y significativa (p<0.05), entre ambas variables para los meses de diciembre del año previo y enero del año actual de crecimiento. Esta asociación fue positiva, aunque no significativa, para los meses de febrero, marzo, abril, mayo y julio (Figura 4). Al desarrollar un análisis por intervalo estacional, no obstante que los meses de noviembre y junio mostraron coeficientes negativos, se determinó que la mejor correlación (r = 0.80, p<0.0001, 1922-1981, n = 60) se dio de noviembre a junio (estaciones invierno-primavera) (Figura 5).
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Figura 4. Función de respuesta entre la cronología de anillo total de Pseudotsuga menziesii y los registros de precipitación regional para el periodo de 1922 -1981 de las estaciones climáticas El Tarahumar y Tepehuanes.
Figure 4. Response function of regional precipitation 1922–1981 from El Tarahumar and Tepehuanes weather stations, to total ring chronology of Pseudotsuga menziesii wood samples.
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Figura 5. Asociación entre el índice de ancho de anillo y la precipitación regional estacional noviembre-junio para el período común 1922-1981.
Figure 5. Relation between ring width index and seasonal November-June precipitation 1922–1981.
En la parte alta de la cuenca del río Nazas, en el verano, se registra el mayor porcentaje de lluvia anual: 78.5%, y en el invierno es de 12.8% (IMTA, 2000). La reconstrucción de noviembre a junio constituye 34% de la precipitación anual y 45% de la veraniega, lo que demuestra la importancia de la precipitación reconstruida en el crecimiento del arbolado. Esto se explica por las bajas temperaturas que reducen la evaporación y, en general, por la presencia de lluvias ligeras en lapsos más prolongados, lo cual favorece la humedad del suelo, cuyo aprovechamiento se da al inicio de la estación de crecimiento.
La respuesta del crecimiento de Pseudotsuga menziesii a la precipitación invernal en la región norte de México y suroeste de Estados Unidos de América ha sido discutida ampliamente en diversos estudios paleoclimáticos (Stahle y Cleaveland, 1993; Stahle et al., 1999; Díaz-Castro et al., 2002; Cleaveland et al., 2003; Villanueva-Díaz et al., 2007 y 2009; Cerano-Paredes et al., 2009 y 2011).
]]>Reconstrucción de la precipitación invierno-primavera
Al correlacionar la precipitación invierno-primavera, que comprende de noviembre del año previo a junio del año actual, con el índice de ancho de anillo del periodo común 1922 -1981 se obtuvo un valor de 0.80 (p<0.0001), lo que señala un potencial para generar un modelo de regresión con fines de reconstrucción dendroclimática tan extensa en el tiempo como la cronología (figuras 5 y 6).
Figura 6. Dispersión del modelo de regresión lineal.
Figure 6. Scatter plot and linear regression model.
Calibración y verificación
El modelo utilizado para la reconstrucción incluyó tanto el intervalo de datos de precipitación observada regional, que comprende de 1922-1981, como de los índices de la cronología de anillo total para el lapso común. Al comparar la precipitación observada y reconstruida, este se calibró con datos del subperiodo 1952-1981 y se verificó con el de 1922-1951 (cuadros 2 y 3).
Los resultados indican una r = 0.85 (r2 = 0.72, p<0.0001) entre la precipitación observada y la reconstruida, lo cual explica 72% de la variabilidad de la lluvia para el periodo de calibración. Por su parte, la verificación presentó una r = 0.77 y explica 59% (r2 = 0.59, p<0.0001) de la variabilidad. La correlación entre el total de precipitación observada y la reconstruida fue de r = 0.80 (r2 = 0. 64, p<0.0001) (Figura 7).
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Figura 7. Comparación entre la precipitación reconstruida (línea sólida) y observada (línea punteada) de noviembre a junio 1922-1981 (60 años).
Figure 7. Comparison betwe en estimated (solid line), and observed precipitation (dotted line) during November to June 1922-1981 (60 years).
Dado que los subperiodos con los cuales se realizaron tanto la calibración como la verificación del modelo mostraron una relación significativa, se empleó el lapso total de datos climáticos disponibles (1922-1981) para generar la ecuación de reconstrucción, que tuvo una r = 0.80 (r2 = 0.64, p<0.0001) (Cuadro 2).
Cuadro 2. Calibración del modelo para la reconstrucción de la precipitación invierno-primavera (noviembre-junio).
Table 2. Calibration model for reconstructed winter-spring precipitation (November-June).
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El modelo bivariado utilizado fue el siguiente:
Yt = -103.63 + 274.00 * Xt
Donde:
Yt =Valor de la precipitación (mm) reconstruida noviembre-junio para un año específico.
X = Índice de anillo total.
Variabilidad de la precipitación reconstruida
]]> La reconstrucción de la precipitación de los últimos 410 años( 1599-2008) permite observar la presencia de sequías extremas ocurridas en los periodos de 1665-1688, 1695-1718, 1774-1791, 1798-1813, 1890-1896 y 1945-1963; sin embargo, la peor de ellas, registrada en la parte alta de la cuenca del río Nazas en el siglo XX se reconstruyó para los años de 1948 a 1963 de acuerdo con la información de lluvia del lapso noviembre-junio de las estaciones climáticas El Tarahumar y Tepehuanes. En estos 16 años de precipitación reducida, 15 estuvieron muy por debajo de la media, excepto el de 1958, que apenas alcanzó el promedio de los últimos 60 años de datos registrados (Figura 7). Lo anterior se atribuye a la presencia de ENSO en su fase cálida (El Niño), que propició un incremento no significativo en la luvia para ese año (Trenberth, 1997). En función de la precipitación reconstruida, ningún año superó el valor medio de 169 mm (Figura 8) con una desviación estándar de 55 mm. Florescano y Swan (1995) citan a 1953, 1956 y 1957 con escasez de agua muy acentuada y los ubican entre los siete años con menor precipitación baja del siglo XX.
Figura 8. Serie de la precipitación reconstruida invierno-primavera (noviembre-junio) para 1599 - 2008. El periodo húmedo 1657 - 1662 representa el intervalo con mayor cantidad de lluvia en los últimos 400 años.
Figure 8. Reconstructed 1599 - 2008 winter-spring (November-June) precipitation series. The 1657-1662 wet period is the interval with the highest accumulated rain in the last 400 years.
Las sequías de 1956 y 1957 ocasionaron desempleo, migración y movilizaciones campesinas: la primera afectó a más de 60,000 campesinos en el norte de México, situación que favoreció la emigración a Estados Unidos de América, como en La Comarca Lagunera, las labores agrícolas se paralizaron. Respecto a la segunda, esta se extendió al centro de México y provocó un incremento en el desempleo y la migración, así como el surgimiento de luchas campesinas como aquella de La Comarca, la cual se extendió hasta principios de la década de 1960 (Florescano, 1980).
La severa escasez del líquido durante 1951, 1953, 1956 y 1958, de manera especial en 1957 que fue muy extrema, impactó al país y a gran parte del suroeste de Estados Unidos (Florescano y Swan, 1995). De igual forma, la documentada de 1950-1965 en el estado de Durango fue una de las más extensas (Stahle et al., 1999; Cleaveland et al., 2003). Fenómeno que también se registró en Sonora (Díaz et al., 2002), Texas (Stahle y Cleaveland, 1988) y Nuevo México (Grissino-Mayer, 1995), aunque para el último se considera que dicho intervalo ha sido el más intenso de los 1 000 años recientes.
No obstante, que la insuficiencia de agua en el periodo 1948-1963 en el norte de México fue la más profunda del siglo XX y la más importante de los 400 años más recientes, si se consideran aspectos sociales y económicos, las sequías reconstruidas de finales del siglo XVII (1665-1688) y principios siglo XVIII (1695-1718) pudieron haber causado hambrunas y otras calamidades a la sociedad. En ambos lapsos, 17 de los 23 años estuvieron debajo de la media; sin embargo, estos se beneficiaron debido a que en años intermedios tuvieron precipitaciones por arriba del promedio, circunstancia que atenuó los estragos en la población, a diferencia de lo ocurrido durante la sequía de la década de 1950 en la que no se presentaron esos niveles de lluvia. Florescano y Swan (1995) señalan una escasez del líquido muy extrema en 1868 para el norte de México,pero no mencionan su impacto socioeconómico. Por otro lado, la cronología de anillos de árboles muestra una reducción en el crecimiento del anillo correspondiente a 1868, lo que sugiere la presencia de condiciones secas para ese año tanto en el norte como en el centro del país (Figura 8).
De la misma forma, se reconstruyeron intervalos lluviosos importantes como los de 1627-1635, 1658-1662, 1733-1740,1744-1747, 1766-1773 y 1814-1818, entre ellos sobresalen el segundo y tercero por la presencia, en todos los años, de precipitaciones por encima de la media; pese a ello, el de 1658-1662 parece el más lluvioso de los últimos 400 años. Para el siglo XX, los años lluviosos más destacados fueron 1926, 1931 y 1997, que se asocian a la influencia de ENSO en su fase cálida (Trenberth, 1997; Magaña, 1999).
El Niño Oscilación del Sur
]]> Las fases cálida (El Niño) y fría (La Niña) forman parte de un ciclo conocido como ENSO. Ambas son ejemplo de la variabilidad climática global que es parte fundamental de un vasto y complejo sistema de fluctuaciones climáticas, con una duración de cuatro años en promedio y un intervalo de dos a siete (Purca, 1999).En el sur de Estados Unidos de América y norte de México, el ENSO, en su fase cálida, se asocia a condiciones de alta precipitación en el invierno; mientras que, en la fría favorece la presencia de inviernos más secos, lo cual propicia fuertes sequías (Magaña et al., 2003; Caso et al., 2007). Así mismo, la precipitación de invierno en estas regiones está correlacionada de modo significativo con los índices del ENSO (Magaña, 1999). Por otra parte, su influencia en la variabilidad del clima del norte de México se registra de manera importante en los anillos decrecimiento(Cleaveland et al., 1992; Stahle y Cleaveland, 1993; Stahle et al., 1998; Cerano-Paredes et al., 2009, Villanueva-Díaz et al., 2005 y 2009).
Respecto a la precipitación reconstruida para la parte alta de la cuenca del río Nazas, se observa que su relación con los índices del Niño 3.4 (enero-marzo) estimativo de la variabilidad de ENSO para los últimos 115 años (1894-2008) es alta (Figura 9).
Figura 9. Relación entre la precipitación reconstruida para la parte alta de la cuenca del río Nazas y eventos extremos de El Niño y La Niña.
Figure 9. Extreme El Niño and La Niña events relative to estimated historic precipitation in Nazas river watershed uplands.
Los índices del Niño 3.4 en sus valores más elevados representan la fase cálida del ENSO y en los más bajos, la fase fría. Lo anterior permite determinar que la parte alta de la cuenca del río Nazas, durante eventos de La Niña, es afectada por intensas sequías y, por ende, se tienen bajos volúmenes de agua en las presas con un impacto directo en la superficie cultivada de La Comarca Lagunera.
Entre los eventos más intensos de La Niña, que en los últimos años han disminuido la precipitación en la parte alta de la cuenca del río Nazas, sobresalen los ocurridos en los periodos 1954-1956, 1974-1975, 1988-1989 y 199-1999 (figuras 9 y 10). De igual manera, las precipitaciones más altas en las últimas cinco décadas (1950-2000) se atribuyen a eventos del ENSO en su fase cálida, en particular los registrados en 1968,1973, 1977, 1981, 1987, 1992 y 1997 (Figura 10).
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Descroix et al. (1997) señalan que por su ubicación cercana al litoral Pacífico del continente americano, la región hidrológica 36 es susceptible a la influencia de ENSO. En los últimos 50 años se identificaron periodos calificados como fríos, es decir años La Niña: 1950, 1954-1956, 1974-1975, 1984-1985 y 1998-1999 con escasa precipitación. En 1993 y 1994 se presentó una fuerte escasez del agua en el norte de México, a consecuencia de un evento El Niño, cuyo déficit representó de 40 a 50% de la pluviometría en la RH 36. Derivado de una intensa sequía en 1995 y 1996 atribuible al evento La Niña, los estados de Chihuahua, Coahuila y Durango perdieron de 10 a 25% de su ganado vacuno, la presa Lázaro Cárdenas registró el volumen de agua más bajo en junio de 1996 y la superficie irrigada en La Comarca Lagunera se redujo a la mitad, para el ciclo agrícola de mismo año (Descroix et al., 1997 y Trenberth, 1997).
En general, los eventos El Niño se presentan con mayor frecuencia que los de La Niña; así, en el intervalo 1950-1998 se tuvo un total de 12 episodios El Niño y nueve La Niña (Trenberth, 1997).
La precipitación en la parte alta de la cuenca disminuyó de manera importante para los periodos 1974-1975 y 1988-1989, cuya reducción en el primero fue la más intensa en los últimos 250 años (Figura 10). El lapso 1954-1956, por su duración, se considera como uno de los eventos La Niña con mayores impactos en la precipitación (Figura 8). De acuerdo con los registros de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA, por sus siglas en inglés) en el intervalo 1950 a 1991, los eventos La Niña de más duración se observaron en los años 1955 - 1956 y 1974-1975 (figuras 9 y 10).
Análisis espectral
Mediante el análisis espectral de coherencia de ondeletas se examinó la influencia del ENSO sobre la lluvia para la región alta de la cuenca del río Nazas, al comparar la serie de precipitación reconstruida y los índices del Niño 3.4 (Figura 11).
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El espectro de ondeleta para la precipitación reconstruida (Figura 11a) muestra áreas significativas (p<0.05) que corresponden a lapsos de dos años (1905, 1932, 1988-1990), de cuatro (1928-1932, 1974-1976 y 1990-1998) y de seis a ocho (1905-1930); mientras que, en el espectro de ENSO (Figura 11b) se aprecia su ciclo irregular de dos a siete años para los intervalos 1912-1922, 1936-1940, 1942-1960, 1968-1975 y 1978-2000. Estos resultados son difíciles de interpretar en el contexto de asociación entre ambas variables; aunque las áreas significativas mencionadas indican períodos de sequía o lluviosos y de ocurrencia o ausencia de ENSO. Así, las situaciones implicadas y la asociación entre estas variables pueden identificarse mediante el análisis de coherencia de ondeletas (Figura 12). Para la centuria de 1900 a 2000, se aprecian áreas significativas de coherencia entre precipitación reconstruida y el índice ENSO 3.4 para frecuencias de 1 a 30 años.
Figura 12. Dominio de coherencia de ondeleta entre la precipitación reconstruida y los índices de ENSO 3.4.
Figure 12. Wavelet coherence dominion relative to reconstructed precipitation series, and ENSO 3.4 index.
A partir de este análisis es posible discutir y apoyar las siguientes interrogantes: 1) ¿El fenómeno ENSO influye en la variabilidad de la precipitación en la parte alta de la cuenca del río Nazas? y 2) ¿En qué años y con qué periodicidad?
En la Figura 12 las manchas rojas, delimitadas por una línea negra, indican la presencia de una relación significativa (p<0.05) entre ambas variables. Las flechas horizontales hacia la derecha señalan que ambos fenómenos están en fase o relación positiva y las dirigidas hacia la izquierda que están en antifase o relación negativa. Por su parte, las flechas en posición vertical muestran que los fenómenos están desfasados.
]]> Es notable la coherencia significativa entre la precipitación reconstruida y el índice ENSO 3.4 durante el periodo 1900-1950 a frecuencias de uno a 14 años, en especial cuando ambos fenómenos coinciden en fase; así como, el de 1986 - 2000 a frecuencias de uno a dos y seis a ocho años. En consecuencia, es probable que los intervalos secos y lluviosos ocurridos de 1900 a 1950 y de 1986 a 2000 en la parte alta de la cuenca del río Nazas hayan sido influenciados, de m a n e ra significativa, por la ocurrencia de ENSO en períodos de uno a 14 y seis a ocho años, respectivamente.De 1970 a 1974, las frecuencias de cinco a seis años indican significancia cuando ambas variables entran en fase. Para estos años el ENSO incidió de modo importante a frecuencias de cinco a seis años. En el lapso de 1951-1969 no se aprecia una asociación significativa (p>0.05). Una explicación es que el efecto de dicho fenómeno en modular la precipitación de la década de 1950 no influyó en gran medida para esta parte de la cuenca; no obstante, es un periodo que registra la sequía más importante de los pasados cuatro siglos para esta región del norte de México, debido a los 16 años con precipitaciones menores a la media.
Lo anterior se atribuye a que en la década de 1950 l o s eventos del ENSO no provocaron disminuciones o incrementos significativos en la precipitación. Por su parte, Trenberth (1997) indica que en ese decenio la presencia de dos de los eventos más intensos del ENSO en su fase fría (La Niña), 1950-1951 y 1954-1956, propiciaron importantes reducciones en precipitación, que para esta parte del país incidieron en su variabilidad, aunque no de manera significativa.
La presente investigación muestra el potencial de los estudios dendrocronológicos para analizar, desde una perspectiva histórica, el comportamiento y la variabilidad interanual y multianual de fenómenos atmosféricos circulatorios como el ENSO y sugiere la necesidad de crear cronologías regionales que involucren el mayor número de series de tiempo dendrocronológicas para lograr un mejor conocimiento de este y de otros fenómenos atmosféricos y de sus teleconexiones moduladoras del clima.
Conclusiones
La reconstrucción de la precipitación invierno-primavera (noviembre-junio), para la parte alta de la cuenca del río Nazas permitió observar y analizar la variabilidad registrada en los cuatro siglos recientes (1599-2008), así como la influencia del ENSO en la precipitación y el impacto en el desarrollo social y económico de La Comarca Lagunera, región que de manera histórica ha dependido de los volúmenes de agua disponibles en dicha cuenca.
La variabilidad de la precipitación reconstruida indica la presencia de sequías severas en los periodos 1665-1688, 1695-1718, 1774-1791, 1798-1813, 1890-1896 y 1945-1963; aunque las más intensas ocurrieron en las décadas de 1780, 1890 y 1950. La peor sequía de los últimos 400 años detectada en la reconstrucción y en registros climáticos para la región ocurrió en la década de 1950. Esta provocó desempleo, migración y movilizaciones campesinas; sin embargo, los problemas económicos y de empleo se acentuaron de modo especial en La Comarca Lagunera, donde, por la insuficiencia de agua, se paralizaron las labores agrícolas, se incrementó la emigración y se inició una lucha campesina que se prolongó hasta principios de 1960.
En la parte alta de la cuenca del río Nazas la precipitación es modulada por ENSO, tanto en su fase fría (La Niña), con intensas sequías, como en su fase cálida (El Niño), que propicia incrementos en la lluvia de la región. En los periodos 1974 - 1975 y 1988 - 1989 la fase fría de ENSO originó una disminución de la precipitación a un nivel sin precedente en los últimos 250 años. De igual manera, en los años de 1987, 1992 y 1997 la fase cálida de ENSO propició importantes aumentos en la precipitación.
El análisis espectral de coherencia de ondeleta para las variables precipitación reconstruida e índices de ENSO 3.4 en los 100 años recientes (1900 - 2000) indicó que durante el intervalo 1900 - 1950 el ENSO incidió de forma significativa (p<0.05) en la variabilidad de la lluvia a frecuencias de uno a 14 años y de 1986-2000 a frecuencias de uno a dos y de seis a ocho años.
]]> El fenómeno ENSO explica la variabilidad de la precipitación en el norte de México, hecho que fundamenta la sugerencia de ampliar este tipo de estudios a otras regiones y analizar las teleconexiones y el impacto potencial a corto y mediano plazo que pudiera tener este fenómeno en la disponibilidad de los recursos hídricos, en particular, al considerar su variabilidad en el tiempo y las modificaciones que el calentamiento global pudiera ejercer en su comportamiento.
Agradecimientos
Esta investigación fue posible gracias al financiamiento otorgado por los fondos SEP-CONACYT a través del proyecto "Estudio de la relación clima- incendios en el norte-centro de México" y el Instituto Interamericano para la Investigación del Cambio Climático (IAI) por medio del proyecto CRN # 2047 "Documentación, entendimiento y proyección de los cambios en el ciclo hidrológico en la cordillera americana".
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