Reconstrucción de precipitación invierno-primavera para el Parque Nacional Pico de Tancítaro, Michoacán

Winter-spring precipitation reconstruction for the Pico de Tancítaro National Park, Michoacán

Julián Cerano Paredes* José Villanueva Díaz* Rosalinda Cervantes Martínez* Lorenzo Vázquez Selem** Ramón Trucios Caciano* y Vidal Guerra de la Cruz***

* INIFAP CENID-RASPA, Km 6.5 margen derecha del Canal Sacramento, 35140, Gómez Palacio, Durango, México. E-mail: cerano.julian@inifap.gob.mx; villanueva.jose@inifap.gob.mx; cervantes.rosalinda@inifap.gob.mx; trucios.ramon@inifap. gob.mx

*** INIFAP-Tlaxcala, Km. 2.5 Carr. Tlaxcala-Chiautempan, Col. Industrial Sta. Chiautempan, 90800, Tlaxcala, México. E-mail: guerra.vidal@inifap.gob.mx

Recibido: 16 de enero de 2012.
Aceptado en versión final: 1 de abril de 2013.

Resumen

Desde la perspectiva del recurso hídrico, el Pico de Tancítaro representa una riqueza hidrológica para la región y el principal elemento para su desarrollo económico. Los registros climáticos instrumentales son muy cortos y los estudios dendroclimáticos que permitan analizar su variabilidad en el tiempo son nulos. En este contexto, este trabajo se planteó como objetivos: a) reconstruir la variabilidad de la precipitación para el Pico de Tancítaro con base en los anillos de crecimiento de Abies religiosa y b) determinar frecuencias importantes en la variabilidad climática de la región. Mediante técnicas dendrocronológicas estándar se logró fechar al año exacto cada uno de los crecimientos de 25 muestras (p<0.05). Se reconstruyó la variabilidad de la precipitación de finales del siglo XIX a la primera década del siglo XXI (1884-2010, 127 años). Las sequías más intensas reconstruidas para el oeste del estado de Michoacán se registraron en los periodos 1890-1896, 1948-1957, 1968- 1971, 1982-1989 y 1998-2010. El intervalo de tiempo 1960-1966 representa el periodo más húmedo de los últimos 127 años. Se identificó que la recurrencia de intensas sequías multianuales (1891-1896, 1942-1956 y 1998-2010) es de 42 a 43 años, mismas que están relacionadas con frecuencias significativas (p<0.05) de 42 años.

Palabras clave: Pico de Tancítaro, dendrocronología, sequías, Abies religiosa.

From the water resource perspective, the Tancítaro Peak is the most important hydrologic wealth for the region and a chief element for the economic development. The instrumental records of climate are very short and paleoclimatic studies dealing with rainfall variability are non existent. The objectives of this study were: (1) to reconstruct the variability of precipitation for the Tancítaro Peak based on growth rings of Abies religiosa; (2) to determine important frequencies on climate variability of the region. Using standard dendrochronological techniques 25 samples were accurately dated (p<0.05). Precipitation variability was reconstructed for the last years of XIX century to first decade of XXI century (1884-2010, 127 years). The most severe droughts reconstructed for the western Michoacan state were reconstructed for the periods 1890-1896, 1948- 1957, 1968-1971, 1982-1989 and 1998-2010. The period 1960-1966 represents the wettest period of the last 127 years. Severe multi-annual droughts (1891-1896, 1942- 1956 y 1998-2010) have recurrence of 42 to 43 years, and are related to a significant frequency (p<0.05) of 42 years.

Key words: Tancítaro Peak, dendrochronology, droughts, Abies religiosa.

INTRODUCCIÓN

El agua es un recurso vital para todos los procesos biológicos (Fuentes y Bocco, 2003; Toledo, 2006). Sin embargo, su utilidad en los procesos humanos productivos ha ocasionado que también sea fuente de conflictos de la era moderna (Ortiz et al., 1998).

En la mayor parte del país la presión sobre el recurso hídrico va de media a fuerte. Aunque la disponibilidad de agua actualmente asciende a 4 841 m³/hab, las cifras muestran un panorama nacional difícil de resolver, en el que el manejo del agua debería involucrar aspectos relacionados con su vulnerabilidad, enfocados a una mejor administración de este recurso (CNA, 2002).

Para el caso de Michoacán, la Comisión Nacional del Agua (CNA) clasifica a la región del Balsas con una presión media a fuerte de su recurso hídrico y con una disponibilidad natural base media per cápita de 2 844 m³; es decir, poco más de la mitad del promedio nacional. Michoacán comparte con los estados vecinos las regiones hidrológicas de los sistemas Armería-Coahuayana, Lerma-Santiago, Costa de Michoacán, Balsas y Costa Grande. De éstos, una de las cuencas de mayor relevancia por su extensión y significado, tanto socioeconómico como ambiental en el ámbito nacional y estatal, es la del río Balsas, a la cual pertenece el Pico de Tancítaro (INEGI-SEMARNAP, 1997).

El Pico de Tancítaro da origen a 16 cuencas hidrográficas, cuya configuración en el Parque Nacional del mismo nombre, refleja una distribución centrípeta de éstas, en el macizo volcánico, resultado de la configuración casi cónica del relieve, lo que permite una disponibilidad de agua para toda la región (Fuentes y Bocco, 2003). Desde la perspectiva del recurso hídrico, el Pico de Tancítaro constituye la base para el desarrollo de por lo menos 40 000 habitantes en 82 poblaciones y comunidades que se dedican al cultivo de aguacate, durazno, manzana, pera, agricultura de temporal y ganadería extensiva. La producción de aguacate de exportación en esta zona es la más importante del país y se le conoce como el corredor aguacatero de Uruapan (Torres y Bocco, 1999).

El Pico de Tancítaro representa una riqueza hidrológica para la región y un elemento fundamental en su desarrollo económico, por lo que el análisis histórico de su variabilidad climática es de la mayor importancia. Sin embargo, el registro de las variables climáticas por microrregiones es deficiente, dado que no existen actualmente estaciones dentro del parque nacional y las localizadas en los alrededores carecen de registros extensos y de calidad (IMTA, 2009).

En este contexto, los registros de los anillos de los árboles pueden ser empleados para recuperar información climática del pasado en una escala de resolución anual. Este trabajo tuvo como objetivos: a) reconstruir la variabilidad de la precipitación invierno-primavera para el Pico de Tancítaro basándonos en los anillos de crecimiento anual de Abies religiosa; b) analizar la variabilidad de la precipitación del siglo XX y primera década del siglo XXI, y c) determinar frecuencias importantes de eventos extremos en la variabilidad climática de la región.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área en estudio

El Parque Nacional Pico de Tancítaro se localiza en la parte centro occidente de México, en el oeste del estado de Michoacán, entre las coordenadas º19 20'00"y 19º 32"00" N, 102º 13'05"y 102º 23'05" W (Figura 1). Es el área Natural Protegida (ANP) más grande y de mayor elevación del estado, con más de 23 000 ha y un rango altitudinal de 2 200 a 3 860 msnm, enclavada en la cadena montañosa del Eje Neovolcánico Transversal. Comprende los municipios de Tancítaro, San Juan Nuevo Parangaricutiro, Peribán de Ramos y Uruapan (INEGI, 1996).

Etapa de campo

Basándonos en recorridos previos se seleccionaron rodales de Abies religiosa en el área en estudio, en los cuales se tomó un total de 42 muestras, 23 de árboles vivos con el apoyo de taladros de Pressler y 19 secciones transversales de árboles muertos (trosas tiradas y tocones) con una motosierra STIHL modelo MS 660 (Figura 2). Las muestras se etiquetaron con información específica del árbol y del sitio para una mejor interpretación de resultados en laboratorio.

Las muestras se prepararon para su análisis en el Laboratorio de Dendrocronología del CENID-RASPA, INIFAP, localizado en Gómez Palacio, Durango, con diferentes grados de lijas (de 120 a 1 200) para resaltar las estructuras de crecimiento anual y facilitar el análisis microscópico. Cada uno de los anillos de crecimiento fue fechado al año exacto de formación mediante la técnica dendrocronológica estándar denominada "Fechado Cruzado" (Cross Dating, en inglés), principio de la dendrocronología que permite determinar el año exacto de formación de cada anillo con base en la similitud de los patrones de crecimiento, esta técnica es imprescindible cuando las mediciones del ancho de los anillos son comparadas con variables climáticas (Stokes y Smiley, 1995). Cada anillo anual de crecimiento se midió individualmente empleando un sistema de medición VELMEX con precisión de 0.001 mm conectado a una computadora donde se almacenan las bases de datos (Robinson y Evans, 1980).

El fechado, calidad de la respuesta climática y exactitud de la medición de cada anillo se verificó con el programa COFECHA (Holmes, 1983). Las tendencias biológicas y geométricas no relacionadas con clima, se removieron con el programa ARSTAN, al insertar una curva exponencial negativa o línea recta a la serie de medición y luego al dividir cada valor anual de medición entre el valor obtenido de la curva (Cook y Holmes, 1984). La función utilizada por ARSTAN para la estandarización aplicando el modelo de la curva exponencial negativa es la mencionada por Fritts et al. (1969).

donde:

Qt = Valor promedio proyectado (amplitud de anillo proyectada al tiempo t).

a, b y k = Coeficiente de regresión estimados para cada especie.

t = Tiempo.

e = Base de logaritmos naturales.

y el ajuste lineal donde b₀ es el intercepto y b₁ es la pendiente es el indicado por Holmes (1994).

Al dividir el valor real del ancho del anillo entre el valor correspondiente de la curva o el crecimiento esperado por el modelo, se genera el índice de crecimiento.

donde:

I = índice de ancho de anillo o índice de crecimiento.

W = Ancho de anillo (incremento anual).

Y = Ancho de anillo proyectado.

De esta manera se generó una serie de índices normalizados (cronologías) con media 1.0 y varianza homogénea (Cook, 1987; Fritts, 2001). La cronología (serie de índices) se comparó con datos regionales de precipitación y temperatura de las estaciones más cercanas al área en estudio, con los registros más completos y considerando una elevación lo más aproximada al área en estudio (Tabla 1). Los datos se extrajeron del programa Extractor Rápido de Información Climatológica III (ERIc), (IMTA, 2009). Dado que las estaciones tanto de precipitación (Tabla 1) como las de temperatura, mostraron de manera individual una correlación positiva con la cronología, indicando una variabilidad climática común, se combinaron y se generaron bases de datos regionales para el análisis dendroclimático.

Para determinar la influencia de la variabilidad climática en el crecimiento anual de Abies religiosa, se empleó el análisis de "Función de Respuesta", el cual se generó mediante análisis de correlación entre los índices de anillo y los datos observados regionales de precipitación y temperatura, y se verificó con el programa PRECON (Fritts, 1999).

La ecuación de transferencia se validó para el periodo total de datos de precipitación disponibles. Esta ecuación fue utilizada para desarrollar la reconstrucción de precipitación en la longitud total de la serie dendrocronológica. A la serie de alta frecuencia (resolución anual) se le ajustó un Spline cúbico (k-3) con una rigidez de cinco años (baja frecuencia) adecuado para series dendrocronológicas que permite resaltar eventos secos y lluviosos (Cook y Peters, 1981). Los periodos de sequía detectados en la reconstrucción se validaron con documentos históricos y estudios dendrocronológicos desarrollados para el norte y centro de México.

Finalmente se aplicó un análisis espectral a la serie de precipitación reconstruida para por medio de gráficos de densidad espectral versus frecuencia, identificar las frecuencias dominantes o recurrencias de anomalías en la serie paleoclimática.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

De un total de 42 series de crecimiento (53% de árboles vivos y 47% de árboles muertos y madera semienterrada) de Abies religiosa, 25 muestras se lograron fechar al año exacto de su formación. Los resultados de COFECHA indicaron una intercorrelación significativa entre series (r= 0.473; p<0.01). Dado que el programa establece para el exacto fechado y calidad de la respuesta climática como mínima correlación significativa entre series de crecimiento r= 0.3281 (p<0.01), (Holmes, 1983), se puede concluir que las series de Abies religiosa tienen potencial para ser consideradas proxy de la variabilidad climática de la región.

Se generó una cronología o serie de tiempo para los últimos 127 años que cubre el periodo de 1884 a 2010, la cual indica una gran variabilidad interanual y decadal (Figura 3).

Función de respuesta

La respuesta del crecimiento de coníferas a la precipitación invernal en México y suroeste de los Estados Unidos de America, ha sido corroborado por diversos estudios paleoclimáticos (Stahle et al., 1999; Díaz et al., 2002; Cleaveland et al., 2003; Constante et al., 2009; Cerano et al., 2009 y 2011b).

Con respecto a la temperatura se encontró una relación significativa (p<0.05) de la temperatura media y mínima de los meses de enero y febrero (Tabla 2), en el crecimiento anual de Abies religiosa. Así mismo, la temperatura media y mínima del mes de mayo influye de forma altamente significativa (p<0.01) en el crecimiento anual (Tabla 2). Un estudio exploratorio al oriente del estado de Michoacán para conocer la relación entre el crecimiento de Abies religiosa y el clima, reporta correlación significativa de la temperatura media y mínima de los meses de enero y febrero sobre el crecimiento anual (Huante et al., 1991). La temperatura invernal influye de manera significativa en el crecimiento de Abies religiosa, aunque la precipitación es la principal variable que limita su crecimiento y la lluvia de invierno-primavera representa el periodo más importante.

Reconstrucción de la precipitación

Al relacionar el periodo de lluvia estacional eneromayo con el índice de ancho de anillo para el periodo común (1979-1995) se observó una relación altamente significativa (r = 0.81; p<0.001), (Figura 4b), lo que indica potencial para generar un modelo de regresión y reconstruir la variabilidad de la precipitación invierno-primavera para la longitud total de la cronología (Figura 4c, 127 años.

Calibración y verificación

Los resultados del modelo indican una r= 0.84 (r²= 0.71, p<0.05) entre la precipitación observada y la reconstruida, lo cual explica 71% de la variabilidad de la precipitación para el periodo de calibración. La verificación presentó una r= 0.77 y explica 59% (r²= 0.59, p<0.05) de la variabilidad. La correlación entre el periodo total de precipitación observada y la reconstruida fue de r= 0.81 (r²= 0.66, p<0.001), (Figura 5a).

Debido a que los subperiodos con los cuales se realizó tanto la calibración como la verificación del modelo mostraron una asociación significativa, se utilizó el periodo total de datos climáticos disponibles (1979-1995) para generar la ecuación de reconstrucción, que mostró una r= 0.81 (r²= 0.66, p<0.001), (Tabla 3).

La subrutina VERIFY5 del DPL indicó que tanto la calibración como la verificación pasaron la prueba de significancia (p<0.05) para la correlación, reducción de error, valor de "t" y primera diferencia significativa (Tablas 4). El modelo de regresión obtenido para el periodo 1979-1995 se consideró estadísticamente válido para reconstruir la precipitación en el periodo total de la serie dendrocronológica (1884-2010).

El modelo bivariado utilizado fue el siguiente:

donde:

Y_t = Valor de la precipitación (mm) enero-mayo para un año específico.

X_t = índice de anillo total para un año específico.

Se reconstruyó la variabilidad de la precipitación de finales del siglo XIX a la primera década del siglo XXI (127 años, 1884-2010) para el Pico de Tancítaro, Michoacán. La precipitación indica una gran variabilidad interanual y decadal (Figura 5b). Las sequías más intensas reconstruidas para la región oeste del estado de Michoacán, se registraron en los periodos 1890-1896, 1948-1957, 1968-1971, 1982-1989 y 1998-2010, este último representa 13 años de reducida precipitación donde únicamente el 2004 rebasa la precipitación media (Figura 5b). De igual manera, se reconstruyeron periodos húmedos, el intervalo de tiempo 1960-1966 representa el periodo más húmedo de los últimos 127 años (Figura 5b).

Reconstrucciones paleoclimáticas generadas para el centro de México (Puebla, Tlaxcala, Guanajuato y Querétaro) reportan intensas sequías en periodos similares, en las décadas 1890, 1950, 1970, 1980 y 1990 (Therrell et al., 2006; Cardoza, 2010; Cortés et al., 2010; Stahle et al., 2011). Se observa una misma variabilidad, lo cual se atribuye a que fenómenos climáticos comunes modulan las condiciones climáticas en la región centro de México.

Las sequías de finales del siglo XIX (1890- 1896), mediados de siglo XX (1948-1957) y la sequía de finales del siglo XX y principios del XXI (1998-2010), representan intervalos de tiempo con sequías importantes tanto por su extensión en el tiempo como por su intensidad y estragos en la sociedad (Figura 5b).

La sequía reconstruida para la región del Tancítaro a finales del siglo XIX, es un periodo reportado en otros trabajos como sequía severa tanto para el norte de México (Cerano et al., 2011b) como para el centro del país (Escobar, 1997; Therrell et al., 2006) con fuertes estragos sobre la agricultura.

A diferencia de los trabajos paleoclimáticos generados para el centro del país, los anillos de crecimiento de Abies religiosa en el Pico de Tancítaro muestran una fuerte disminución en crecimiento en la década de 1940 (Figura 5b y 6). Lo anterior puede confundirse con una disminución en la lluvia, sin embargo, esto es consecuencia de la erupción del volcán Paricutín (situado a 10 km al NW de la cima del Tancítaro), que estuvo activo en 1943-1952, con mayor actividad en 1943-1948, provocando una supresión en el crecimiento y cambios en la estructura anatómica de los anillos de anuales (Figura 6). Esto mismo fue observado en anillos de crecimiento de pino de la misma zona por Sheppard et al. (2008).

La sequía de mediados del siglo XX, que para la región de Tancítaro se observa entre 1948 y 1957, se considera como una de las sequías más intensas registrada desde el sur de Estados Unidos (Stahle 2003; Cerano et al., 2011a) y centro de México (Therrell et al., 2006; Cardoza, 2010; Stahle et al., 2011). De igual manera, historiadores reportan este periodo como intensa sequía a nivel nacional, propiciando en particular para la región norte del país, un incremento significativo de la migración a los Estados Unidos (Florescano, 1980; Figura 5b).

Otro periodo que es importante destacar por su efecto en la región es la sequía de 1968-1971 (Figura 5b), fuerte sequía que se acompañó de un severo ataque de defoliadores sobre los bosques de la región que magnificó la disminución en los incrementos anuales (Méndez y Tovar, 1985). Huante et al. (1991) reportan bajos índices de crecimiento en anillos de Abies religiosa en el oriente de Michoacán durante el mismo periodo.

La sequía registrada en 1998-2010, representa 13 años de una progresiva disminución en las condiciones de lluvia en la región. Para el siglo XX y principios del siglo XXI, las sequías de los años cincuenta y 1998-2010 son los eventos extremos (sequías) más severos para la región de Tancítaro en los últimos 127 años.

Basados en datos instrumentales como precipitación, temperatura y el índice de Severidad de Sequía de Palmer (PDSI, por sus siglas en inglés), Stahle et al. (2009) indican que las sequías más intensas que han asolado el sur de los Estados Unidos y la mayor parte de México durante el siglo XX y principios del siglo XXI, se registraron en la década de los cincuenta y en el periodo 1999-2004, cuyos efectos tuvieron una intensidad e impacto sobre la sociedad muy similar.

Los gráficos de densidad espectral versus frecuencia, permiten observar las frecuencias dominantes de las anomalías en la serie dendroclimática (Figura 7). La Figura 7 presenta información útil sobre las frecuencias significativas (p<0.05) contenidas en la serie analizada, pero no indica en qué tiempo ocurrieron dichas frecuencias.

Para la región de Tancítaro se identificaron importantes frecuencias significativas (p<0.05) en la serie dendroclimática, ciclos de 3.6, 5.5, 7, 10, 11, 16, 18, 21, 25 y 42 años (Figura 7). La variabilidad climática reconstruida, cuyas frecuencias se observan entre 3.7 a 7 años, puede estar relacionada con la variabilidad del fenómeno de El Niño Oscilación del Sur (ENSO, por sus siglas en inglés) que presenta un ciclo errático de dos a siete años (MacMynowski y Tziperman, 2008). Las frecuencias de 42 años (p<0.05) se relacionan con la recurrencia de sequías intensas para la región de Tancítaro, Michoacán, dado que las sequías más importantes se observan para los periodos 1891-1896, 1942-1956 y 1998- 2010, que presentan un intervalo de recurrencia aproximado de 42 a 43 años.

Un estudio reciente sobre la recurrencia de sequías para el norte de México, determinó que en los últimos 600 años el norte del país se ha visto afectado por fuertes sequías con intervalos de 50 años aproximadamente, cada finales e inicios de siglo y mediados de siglo (Cerano et al., 2011a). Las sequías más severas reconstruidas para la región de Tancítaro (1890-1896, 1948-1957 y 1998-2010) presentan una temporalidad similar, indicando una misma variabilidad, lo que puede atribuirse a que fenómenos climáticos comunes en periodos específicos modulan la variabilidad climática a gran escala (norte y centro de México).

CONCLUSIONES

La reconstrucción de precipitación generada representa la primer serie dendroclimática para la región del Pico de Tancítaro, en el occidente de Michoacán, que ha permitido analizar la variabilidad de la precipitación a nivel anual y decadal de los últimos 127 años. Se reconstruyeron fuertes sequías para los periodos 1890-1896, 1948-1957, 1968- 1971, 1982-1989 y 1998-2010. El intervalo de tiempo 1960-1966 representa el periodo más húmedo de los últimos 127 años. Las sequías más severas para esta región (1890-1896, 1948-1957 y 1998-2010) se han reportado en otros trabajos paleoclimáticos tanto para el centro como para el norte del país, lo que indica que fenómenos climáticos de circulación general en periodos específicos afectan a gran escala.

La serie dendroclimática muestra frecuencias significativas (p<0.05) de 3.6 a 7 años, que pueden estar relacionadas con la variabilidad del fenómeno de El Niño Oscilación del Sur que presenta un ciclo errático de dos a siete años. Las sequías más severas para la región de Tancítaro, Michoacán (1891- 1896, 1942-1956 y 1998-2010) presentan una recurrencia aproximada de 42 a 43 años, eventos relacionados con las frecuencias dominantes de 42 años (p<0.05) y con una cobertura a gran escala.

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), a través del proyecto CRN # 2047 "Documentación, Entendimiento y Proyección de los Cambios en el Ciclo Hidrológico en la Cordillera Americana".

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Cómo citar: Cerano Paredes, J., J. Villanueva Díaz, R. Cervantes Martínez, L. Vázquez Selem, R. Trucios Caciano y V. Guerra de la Cruz (2014), "Reconstrucción de precipitación invierno-primavera para el Parque Nacional Pico de Tancítaro, Michoacán", Investigaciones Geográficas, Boletín, núm. 83, Instituto de Geografía, UNAM, México, pp. 42-55, doi: 10.14350/rig.35190.