Effects of the El Niño Southern Oscillation on precipitation in the upper Nazas river watershed
Julián Cerano-Paredes1¶; José Villanueva-Díaz1; Ricardo D. Valdez-Cepeda2; José Guadalupe Arreola-Ávila3; Vicenta Constante-García1
1 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Centro Nacional de Investigación Disciplinaria Relación Agua-Suelo-Planta-Atmósfera. km 6.5 Margen Derecha Canal Sacramento, C. P. 35140. Gómez Palacio, Durango. MÉXICO. Correo-e: cerano.julian@inifap.gob.mx (¶Autor para correspondencia).
2 Centro Regional Universitario Centro Norte, Universidad Autónoma Chapingo. Apdo. Postal 196. Calle Cruz del Sur Núm. 100, Col. Constelación. C. P. 98085, Zacatecas, Zac. MÉXICO.
3 Unidad Regional Universitaria de Zonas Áridas, Universidad Autónoma Chapingo. Domicilio conocido. C. P. 35230. Bermejillo, Durango. MÉXICO.
]]>Recibido: 14 de septiembre, 2010
Aceptado: 23 de mayo, 2011
RESUMEN
Con el objetivo de conocer el impacto de El Niño Oscilación del Sur en la parte alta del Nazas, se relacionaron las series de precipitación reconstruida y los índices de El Niño 3.4. Para tal efecto, se utilizaron gráficos de resolución anual y sus espectros potenciales de ondeleta. Los resultados indican que durante los últimos 100 años El Niño ha influido de manera significativa (P<0.05) la variabilidad de la precipitación, durante el periodo 1900-1950 a frecuencias de 1 a 14 años, de 1970 a 1974 a frecuencias de 5 a 6 años y durante el periodo 1986-2000 a frecuencias de 1 a 2 y 6 a 8 años. Los periodos secos y húmedos registrados en la parte alta de la cuenca del Río Nazas durante el período de 1900-2000, han sido influidos por la presencia de este fenómeno, tanto en su fase cálida (El Niño) como en su fase fría (La Niña).
Palabras clave: ENSO, variabilidad de la precipitación, sequía, sociedad, Comarca Lagunera.
ABSTRACT
The aim of this study was to determine the impact of the El Niño Southern Oscillation on the upper Nazas River watershed by correlating a reconstructed precipitation series with El Niño region 3.4 indices. For this purpose, annual resolution graphs and wavelet analysis were used. Results show that for the last 100 years El Niño has significantly (P<0.05) influenced precipitation variability, at frequencies of 1 to 14 years for the period 1900 to 1950, 5 to 6 years from 1970 to 1974, and 1 to 2 and 6 to 8 years from 1986 to 2000. The intensity of the dry and wet spells recorded in the upper Nazas River watershed from 1900 to 2000 were influenced by the warm (El Niño) and cold (La Niña) phases of the El Niño Southern Oscillation.
]]> Key words: ENSO, precipitation variability, drought, society, Comarca Lagunera.
INTRODUCCIÓN
Los episodios Cálido/El Niño y Frío/La Niña forman parte de un ciclo conocido como El Niño Oscilación del Sur (ENSO, por sus siglas en inglés). El Niño y La Niña son los ejemplos más evidentes de la variabilidad climática global siendo parte fundamental de un vasto y complejo sistema de fluctuaciones climáticas, con un intervalo medio de duración de cuatro años y un rango de 2 a 7 años (Trenberth, 1997).
En los últimos decenios se ha encontrado que gran parte de las fluctuaciones en la variabilidad climática está altamente relacionada con el fenómeno de ENSO (Díaz y Markgraf, 1992). En México, la variabilidad que el clima presenta año con año está en gran medida determinado por la ocurrencia del fenómeno ENSO (Magaña et al., 1999).
Estudios dendrocronológicos han demostrado que la variabilidad de la precipitación en el norte de México y suroeste de los Estados Unidos de América está ligada de manera significativa con el fenómeno del ENSO (Stahle y Cleaveland, 1993; Cleaveland et al., 2003; Villanueva et al., 2007, 2009; Cerano et al., 2009).
En el norte de México, el ENSO en su fase cálida (El Niño) se asocia a condiciones de alta precipitación en el invierno; mientras que el ENSO en su fase fría (La Niña) tiende a favorecer la presencia de inviernos más secos, propiciando fuertes sequías (Magaña et al., 2003; Caso et al., 2007).
El Río Nazas forma parte de la Región Hidrológica 36 (RH 36) una de las 37 regiones hidrológicas de México y a su vez una de las tres regiones endorreicas del norte de México (SARH, 1970; INEGI, 1980; Loyer et al., 1993). En el centro de la RH 36 se localiza la Comarca Lagunera, una importante región agrícola dedicada en un principio a la producción del algodón y reemplazada en los años 1980 por la producción de forrajes (esencialmente alfalfa de alto rendimiento). La superficie de riego de 160,000 ha depende de los escurrimientos procedentes de la cuenca alta del Río Nazas que nace en la Sierra Madre Occidental y que escurre a través del Río Nazas con un volumen anual de 109 m3·año-1 (Descroix et al., 1997).
El Río Nazas, fuente de vida para la Comarca Lagunera, ha presentado una gran variabilidad en los escurrimientos en los últimos cincuenta años, propiciando fuertes impactos en la población desde el punto de vista económico, político y social. Ante tal situación, los objetivos del presente trabajo fueron: 1) conocer el impacto del ENSO sobre la variabilidad de la precipitación en la parte alta de la cuenca del Nazas, en una escala de tiempo extensa, 2) determinar en qué años este fenómeno ha tenido un impacto significativo y 3) las periodicidades con que se registran, eventos que repercuten de manera directa en la disponibilidad de agua.
]]> MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
El área de estudio se localiza en la Sierra Madre Occidental en la parte alta de la Cuenca del Río Nazas, en el sitio denominado Ciénega de la Vaca, municipio de Tepehuanes, Durango (Figura 1).
El clima del área es templado subhúmedo con una precipitación total anual de 470 a 500 mm. La precipitación alcanza su nivel máximo en el verano con 369 mm (junio a septiembre), que representa un 78.5 % de la lluvia total anual. La temperatura media anual es de 10 oC. La mayor temperatura media mensual (30 oC), se registra en los meses de mayo y junio y la menor (-0.6 oC) en enero (IMTA, 2000).
Series utilizadas
Con base en técnicas dendrocronológicas estándar, los crecimientos anuales de Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco, se emplearon para reconstruir la variabilidad de la precipitación en la parte alta de la cuenca del Río Nazas para los pasados 410 años. Dicha especie es sensible a los cambios ambientales y, por lo tanto, con excelente potencial para reconstruir series paleoclimáticas (Stahle et al., 1998). La serie reconstruida de la variabilidad de la precipitación se empleó para analizar la influencia del ENSO en esta región del norte de México.
El fenómeno ENSO, además del componente oceánico (El Niño y La Niña), involucra a un componente atmosférico, medido por el Índice de Oscilación del Sur. El índice del ENSO se obtiene de la diferencia de presión entre Darwin (Australia), normalmente con presión más baja, y Tahití, normalmente con presión más alta. Esta especie de sube y baja en la presión, con períodos de dos a cuatro años, se denominó Oscilación de Sur. La diferencia entre la presión de ambos puntos se conoce como Índice de Oscilación de Sur (Fein y Stephens, 1987). Debido a la gran extensión del Océano Pacífico, la comunidad científica internacional lo ha dividido para su estudio y vigilancia, en cuatro regiones: Niño 1.2, Niño 3, Niño 4 y Niño 3.4 (Trenberth, 1997; Magaña et al., 1999).
Para analizar el impacto de ENSO en la variabilidad hidroclimática de la parte alta de la cuenca del Río Nazas, se relacionó la precipitación reconstruida y los índices 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.
]]> La serie de precipitación reconstruida se extiende para el período 1599-2008 (410 años); sin embargo, para este análisis sólo se empleó el período común con el índice ENSO 3.4 que comprende el período de 18942008 (115 años).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El Niño Oscilación del Sur
La precipitación reconstruida para la parte alta de la cuenca del Río Nazas y el índice ENSO 3.4 (enero-marzo), estimativo de la variabilidad del ENSO para los últimos 115 años (1894-2008), muestran una buena relación (Figura 2).
El índice ENSO 3.4 representa con sus valores mayores a la fase cálida del ENSO (El Niño) y con los valores menores a la fase fría del ENSO (La Niña). Lo anterior permite determinar que la parte alta de la cuenca del Río Nazas se vio afectada por una disminución en la precipitación a consecuencia de los efectos de La Niña, lo que propició las intensas sequías, trayendo como consecuencia, bajos volúmenes almacenados en las presas, con un impacto directo en la superficie cultivada en la Comarca Lagunera.
Análisis Espectral
Mediante el análisis espectral de coherencia de ondeletas se analizó la influencia del ENSO sobre la precipitación para la parte alta de la cuenca del Río Nazas, al asociar la serie de precipitación reconstruida y el índice ENSO 3.4 (Figura 3).
La asociación entre ambas variables y las situaciones implicadas pueden identificarse mediante el análisis de coherencia de ondeletas (Figura 4). Áreas significativas de coherencia entre precipitación reconstruida y el índice ENSO 3.4 se aprecian para el periodo de 1900 a 2000 a frecuencias de 1 a 30 años.
Este análisis permite discutir y soportar los siguientes cuestionamientos: 1) ¿Influye el fenómeno ENSO sobre la variabilidad de la precipitación en la parte alta de la cuenca del Río Nazas?, 2) ¿En qué años? y 3) ¿Con qué periodicidad?
En la Figura 4 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 indican que ambos fenómenos están en fase (que su relación es positiva); caso contrario, cuando las flechas se localizan hacia la izquierda sugieren antifase o relación negativa. Las flechas que se presentan en forman vertical indican que los fenómenos están desfasados.
Es notable la coherencia significativa entre precipitación reconstruida y el índice ENSO 3.4 durante el periodo 19001950 a frecuencias de 1 a 14 años, en especial cuando ambos fenómenos coinciden en fase, así como durante el período 1986-2000 a frecuencias de 1 a 2 y 6 a 8 años. Los periodos secos y húmedos ocurridos en la parte alta de la cuenca del Río Nazas de 1900 a 1950 y de 1986 a 2000 han sido influidos de manera significativa por la ocurrencia de ENSO, en períodos de 1 a 14 y 6 a 8 años, respectivamente.
De 1970 a 1974, las frecuencias de 5 a 6 años son significativas cuando ambas variables están entrando en fase. Para este periodo, el ENSO influyó de manera significativa a frecuencias de 5 a 6 años. En el período de 1951 a 1969 no se aprecia una asociación significativa (P>0.05).
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 años 1954-1956, 1974-1975, 19881989 y 1998-1999 (Figuras 2 y 5). De igual manera, las precipitaciones mayores en los últimos cinco decenios (1950-2000) se atribuyen a eventos del ENSO en su fase cálida, específicamente aquellos registrados en los años 1968, 1973, 1977, 1981, 1987, 1992 y 1997 (Figura 5).
Descroix et al. (1997) señalan que la ubicación de la Región Hidrológica 36, cerca del litoral Pacífico del continente americano, la hace susceptible a la influencia del ENSO. En los últimos 50 años se identificaron periodos calificados como fríos, tales como: 1950, 1954-1956, 19741975, 1984-1985 y 1998-1999, años clasificados como de escasa precipitación y, por ende, con impacto negativo en los niveles de las presas.
]]> La influencia de La Niña sobre la variabilidad de la precipitación parece casi opuesta a lo observado durante El Niño, aunque es importante señalar, los patrones en las anomalías no siempre son exactamente inversos, no siempre se producen incrementos o disminuciones significativas en la precipitación (Magaña et al., 1999).Por ejemplo, durante el período 1993-1996 se presentó una fuerte sequía en el norte de México, lo anterior a consecuencia de un evento El Niño (1993-1994), que registró un déficit del 40 a 50 % de la pluviometría en la RH 36 (un incremento no significativo en la lluvia), prolongando a una intensa sequía a consecuencia del evento La Niña en 1995-1996, los estados de Chihuahua, Coahuila y Durango perdieron de 10 a 25 % de su ganado vacuno; ello explica por qué el nivel de la presa "Lázaro Cárdenas" (almacenamiento de los escurrimientos de la parte alta de cuenca del Nazas) en junio de 1996 registró el menor en su historia y la superficie irrigada en la Comarca Lagunera se redujo a la mitad para el ciclo agrícola de 1996 (Descroix et al., 1997 y Trenberth, 1997).
La precipitación en la parte alta de la cuenca disminuyó significativamente para los periodos 19741975 y 1988-1989. La reducción en el primer periodo fue la más intensa en los últimos 250 años (Figura 5). El periodo 1954-1956, por su duración, se considera como uno de los eventos La Niña con mayores impactos en la precipitación (Figura 5). De acuerdo a los registros de la NOAA del período 1950 a 1991, los eventos La Niña de mayor duración se registraron en los años 1954-1956 y 1974-1975 (Figuras 2 y 5).
Trenberth (1997) señala que, en el decenio de 1950, la presencia de dos de los eventos más intensos del ENSO en su fase fría, 1950-1951 y 1954-1956, fueron eventos que propiciaron importantes reducciones en precipitación en esta parte del norte de México que, influyeron en la variabilidad de la precipitación, pero no de manera significativa.
Con base en el análisis de coherencia de ondeletas, el periodo de 1951 a 1969 no indica una asociación significativa (P>0.05) entre ambas variables, esto no implica que en el decenio de 1950 no se hayan registrado eventos del ENSO. Una explicación a lo anterior es que el efecto de dicho fenómeno en modular la precipitación de la década de 1950, no influyó de manera significativa para esta parte de la cuenca; no obstante, es un periodo que representa la sequía más importante de los pasados 400 años para esta región del norte de México, por el extenso periodo (16 años) con precipitaciones menores a la media.
Durante el decenio de 1950 se registraron cinco importantes eventos del ENSO, tres eventos El Niño (1951-1952, 1953, 1957-1958) y dos eventos La Niña (1950-1951, 1954-1956) (Trenberth, 1997 y Magaña et al., 1999). La combinación de esta variabilidad del ENSO pudo haber propiciado todo un decenio de precipitaciones muy por debajo de la media. Aunque estos eventos no representaron un incremento o decremento significativo, la combinación de ambos fenómenos propició la sequía más intensa de los pasados 400 años para la parte alta de la cuenca del Nazas, con intensas repercusiones en la sociedad de la Comarca Lagunera. Florescano y Swan (1995) señalan los años 1953, 1956 y 1957 con sequía severa y los ubican entre los siete años con menor precipitación en el siglo XX.
Las sequías de 1956 y 1957 ocasionaron desempleo y migración, así como movilizaciones campesinas. La sequía de 1956, afectó a más de 60,000 campesinos en el norte de México, lo que favoreció la emigración. El grado de afectación de esta sequía tuvo un impacto grave particularmente en la Comarca Lagunera al verse paralizadas las labores agrícolas ante la escasez de agua. En 1957, la sequía se agudizó y se extendió al centro de México e incrementó el desempleo y la emigración. Derivado de esta anomalía climática, en la Comarca Lagunera tuvo lugar una de las luchas campesinas más sobresalientes que se extendió hasta principio de los años 1960 (Florescano, 1980).
CONCLUSIONES
La precipitación en la parte alta de la cuenca del Río Nazas es modulada por ENSO, tanto en su fase fría al provocar intensas sequías, como en su fase cálida al propiciar incrementos importantes en la pluviometría de la región. La fase fría de ENSO provocó una disminución de la precipitación en los períodos 1974-1975 y 1988-1989, a un nivel sin precedente en los últimos 250 años. De igual manera, la fase cálida de ENSO ha propiciado, de manera reciente, incrementos importantes en la precipitación en los años 1987, 1992 y 1997.
]]> El análisis espectral de coherencia de ondeletas, para las variables precipitación reconstruida e índices del ENSO 3.4 en los últimos 100 años (1900-2000), indicó que durante el período de 1900-1950, el ENSO influyó de forma significativa (P<0.05) sobre la variabilidad de la precipitación a frecuencias de 1 a 14 años y de 1986-2000 a frecuencias en los rangos de 1 a 2 y de 6 a 8 años.
AGRADECIMIENTOS
Esta investigación fue posible gracias al financiamiento otorgado por 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, a su vez financiado por el US/National Science Foundation (Grant GEO-0452325).
LITERATURA CITADA
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