Reconstruction of winter-spring precipitation with annual rings of Pinus douglasiana in the Sierra de Manantlán Biosphere Reserve, Jalisco
Julián Cerano-Paredes1*; Jorge Méndez-González2; Abihail Amaro-Sánchez2; José Villanueva-Díaz1; Rosalinda Cervantes-Martínez1; Ernesto A. Rubio-Camacho3
1 INIFAP CENID-RASPA. km 6.5 Margen Derecha del Canal Sacramento. C. P. 35140. Gómez Palacio, Durango. México. Correo-e: cerano.julian@inifap.gob.mx Tel: (871) 159 01 04 (*Autor para correspondencia).
2 Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Calzada Antonio Narro núm. 1923 C. P. 25315. Buenavista, Saltillo, Coahuila, México.
3 INIFAP Campo Experimental Centro Altos de Jalisco. km 8 carr. Tepatitlán-Lagos de Moreno. C. P. 47600. Apartado postal 56. Tepatitlán, Jalisco. México.
]]>Recibido: 14 de febrero, 2013
Aceptado: 02 de octubre, 2013
Resumen
Se reconstruyó la precipitación invierno-primavera de 219 años (1792-2010) de la Reserva de la Biosfera Sierra de Manantlán (RBSM), Jalisco, México, empleando los anillos anuales de Pinus douglasiana (Mtz.) como "proxy". La sequía de mediados del siglo XX (1941-1963) fue la más severa del periodo estudiado. El índice multivariado de El Niño Oscilación del Sur (ENSO; 1959-2010) y el índice de ancho del anillo de P. douglasiana mostraron correlación significativa (r = 0.4542; P < 0.05) de los meses de enero-junio, con mayor correlación en los meses de enero (r = 0.4337; P < 0.0001) y marzo (r = 0.4310; P < 0.0001). Las teleconexiones de ENSO en la región varían a través del tiempo; de enero a junio, los eventos El Niño están asociados con precipitaciones mayores que el promedio, mientras que los eventos La Niña muestran lo contrario.
Palabras clave: Dendrocronología, lluvia, sequía, frecuencia.
Abstract
Winter-spring precipitation in the Sierra de Manantlán Biosphere Reserve (SMBR) in Jalisco, Mexico, was reconstructed for a 219-year period (1792-2010) using the annual rings of Pinus douglasiana (Mtz.) as proxy. The drought of the mid-twentieth century (1941-1963, 22 years) was the most severe of the study period. The multivariate El Niño Southern Oscillation index (MEI) (1959-2010) and the tree-ring width index of P. douglasiana showed significant correlation (r = 0.4542; P < 0.05) for the months of January-June, with higher correlation for the months of January (r = 0.4337; P < 0.0001) and March (r = 0.4310; P < 0.0001). ENSO teleconnections in the region vary over time; from January ño events are associated with higher than average rainfall, while La Niña events show the opposite.
]]> Keywords: Dendrochronology, rainfall, drought, frequency.
INTRODUCCIÓN
La dendrocronología emplea anillos anuales de crecimiento de árboles para reconstruir y analizar eventos pasados del clima (Stahle et al., 2011). Dicha disciplina se utiliza cada vez más para conocer la historia de las variaciones climáticas en escalas de tiempo mayor. La variabilidad del clima es uno de los temas más relevantes de las ciencias ambientales (Cerano et al., 2009), ya que permite determinar los patrones espacio-temporales, tendencias y posible comportamiento futuro (Cerano, Villanueva, Valdez, Méndez, & Constante, 2011b).
En México, la información climática instrumental disponible es reducida (de aproximadamente 70 años), lo cual limita conocer el comportamiento climático histórico (Cerano et al., 2011a; Díaz, Therrell, Stahle, & Cleaveland, 2002; Villanueva, Fulé, Cerano, Estrada, & Sánchez, 2009). El principal interés de generar nuevas cronologías se centra en ampliar la red de registros "proxy" que permitan generar información climática extensa, para conocer la frecuencia e intensidad de los eventos climáticos extremos (Cerano et al., 2011b; Fritts, 1991) y sus posibles impactos en los diversos sectores socioeconómicos del país.
La Reserva de la Biosfera Sierra de Manantlán (RBSM), por su gran extensión (139,500 ha), constituye el área natural protegida más importante del occidente de México. La reserva alberga gran riqueza de especies en sus bosques; adicionalmente, éstos desempeñan un importante papel como fuente de recursos hídricos, pues sus cuencas abastecen de agua a una población de más de 400,000 habitantes (Instituto Nacional de Ecología [INE], 2000). Dada la importancia de la RBSM, en el presente estudio se plantearon como objetivos: 1) Desarrollar la primera cronología de Pinus douglasiana (Mtz.), 2) Reconstruir la variabilidad climática histórica y 3) Evaluar la influencia del fenómeno El Niño Oscilación del Sur (ENSO) sobre la variabilidad de precipitación en la RBSM. Se plantea la hipótesis de que los anillos de crecimiento de P. douglasiana son un "proxy" que permiten reconstruir la variabilidad hidroclimática de la RBSM.
MATERIALES Y MÉTODOS
Caracterización del área de estudio
El área de estudio se localiza en el Cerro Alto Las Yeguas (19° 37´ N y 104° 14´ W), municipio de Autlán de Navarro, Jalisco, México. El clima del sitio es templado subhúmedo (Cw2) con precipitación superior a 700 mm y altitud de 600 a 2,160 m (Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática [INEGI], 2003) (Figura 1). Las especies vegetales representativas son P. douglasiana, P. oocarpa, P. herrerae y Quercus resinosa (INE, 2000).
]]> Reconstrucción de la variabilidad climática de la RBSMEn este estudio se seleccionaron 41 árboles de P. douglasiana, de los cuales se extrajeron de dos a tres núcleos de crecimiento (virutas) empleando taladro de Pressler (marca Haglof, Grupo Acción Forestal [GAFMEX], México). Las muestras se prepararon y prefecharon acorde con los métodos dendrocronológicos (Stokes & Smiley, 1995). La medición de los anillos anuales se realizó con un micrómetro (VELMEX, modelo TA4030H1-S6, Velmex Inc., New York, USA) con platina de fase deslizable y precisión de 0.001 mm (Robinson & Evans, 1980). La calidad del fechado y medición de las series de crecimiento se verificaron con el programa COFECHA (Holmes, 1983). Las cronologías se generaron con el programa ARSTAN (Cook & Holmes, 1984), el cual realiza la estandarización de series de crecimiento, eliminando la varianza debido a los factores biológicos y maximizando la señal climática.
El índice de ancho de anillo (IAA) (cronología residual) y la precipitación regional se utilizaron para generar el siguiente modelo y reconstruir la variabilidad de la precipitación de la RBSM:
yt = a + b*xt + ε
Donde:
Yt = Precipitación estacional (mm) en el año t
xt = Índice de ancho de anillo del año t
a y b = Parámetros de regresión
ε = Error experimental
La validación estadística se hizo calibrando el 50 % de los datos y verificándolos con el resto (Fritts, 1991). El análisis dendroclimático se hizo con los datos de precipitación de cuatro estaciones climáticas cercanas al área de estudio (Cuadro 1). Los datos se obtuvieron del programa ERIC III (Extractor Rápido de Información Climatológica) (Instituto Mexicano de Tecnología del Agua [IMTA], 2000). La precipitación reconstruida se suavizó (ajustando una curva decenal flexible) para resaltar periodos secos y húmedos. La magnificación de los periodos se realizó estandarizando y acumulando la precipitación, acorde con lo siguiente:
]]>
Donde:
xi = Valor de la precipitación (mm) en el año i
xmedia = Precipitación media (mm)
s = Desviación estándar de la precipitación (mm) del periodo 1792-2010.
La influencia de eventos océano atmosféricos del ENSO (Niño/Niña) sobre la variabilidad de precipitación de la RBSM se determinó con el análisis de correlación lineal (r = 95 %) entre IAA y MEI.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Un total de 46 núcleos de crecimiento de 24 árboles de P. douglasiana se fecharon generando una cronología de 219 años (1792-2010) con una correlación entre series de r = 0.4741 (P < 0.01). El programa COFECHA indica como correlación mínima aceptable r = 0.328 (P < 0.01), por lo tanto, la serie muestra una respuesta climática común aceptable (Holmes, 1983).
Relación índice del ancho de anillo-precipitación instrumental
]]> El IAA de P. douglasiana mostró una correlación positiva con la lluvia mensual. La correlación disminuyó significativamente desde enero (r = 0.55; P < 0.001) hasta mayo (r = 0.19; P < 0.01) (Figura 2A), incluso registrando correlación negativa (r = -0.13; P < 0.1) en noviembre. La precipitación estacional enero-mayo y el IAA mostraron la correlación más alta (r = 0.72; P < 0.0001) (Figura 2A y 2B). Lo anterior demuestra la influencia de la lluvia invernal sobre el crecimiento radial de P. douglasiana. La respuesta del crecimiento de coníferas a la lluvia invernal se ha discutido ampliamente en diversos estudios paleoclimáticos (Cerano et al., 2009, 2011a, &Burns, 2003; Díaz et al., 2002; Stahle & Cleaveland, 1993; Villanueva et al., 2009). La similitud observada entre el IAA y la precipitación (enero-mayo) en el periodo 1961-1996 (Figura 2C) indica que P. douglasiana tiene potencial para reconstruir la precipitación en la RBSM.Modelo para la reconstrucción de la precipitación en la RBSM
El modelo generado para la reconstrucción de la precipitación fue altamente significativo (P < 0.0001); su calibración (1981-1996) y verificación (1961-1980) (Cuadro 2; Figura 3) mostraron alta significancia estadística (P = 0.0001). El IAA explicó desde 45 % hasta casi 60 % de la lluvia invierno-primavera. La prueba de signos indicó concordancia general para medias y desviaciones de precipitación instrumental y reconstruida (P < 0.05) (Fritts, 1991). La prueba t de Student para medias apareadas entre ambas precipitaciones indicó que no difieren significativamente en el periodo 1961-2010 (t = 1.5-07; P = 1.000). La validez estadística del -104.3682 + 161.7881 * Xt + ε) se verificó y aplicó para reconstruir la precipitación en la longitud total de la cronología (1792-2010).
La mayor similitud entre precipitación observada y reconstruida se registró en el periodo de calibración (Figura 3A), exceptuando eventos aislados como 1981, 1983 y 1987 (Figura 3B) y coincidiendo con eventos extremos del ENSO (Niños). Este mismo patrón ha sido reportado por Díaz et al. (2002).
Análisis de variabilidad de la precipitación reconstruida
El gráfico de precipitación reconstruida muestra severas sequías en los periodos 1792-1810, 1856-1864, 1870-1877, 1908-1925, 1941-1963, 1987-1991 y 1998-2005 (Figura 4A). La sequía de mediados del siglo XX (1941-1963) representa el evento más severo y prolongado (23 años) de los últimos dos siglos en la RBSM. De igual manera se observan importantes eventos con precipitación por arriba de la media (1812-1818, 1831-1848, 1852-1855, 1904-1907, 1926-1932, 1964-1972, 1983-1984, 1996-1997 y 2006-2007). Los resultados indican que los periodos húmedos (determinados por Zi) en la RBSM disminuyeron tanto en intensidad (de +9.0 hasta 3.0 D. E. de Zi) como en duración (de 35 hasta 10 años) y que los eventos secos intensos (de -5 hasta -2.5 D. E de Zi) y prolongados (> 25 años) se registraron aproximadamente cada 55 años (Figura 4B). Este comportamiento es similar al registrado en el noreste de México (Cerano et al., 2011b).
La sequía de 1792-1810 ocasionó carencia de granos básicos y epidemias en la población (Florescano, 1980; García, Pérez, & Molina, 2003). Algunos estudios dendroclimáticos desarrollados para el centro (Therrell, Stahle, Villanueva, Cornejo, & Cleaveland, 2006) y norte de México (Cerano et al., 2011a; Constante, Villanueva, Cerano, Cornejo, & Valencia, 2009) indican severidad de sequías en el mismo periodo evidenciando un fenómeno climático generalizado.
La sequía de 1941-1963 ha sido considerada la más crítica del siglo XX en el país por su severidad e impacto negativo (social y económico), ya que provocó hambruna generalizada y emigración del campo a la ciudad, incluso hacia Estados Unidos de América (Florescano, 1980; García et al., 2003). La sequía destacó por su extensión, pues se reportó en gran parte de la república mexicana (Cerano et al., 2011b; Cleaveland et al., 2003; Díaz et al., 2002; Therrell et al., 2006; Villanueva et al., 2009), con lo cual evidenció que este tipo de fenómenos modulan el clima a gran escala.
Influencia del ENSO sobre el clima de la RBSM
La correlación entre el IAA de P. douglasiana y el MEI fue altamente significativa (r = 0.4542; P < 0.0002) en los meses de enero a junio; individualmente, enero (r = 0.4337; P < 0.0001) y marzo (r = 0.4309; P < 0.0001) presentaron la correlación más alta. Los eventos intensos de ENSO (Niños: 1983, 1987, 1992 y 1998) están relacionados directamente con mayor amplitud de las series de crecimiento de P. douglasiana, y viceversa con los eventos La Niña (1956, 1971, 1974 y 2008) (Figura 5A y 5B).
]]> Los regímenes de lluvia mayores que el promedio y más frecuentes fueron registrados durante la fase cálida del ENSO (Niño) en algunos meses del año (Figura 5C y 5D), al contrario de lo que ocurre en el noreste de México. Al igual que en este estudio, varios autores (Díaz et al., 2002; Stahle & Cleaveland, 1993; Trenberth, 1997) consideran que ENSO es el factor más importante de la variación climática interanual en México.
CONCLUSIONES
Los anillos de crecimiento de P. douglasiana son un "proxy" que permitieron reconstruir la variabilidad hidroclimática de los últimos 219 años en la RBSM. Los periodos húmedos están disminuyendo tanto en intensidad como en duración, mientras que los periodos secos extremos muestran patrones temporales recurrentes (cada 55 años) similares a los del noreste de México. En la RBSM, El Niño contribuye significativamente con precipitaciones mayores que el promedio, mientras que La Niña propicia condiciones inversas.
AGRADECIMIENTOS
Esta investigación fue posible gracias al financiamiento SEP-CONACYT a través del proyecto "Estudio de la relación clima-incendios en el norte-centro de México". Gracias a la RBSM por permitirnos el acceso, al doctor Enrique Jardel Peláez por el apoyo para el desarrollo del estudio, y a Omar Durán Guerra y Vicenta Constante García por su valiosa ayuda en el trabajo de campo.
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