Influencia del Cambio Climático sobre la Distribución de la Vegetación Utilizando Modelos de Idoneidad para el Estado de Nuevo León Edición Única

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. INFLUENCIA DEL CAMBIO CLIMÁTICO SOBRE LA DISTRIBUCIÓN DE LA VEGETACIÓN UTILIZANDO MODELOS DE IDONEIDAD PARA EL ESTADO DE NUEVO LEÓN TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE:. MAESTRO EN CIENCIAS ESPECIALIDAD EN SISTEMAS AMBIENTALES. POR: ROMÁN CASTAÑEDA VÁZQUEZ. MONTERREY, N. L.. MAYO 2010.

(2) INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY. CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA Los miembros del comité de tesis recomendamos que la presente tesis presentada por ROMÁN CASTAÑEDA VÁZQUEZ sea aceptada como requisito parcial para obtener el grado académico de Maestro en Ciencias con especialidad en Sistemas Ambientales.. Comité de tesis:. DR. MARIO GUADALUPE FRANCISCO. DR. DIEGO FABIÁN LOZANO. MANZANO CAMARILLO. GARCÍA. Asesor. Sinodal. DR. GERARDO MANUEL MEJÍA VELÁZQUEZ Sinodal. APROBADO. DR. ALBERTO MENDOZA DOMÍNGUEZ Director del Programa de Maestría en Sistemas Ambientales MONTERREY, N. L.. MAYO 2010.

(3) DEDICATORIA. A todos los que me han acompañado en este crecimiento como persona, especialmente a mis padres y hermanos y mis amigos más cercanos.. A los que han dedicado su vida a proteger la casa común, la biósfera.. “Verde, ¿Por qué verde? *…+ la promesa sólo muere cuando se agota el verde fluyente desde la fuente inconsciente, que reina las aéreas copas de los eternos árboles tiñendo el paisaje de un grito enverdecido. Por eso es verde y sólo verde”. (Xoxoctia (enverdecer), RCV). I.

(4) AGRADECIMIENTOS Los estudios de maestría que culminaron en esta tesis fueron realizados gracias a las becas otorgadas por el ITESM y el CONACYT, el proyecto "Programa de Acción ante el Cambio Climático para Nuevo León" fue financiado por la Embajada Británica en México y evaluado por el INE, por lo que les agradezco la oportunidad que me brindaron. También quiero agradecer a la UNAM, la CNA y el IRI por compartir sus bases de datos que fueron un insumo fundamental. También agradezco a mi asesor Mario Manzano por confiar en mí. A mi sinodales, Gerardo Mejía y Fabián Lozano, así como al resto de los profesores de la MSA por compartir sus enseñanzas, especialmente a la Mtra. Nelly Correa por ser una guía.. Muchas gracias a mi compañera de tesis, Rubí Fernández y a David Pérez, Fabi Yépez, Vero Torres, Laus Reséndez, Thania López, Raúl Sánchez, David García, Esteban Jácome, Lety García, Laura Guerrero, Noris Casas, Francisco Martínez, Mike Chavarría, Anita Vayone, Hugo Aldana, Moyra Ruiz, Lucía Martínez, Anwar Olvera, Aline Sifuentes, Lucero Suárez, Yasmany Mancilla, Mónica Cruz, Ale Guevara, Enrique Lucero, Isis Carrillo, Ara González, Marco Martínez, Citlali Lerma, compañeros y amigos del posgrado. También a mis compañeros de trabajo, Rosalva Miranda, Santiago Salazar y Jorge Cantú y compañeros de Labsig Paty Vela y Axa Maqueda, sin olvidar a Emma Cortés, por el apoyo recibido.. Muy profundo agradecimiento a mis amigos más cercanos, Aze, Bredy, Wen, Lili, Checo, Carmen, Yorch, Rub, Miguel, Juanito, Alberto, Dianita, Chac, Paty, Gris, Viris, Fátima, Alex Montiel, Consuelo Chifis, Turo, Isaí, Janeth Frausto, por enseñarme tanto. A mi hermana Diana y mis abuelos por su cariño. A mi familia, Jesús y Blanca (mis padres), Juan, Isa y Chuyín por el amor y permitirme crecer a su lado. Gracias Dios, a la vida, a los ecosistemas. Gracias nuevamente por ayudarme a ser mejor persona. II.

(5) RESUMEN El objetivo principal del estudio fue identificar las zonas con mayor potencial de cambio en el tipo de vegetación, debido a las modificaciones en los patrones de temperatura y precipitación, como una forma para evaluar la vulnerabilidad de las comunidades vegetales ante el cambio climático. Se modeló la idoneidad de nueve tipos de vegetación presentes en el estado. Estos modelos establecen la medida en que un sitio determinado cumple las condiciones para que especies vegetales o un tipo de vegetación puedan desarrollarse adecuadamente. Primeramente se obtuvieron series de valores diarios para temperatura mínima, temperatura máxima y precipitación de los periodos representados por los denominados 2020’s, 2050’s y 2080’s, para cada estación meteorológica utilizando un generador estocástico a partir de los escenarios mensuales desarrollados por la UNAM en base a los SRES A1B y A2 del IPCC. Utilizando el valor medio anual de las variables se interpolaron las estaciones meteorológicas (mediante Co-Kriging) para generar valores continuos a con una resolución de malla de 5 por 5 km. Se esperan incrementos generalizados de temperatura acentuados al norte y sur del estado, siendo A2 el escenario más caliente. Hacia el norte de La Sierra Madre se esperan incrementos de precipitación y al sur decrementos, siendo A2 el escenario más seco.. La idoneidad se estimó utilizando la regresión logística. Se modeló la distribución de las comunidades vegetales con las variables meteorológicas de los escenarios: latitud, altitud, distancia al mar, radiación solar y pendiente. Al variar los valores estimados de la temperatura mínima, temperatura máxima y precipitación se obtuvieron escenarios de distribución de las comunidades vegetales. Los modelos mejor ajustados fueron el de Bosque de coníferas y del Matorral espinoso tamaulipeco. Se espera una disminución del Matorral micrófilo (la mayor), el Bosques de coníferas y Bosque de latifoliadas; y un incremento en el resto, siendo el Matorral submontano el que presente el mayor. III.

(6) ÍNDICE DE CONTENIDO Contenido Dedicatoria ......................................................................................................................... I Agradecimientos ............................................................................................................... II Resumen .......................................................................................................................... III índice de contenido ......................................................................................................... IV Índice de figuras ................................................................................................................ V Índice de tablas .............................................................................................................. VIII Capítulo I ........................................................................................................................... 1 1. Introducción. .......................................................................................................... 1 1.1. Antecedentes .................................................................................................. 1. 1.2. Justificación .................................................................................................... 3. 1.3. Objetivos ......................................................................................................... 4. 1.4. Alcance............................................................................................................ 5. Capítulo II .......................................................................................................................... 6 2. Aspectos generales y marco teórico. ..................................................................... 6 2.1. Clima y fenómeno de cambio climático ......................................................... 6. 2.2. Vegetación y clima ........................................................................................ 12. 2.3. Descripción del área de estudio ................................................................... 24. Capítulo III ....................................................................................................................... 40 3. Escenarios de cambio climático para Nuevo León .............................................. 40 3.1.. Metodología ................................................................................................. 40. 3.2.. Resultados .................................................................................................... 47. 3.3.. Discusión de resultados ................................................................................ 59. Capítulo IV ....................................................................................................................... 66 4. Generación de modelos de idoneidad potencial de la vegetación bajo escenarios. de cambio climático. ................................................................................................... 66. IV. 4.1. Metodología ................................................................................................. 66. 4.2. Resultados y discusión .................................................................................. 75.

(7) Capítulo V ...................................................................................................................... 107 5. Conclusiones y recomendaciones ...................................................................... 107 5.1. Escenarios ................................................................................................... 107. 5.2. Modelos de Idoneidad ................................................................................ 109. 5.3. Conclusiones Generales.............................................................................. 112. Bibliografía .................................................................................................................... 113 Anexo A: Técnicas de escalamiento de escenarios....................................................... 119 Anexo B: Descripción del modelo LARS-WG ................................................................. 120 Anexo C: Pasos en LARS-WG para reducción de escala temporal ................................ 123 Anexo D: Datos y mapas para generación de escenarios ............................................. 125 Anexo E: Distribución de estaciones ............................................................................. 137 Anexo F: Climatología Nuevo León ............................................................................... 138 Anexo G: Mapa radiación solar ..................................................................................... 141 Anexo H: Resultados de la regresión ............................................................................ 142 Anexo I: comparativo de modelos ................................................................................ 150 Anexo J: Curvas ROC ..................................................................................................... 155 Anexo K: Escenarios del Bosque de encinos con el método 1...................................... 159 Anexo L: Incertidumbre de los escenarios de 0.5º x 0.5º ............................................. 160 Anexo M: Cuantificación de los cambios de idoneidad ................................................ 161 Anexo N: Documentos digitales .................................................................................... 163. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2. 1 Zonas climáticas de la Tierra. Fuente: Elaboración propia. ...............................9 Figura 2. 2 Descripción esquemática de los escenarios SRES. (Nakicenovic, et al., 2000) 11 Figura 2. 3 Impactos en ecosistemas forestales (Elaboración propia basado en Dudley, 1998). .................................................................................................................................15 Figura 2. 4 Correlación de temperatura, precipitación y los principales biomas del mundo.(IPCC, 1995) ...........................................................................................................17 Figura 2. 5 Ubicación geográfica del estado de Nuevo León .............................................24 V.

(8) Capítulo V ...................................................................................................................... 107 5. Conclusiones y recomendaciones ...................................................................... 107 5.1. Escenarios ................................................................................................... 107. 5.2. Modelos de Idoneidad ................................................................................ 109. 5.3. Conclusiones Generales.............................................................................. 112. Bibliografía .................................................................................................................... 113 Anexo A: Técnicas de escalamiento de escenarios....................................................... 119 Anexo B: Descripción del modelo LARS-WG ................................................................. 120 Anexo C: Pasos en LARS-WG para reducción de escala temporal ................................ 123 Anexo D: Datos y mapas para generación de escenarios ............................................. 125 Anexo E: Distribución de estaciones ............................................................................. 137 Anexo F: Climatología Nuevo León ............................................................................... 138 Anexo G: Mapa radiación solar ..................................................................................... 141 Anexo H: Resultados de la regresión ............................................................................ 142 Anexo I: comparativo de modelos ................................................................................ 150 Anexo J: Curvas ROC ..................................................................................................... 155 Anexo K: Escenarios del Bosque de encinos con el método 1...................................... 159 Anexo L: Incertidumbre de los escenarios de 0.5º x 0.5º ............................................. 160 Anexo M: Cuantificación de los cambios de idoneidad ................................................ 161 Anexo N: Documentos digitales .................................................................................... 163. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2. 1 Zonas climáticas de la Tierra. Fuente: Elaboración propia. ...............................9 Figura 2. 2 Descripción esquemática de los escenarios SRES. (Nakicenovic, et al., 2000) 11 Figura 2. 3 Impactos en ecosistemas forestales (Elaboración propia basado en Dudley, 1998). .................................................................................................................................15 Figura 2. 4 Correlación de temperatura, precipitación y los principales biomas del mundo.(IPCC, 1995) ...........................................................................................................17 Figura 2. 5 Ubicación geográfica del estado de Nuevo León .............................................24 V.

(9) Figura 2. 6 Impacto humano y edafología en Nuevo León. ...............................................29 Figura 2. 7 Hidrología y climatología en Nuevo León ........................................................30 Figura 2. 8 Vegetación natural y áreas naturales protegidas (ANPs) en Nuevo León .......31. Figura 3. 1 Metodología para la elaboración de escenarios de cambio climático ............40 Figura 3. 2 Diagrama de flujo para interpolación espacial entre estaciones. ...................45 Figura 3. 3 Porcentaje de cambio por rango de incremento de temperatura mínima para los escenarios A1B y A2. ....................................................................................................49 Figura 3. 4 Porcentaje de cambio en la superficie del estado por rango de incremento de temperatura máxima para los escenarios A1B y A2. .........................................................50 Figura 3. 5 Porcentaje de cambio en la superficie del estado por rango de cambio de porcentaje de precipitación A1B y A2. ..............................................................................50 Figura 3. 6 Promedio anual de las variables climatológicas (temperaturas mínima y máxima y la precipitación) observadas en el período del escenario base de 1960 a 1990.52 Figura 3.7 Cambios en la temperatura mínima promedio bajo el escenario A1B del IPCC para los periodos representados por. los años 2020, 2050 y 2080, con respecto al. periodo base 1960-1990. ...................................................................................................53 Figura 3. 8 Cambios en la temperatura máxima promedio bajo el escenario A1B del IPCC para los periodos representados por los años 2020, 2050 y 2080, con respecto al periodo base 1960-1990. ...................................................................................................54 Figura 3. 9 Cambios en la precipitación bajo el escenario A1B del IPCC para los periodos representados por los años 2020, 2050 y 2080, con respecto al periodo base 1960-1990.55 Figura 3. 10 Cambios en la temperatura mínima promedio bajo el escenario A2 del IPCC para los periodos representados por los años 2020, 2050 y 2080, con respecto al periodo base 1960-1990. ...................................................................................................56 Figura 3. 11 Cambios en la temperatura máxima promedio bajo el escenario A2 del IPCC para los periodos representados por los años 2020, 2050 y 2080, con respecto al periodo base 1960-1990. ...................................................................................................57. VI.

(10) Figura 3. 12 Cambios en la precipitación bajo el escenario A2 del IPCC para los periodos representados por los años 2020, 2050 y 2080, con respecto al periodo base 1960-1990.58. Figura 4. 1 Diagrama de flujo de la Metodología ..............................................................67 Figura 4. 2 Porcentaje de área por tipo de vegetación en 1976 (INEGI; SEMARNAT; INE; UNAM-IG, 2002).................................................................................................................68 Figura 4. 3 Modelo ecológico de distribución potencial BCON, SRES A1B ........................96 Figura 4. 4 Modelo ecológico de distribución potencial BCON, SRES A2 ..........................96 Figura 4. 5 Modelo ecológico de distribución potencial BLAT, SRES A1B .........................97 Figura 4. 6 Modelo ecológico de distribución potencial BLAT, SRES A2 ............................97 Figura 4. 7 Modelo ecológico de distribución potencial BMIX, SRES A1B .........................98 Figura 4. 8 Modelo ecológico de distribución potencial BMIX, SRES A2 ...........................98 Figura 4. 9 Modelo ecológico de distribución potencial CHAP, SRES A1B ........................99 Figura 4. 10 Modelo ecológico de distribución potencial CHAP, SRES A2 .........................99 Figura 4. 11 Modelo ecológico de distribución potencial METZ, SRES A1B ....................100 Figura 4. 12 Modelo ecológico de distribución potencial METZ, SRES A2 ......................100 Figura 4. 13 Modelo ecológico de distribución potencial MMIC, SRES A1B ...................101 Figura 4. 14 Modelo ecológico de distribución potencial MMIC, SRES A2 ......................101 Figura 4. 15 Modelo ecológico de distribución potencial MROS, SRES A1B ...................102 Figura 4. 16 Modelo ecológico de distribución potencial MROS, SRES A2 ......................102 Figura 4. 17 Modelo ecológico de distribución potencial MSUB, SRES A1B ...................103 Figura 4. 18 Modelo ecológico de distribución potencial MSUB, SRES A2 ......................103 Figura 4. 19 Modelo ecológico de distribución potencial VHYG, SRES A1B ....................104 Figura 4. 20 Modelo ecológico de distribución potencial VHYG, SRES A2 ......................104 Figura 4. 21 Presencia potencial BCON............................................................................105 Figura 4. 22 Presencia potencial BLAT .............................................................................105 Figura 4. 23 Presencia potencial BMIX ............................................................................105 Figura 4. 24 Presencia potencial CHAP ............................................................................105 Figura 4. 25 Presencia potencial METZ ............................................................................106 VII.

(11) Figura 4. 26 Presencia potencial MMIC ...........................................................................106 Figura 4. 27 Presencia potencial MROS ...........................................................................106 Figura 4. 28 Presencia potencial MSUB ...........................................................................106 Figura 4. 29 Presencia potencial VHYG ............................................................................106. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2. 1 Pisos térmicos altitudinales para la zona intertropical (Silva León, 2002)..........7 Tabla 2. 2 Valores de la prueba ROC(Hosmer y Lemeshow, 2000) ..................................22 Tabla 2. 3 Porcentaje ocupado por cada tipo de vegetación o uso en Nuevo León en 2005 (INEGI, 2005) .............................................................................................................32 Tabla 3. 1 Volumen de precipitación (millones de m3) para Nuevo León bajo diferentes escenarios de cambio climático. ........................................................................................62. Tabla 4. 1 Abreviaciones para los tipos de vegetación ......................................................69 Tabla 4. 2 Área por tipo de vegetación en NL y más un buffer de 5km ............................69 Tabla 4. 3 Intensidad de acuerdo al % del área .................................................................70 Tabla 4. 4 Número de puntos por método de muestreo...................................................71 Tabla 4. 5 Número de puntos método 2 ............................................................................72 Tabla 4. 6 Variables independientes para la regresión logística .......................................73 Tabla 4. 7 Interpretación de los rangos de probabilidad ...................................................74 Tabla 4. 8 Número de puntos de verificación ....................................................................74 Tabla 4. 9 Resultados prueba Hosmer-Lemeshow ............................................................77 Tabla 4. 10 Tabla de clasificación .......................................................................................78 Tabla 4. 11 Resultado del AUC ...........................................................................................84 Tabla 4. 12 Método de muestreo 1 y 2 que genera el mejor modelo según cada prueba estadística ..........................................................................................................................85 Tabla 4. 13 Influencia de cada variable sobre la idoneidad de la vegetación ...................88 Tabla 4. 14 RNI seleccionados como la presencia potencial .............................................92 VIII.

(12) Figura 4. 26 Presencia potencial MMIC ...........................................................................106 Figura 4. 27 Presencia potencial MROS ...........................................................................106 Figura 4. 28 Presencia potencial MSUB ...........................................................................106 Figura 4. 29 Presencia potencial VHYG ............................................................................106. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2. 1 Pisos térmicos altitudinales para la zona intertropical (Silva León, 2002)..........7 Tabla 2. 2 Valores de la prueba ROC(Hosmer y Lemeshow, 2000) ..................................22 Tabla 2. 3 Porcentaje ocupado por cada tipo de vegetación o uso en Nuevo León en 2005 (INEGI, 2005) .............................................................................................................32 Tabla 3. 1 Volumen de precipitación (millones de m3) para Nuevo León bajo diferentes escenarios de cambio climático. ........................................................................................62. Tabla 4. 1 Abreviaciones para los tipos de vegetación ......................................................69 Tabla 4. 2 Área por tipo de vegetación en NL y más un buffer de 5km ............................69 Tabla 4. 3 Intensidad de acuerdo al % del área .................................................................70 Tabla 4. 4 Número de puntos por método de muestreo...................................................71 Tabla 4. 5 Número de puntos método 2 ............................................................................72 Tabla 4. 6 Variables independientes para la regresión logística .......................................73 Tabla 4. 7 Interpretación de los rangos de probabilidad ...................................................74 Tabla 4. 8 Número de puntos de verificación ....................................................................74 Tabla 4. 9 Resultados prueba Hosmer-Lemeshow ............................................................77 Tabla 4. 10 Tabla de clasificación .......................................................................................78 Tabla 4. 11 Resultado del AUC ...........................................................................................84 Tabla 4. 12 Método de muestreo 1 y 2 que genera el mejor modelo según cada prueba estadística ..........................................................................................................................85 Tabla 4. 13 Influencia de cada variable sobre la idoneidad de la vegetación ...................88 Tabla 4. 14 RNI seleccionados como la presencia potencial .............................................92 VIII.

(13) CAPÍTULO I 1 INTRODUCCIÓN. Este trabajo se origina como parte del Programa de Acción ante el Cambio Climático para el estado de Nuevo León (PACC-NL), proyecto financiado por la Embajada Británica en México y coordinado por el Centro de Calidad Ambiental del ITESM – Campus Monterrey, con el apoyo institucional de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) Delegación Nuevo León, el Instituto Nacional de Ecología (INE), el Gobierno del estado de Nuevo León a través de la Agencia de Protección al Medio Ambiente y Recursos Naturales.. 1.1 Antecedentes A partir de su creación en 1988 el Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) ha conjuntado el conocimiento y esfuerzo de científicos alrededor del mundo para analizar y brindar soluciones al problema del cambio climático global (IPCC, 2001). Los estudios actuales sobre cambio climático están basados en los Modelos de Circulación General pero reportan escenarios a nivel global o regional que al ser de baja escala, no son aptos para estudios finos a nivel local e incluso a nivel estatal.. Se ha desarrollado un ensamble de modelos (se obtuvo la mediana del valor de diferentes modelos de circulación general) en una malla con tamaño de celda de medio grado (50 km aproximadamente) por lado que cubre a todo el país con valores mensuales (INE y UNAM, 2007), el trabajo ya es una reducción de escala significativa, pero para generar las medidas de adaptación y mitigación para las localidades o regiones de los estados es recomendable contar con mayor resolución espacial y 1.

(14) temporal. En otras regiones del país, como Guanajuato y el Valle de México se han realizado estudios a escala fina que permiten ver los efectos sobre áreas específicas y zonificar la vulnerabilidad dentro de esos estados y evaluarla por sector.. Entre algunos ejemplos sobre estudios de escenarios de impactos en la distribución de la vegetación natural debido al cambio climático se pueden mencionar los realizados en España (Benito y Peñas, 2006; Ribalaygua, et al., 2008; Felicísimo, et al., 2004; Felicísimo, et al., 2002), California (Loarie, et al., 2008) y Sudamérica (Salazar, et al., 2007) utilizando modelos espaciales predictivos pueden evaluar si cambiará la aptitud de las áreas que ocupan los tipos de vegetación actualmente y si esta se desplazará a nuevas áreas donde debido al cambio en las variables climáticas habrá condiciones más adecuadas para su desarrollo.. Los estudios sobre distribución potencial de la vegetación no son nuevos, desde los años 50 comenzaron los trabajos que proponían divisiones de provincias florísticas. En 1978 Rzedowski realizó una profunda descripción de la vegetación del país relacionándola con sus condiciones ambientales y fisiográficas. En el 2009 México participó en la Cuarta Conferencia de la ONU sobre el Cambio Climático con un análisis por especie (fauna) y por ecosistema (zonas bioclimáticas) a nivel nacional generando escenarios de distribución de vegetación para 2030 y 2050 realizado por la UNAM (Villers, et al., 2009). Otros trabajos sobre efectos en los bosques fueron realizados por Villers y Trejo desde 1995 (Villers y Trejo, 1995; Villers y Trejo, 1997; Villers y Trejo, 1999). Dentro de los estudios sobre modelos de distribución de vegetación en el noreste de México se encuentran los desarrollados por González (1995) y Vela (2000), los cuales utilizan modelos fisiográficos y ambientales para mejorar las clasificaciones utilizando sensores remotos.. 2.

(15) 1.2 Justificación Últimamente los temas sobre cambio climático están tomando una gran relevancia, en parte por la gran difusión del fenómeno y principalmente porque alrededor del mundo son más frecuentes los efectos reportados que se asocian a éste. Uno de los mayores problemas debido al cambio climático es la rapidez con que se ha estado presentando el fenómeno, causando entre otras cosas que los ecosistemas no logren adaptarse de forma natural a la misma velocidad, desestabilizándolos, y minando su capacidad de brindar servicios ambientales. Para poder generar medidas de mitigación y adaptación efectivas, es necesario trabajar con una escala adecuada donde se puedan comprender mejor los impactos locales.. Entre las señales claras de cambio climático están el deshielo de los glaciares, el incremento en el nivel del mar y la acidez de los océanos. Por otro lado, las enfermedades, eventos extremos y cambios en los ecosistemas son señales confusas de cambio climático. Los ecosistemas son muy complejos además de que han sido alterados por diferentes presiones. La vegetación está en un constante cambio, compitiendo con otros seres vivos, formando parte de las cadenas tróficas y respondiendo a los disturbios (Bonan, 2002). A pesar de la incertidumbre asociada, las evaluaciones bajo escenarios de cambio climático en los ecosistemas brindan una orientación en futuras investigaciones y para la toma de decisiones.. Ante el creciente interés de investigar y documentar los impactos del cambio climático surge la duda acerca de la importancia en analizarlos para los ecosistemas. Aunque a Nuevo León se le reconoce por su nivel de de desarrollo industrial y urbanización, la mayoría de su extensión territorial está ocupada por cobertura vegetal, mayormente natural. Estos ecosistemas aportan diversos servicios ecológicos para sectores productivos y el bienestar de su población, incluso participan mitigando el cambio climático. El Área Metropolitana de Monterrey (AMM) y otras localidades del estado se 3.

(16) encuentran rodeadas de diferentes ecosistemas que aportan servicios ecosistémicos o ambientales de gran importancia para el bienestar de la población, por ejemplo la recarga de acuíferos. Además de su valor económico y funcional, plantas y animales nativos de la región tienen el derecho a perdurar.. 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo general Identificar, de las comunidades vegetales con mayor extensión en el estado de Nuevo León, los cambios en la distribución potencial causados por la modificación de los patrones de las temperaturas mínima y máxima y de precipitación como medida para evaluar su vulnerabilidad al cambio climático para los periodos 2020’s (de 2010 a 2039), 2050’s (de 2040 a 2069) y 2080’s (de 2070 a 2099) bajo los escenarios de cambio climático SRES1 A1B y A2.. 1.3.2 Objetivos específicos 1 Generar series de valores meteorológicos diarios representativos de un año para las condiciones climatológicas de los periodos 2020’s, 2050’s y 2080’s, por estación meteorológica seleccionada, mediante el método reducción de escala. 2 Analizar espacial y temporalmente los escenarios de las variables climáticas (precipitación y temperaturas máximas y mínimas) calculados por la interpolación geoestadística de las estaciones, para tres periodos y dos escenarios SRES. 3 Proponer y construir para las comunidades vegetales seleccionadas, modelos de idoneidad, en función de variables climáticas y no climáticas. 4 Estimar cambios en la presencia potencial de la vegetación bajo condiciones de cambio climático.. 1. Reporte Especial de Escenarios de Emisiones del IPCC en el año 2000.. 4.

(17) 1.4 Alcance En el Capítulo 3 de este estudio se describe la manera en que se construyeron los mapas de las variables climáticas, temperatura mínima, temperatura máxima y precipitación, utilizando valores promedio anuales para los dos escenarios y los tres periodos del estudio. Éstos se obtuvieron generando las series diarias. para las estaciones. meteorológicas, utilizando los escenarios SRES A1B y A2 propuestos por el IPCC, regionalizados para México por el INE y la UNAM (Magaña y Caetano, 2007). Los modelos de idoneidad y el área de presencia potencial se generaron para los nueve tipos de vegetación con mayor extensión en el estado de Nuevo León, como se describe en el Capítulo 4, utilizando los mapas de variables climáticas del Capítulo 3. Las series de valores diarios y las funciones de idoneidad pueden utilizarse en estudios posteriores a diferentes escalas temporales y espaciales.. 5.

(18) CAPÍTULO II 2 ASPECTOS GENERALES Y MARCO TEÓRICO. 2.1 Clima y fenómeno de cambio climático 2.1.1 El clima El clima se refiere a el valor medio de las variables climáticas en un periodo específico, se suelen utilizar periodos de largo plazo de al menos 30 años, lo suficientemente largo para construir un patrón representativo (Bonan, 2002). Por otro lado el tiempo meteorológico es el valor observado durante la frecuencia de medición, por ejemplo el valor de temperatura puede ser medido cada hora o día (IPCC, 2001). El clima se define en función de diversos factores, pero es básicamente el balance de flujos de materia y energía entre el sol, la atmósfera, los océanos y continentes. El clima se puede clasificar en escalas espaciales, los microclimas tienen escalas menores de 2 km, los mesoclimas se encuentran en el rango de 2 a 2000 km y los macroclimas en escalas mayores a los 2000 km(Bonan, 2002).. Existen variaciones naturales del clima en diferentes escalas temporales, interanuales como el ENSO (El niño oscilación del sur) y La niña; y decadales como la PDO (Oscilación decadal del Pacífico) y la NAO (Oscilación del Atlántico norte). Los eventos extremos pertenecen a la variabilidad del tiempo meteorológico y ocurren a escalas de días, horas y semanas, entre ellos se pueden mencionar: sequías, inundaciones, ondas de calor, heladas, lluvias torrenciales, tormentas, huracanes, etc. (Bonan, 2002).. 6.

(19) 2.1.2 Factores climáticos El clima tiene diversos factores que lo modifican (Ninyerola, et al., 2000). Los más importantes se describen a continuación. 2.1.2.1. Altitud. Conforme aumenta la altura sobre el nivel del mar desciende la temperatura, a medida que la altura es mayor, la atmósfera tiene una presión menor y se enrarece. La progresión de la altitud relativa en la zona intertropical da origen a una disminución considerable de la temperatura, aproximadamente 1ºC por cada 180 m de altura (a esto se denomina gradiente térmico). Esta disminución de la temperatura con la altitud determina lo que se conoce como pisos térmicos, los cuales se muestran en la Tabla 2. 1. Algunos autores se refieren también a la existencia de fajas o bandas de acuerdo a la altura relativa del relieve, en lugar de pisos. Se han definido de cuatro a cinco pisos, en los cuales, las temperaturas medias, la precipitación y la insolación pueden variar lo suficiente como para hablar de climas distintos según la altitud. Así pues, como en la zona intertropical las temperaturas medias varían poco a lo largo del año (los climas intertropicales son climas isotermos), la altitud se convierte en el factor climático de mayor importancia.. Tabla 2. 1 Pisos térmicos altitudinales para la zona intertropical (Silva León, 2002).. Los factores que afectan los pisos térmicos son: a) Corrientes marinas.. 7.

(20) b) Distribución de tierras y mares. El agua del mar retiene durante más tiempo el calor solar en contraste con el continente que se enfría más rápido, lo cual origina cambios de presión y temperatura. c) Tipos de Suelo. Los suelos cubiertos por vegetación tienen clima de temperatura regular y con períodos de lluvia. En lugares arenosos y rocosos el aire es más seco debido al calentamiento y la oscilación térmica es extrema.. 2.1.2.2. Continentalidad. Las características climáticas de una lugar pueden verse afectadas por factores geográficos como la continentalidad, relieve e influencia marítima. El efecto de la influencia marina que varía con la continentalidad es generado porque los procesos de enfriamiento y calentamiento del mar son más lentos que los del suelo continental, por lo que los mares tienen la función de reguladores térmicos. La proximidad del mar modera las temperaturas extremas y suele proporcionar más humedad en los casos en que los vientos procedan del mar hacia el continente. Las brisas marinas atenúan el calor durante el día y las terrestres limitan la irradiación nocturna. En la zona intertropical, este mecanismo de las brisas atempera el calor en las zonas costeras ya que son más fuertes y refrescantes, precisamente, cuanto más calor hace (en las primeras horas de la tarde). Se debe tomar en cuenta la presencia de barreras, ya que esta atenúa la influencia del mar e incrementa la continentalidad.. Una alta continentalidad acentúa la amplitud térmica y provocará inviernos fríos y veranos calurosos. La continentalidad es el resultado del alto calor específico del agua, que le permite mantenerse a temperaturas más frías en verano y más cálidas en invierno. Es lo mismo que decir que el agua no es diatérmana ya que se calienta con los rayos solares aunque posee una gran inercia térmica: tarda mucho en calentarse, pero también tarda más en enfriarse por irradiación, en comparación con las áreas terrestres o continentales. Las masas de agua son, pues, el más importante agente moderador del clima. 8.

(21) 2.1.2.3. Insolación. La insolación es la cantidad de calor solar que llega a la superficie de la Tierra y que irradia a las capas bajas de la atmósfera. Los factores que intervienen en la variación de insolación son:. a) Distancia entre la Tierra y el Sol. Depende de la posición en la órbita terrestre. b) Duración del día. c) Altura solar, que se mide por la inclinación de los rayos del Sol respecto a la horizontal terrestre, depende de la estación y latitud. d) Nubosidad, efecto de la atmósfera. e) Distribución de tierras y mares. f) Elevación y topografía.. 2.1.2.4. Latitud. Figura 2. 1 Zonas climáticas de la Tierra. Fuente: Elaboración propia.. Tanto la latitud como la insolación, junto con los movimientos de la Tierra, su forma y la inclinación del eje terrestre, son las causantes de las zonas térmicas latitudinales. Debido al movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol se forman divisiones en el planeta destacándose grandes zonas térmicas y climáticas (ver Figura 2. 1). Una 9.

(22) cálida en la zona intertropical, dos templadas en las latitudes medias de ambos hemisferios y dos frías o polares. Debido a que la cantidad e intensidad de radiación solar que llegan a la superficie terrestre varían con la latitud y las estaciones del año.. 2.1.3 Cambio climático y sus escenarios económicos El fenómeno de cambio climático es la modificación del clima en una escala global o regional, afectando todos los parámetros climáticos. De acuerdo al IPCC el calentamiento del sistema climático es inequívoco, y es provocado por la variación de las concentraciones de gases de efecto invernadero (GEI) y aerosoles en la atmósfera, así como las variaciones de la cubierta terrestre y de la radiación solar (IPCC, 2007). Los cambios en el clima han ocurrido en escalas temporales mayores que siglos y milenios. Los procesos naturales y antropogénicos que han influido son: cambios en las placas tectónicas, geometría de la órbita de la tierra e inclinación de su eje, composición química de la atmósfera, cambios en el ciclo del agua, variabilidad solar y aerosoles en la atmósfera. El cambio climático antropogénico es debido principalmente por el incremento en la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera, principalmente el CO2 (Bonan, 2002).. Con el fin de describir de manera coherente las relaciones entre las fuerzas determinantes de las emisiones y su evolución, y para añadir un contexto a la cuantificación de escenarios, el IPCC en el año 2000 en su Reporte Especial de Escenarios de Emisiones (SRES) desarrolló cuatro líneas evolutivas (Figura 2. 2). Un escenario es una descripción espacial y temporal, físicamente consistente, de rangos plausibles de las condiciones climáticas futuras, basada en la historia climatológica, es decir, es una imagen de cómo podría ser el clima futuro (IPCC, 2000). El conjunto de escenarios de emisiones (EE) basados en una misma línea evolutiva constituye una “familia” de escenarios (IPCC, 2000).. 10.

(23) Más económico. B1. A2. B2. Más regional. Más global. A1 B: Balance FI: Fósil Intenso T: Sin fósil. Más ambiental. Figura 2. 2 Descripción esquemática de los escenarios SRES. (Nakicenovic, et al., 2000). Escenario A1: Crecimiento económico muy rápido; decrece la población mundial luego de alcanzar su cima a mitad de siglo, propiciando una rápida introducción de nuevas tecnologías. Las cuestiones importantes subyacentes son: convergencia interregional, desarrollo de capacidades y mayor interacción cultural y social, disminuyendo la brecha en el ingreso per cápita entre regiones. De acuerdo al énfasis tecnológico se clasifican los grupos de esta familia de escenarios. Fuentes de energía principalmente combustible fósil (A1FI), de origen no fósil (A1T) o un equilibrio entre todas las fuentes (A1B). El equilibrio se define como la no dependencia excesiva de una fuente de energía concreta, suponiendo que se apliquen ritmos similares de mejoras en todas las formas de aprovisionamiento energético y en las tecnologías de uso final.. Escenario A2: La familia de escenarios y línea evolutiva A2 describe un mundo muy heterogéneo. La cuestión subyacente es la independencia y conservación de las identidades locales. Los índices de natalidad en las distintas regiones tienden a converger muy lentamente, lo cual acarrea una disminución constante de la población. El desarrollo económico tiene una orientación principalmente regional y el crecimiento económico per cápita y el cambio tecnológico están más fragmentados y son más lentos que en otras líneas evolutivas.. 11.

(24) Escenario B1: La familia de escenarios y línea evolutiva B1 describe un mundo convergente, con la misma población mundial, que alcanza su nivel más alto a mediados del siglo para disminuir posteriormente, como en la línea evolutiva A1 pero con cambios rápidos en las estructuras económicas hacia una economía de la información y de los servicios, con reducciones en la intensidad material e introducción de tecnologías limpias y de recursos eficaces. En esta línea evolutiva se hace hincapié en las soluciones mundiales a la sostenibilidad económica, social y ambiental, lo que comprende una mejora de la equidad, pero sin iniciativas climáticas adicionales.. Escenario B2: La familia de escenarios y línea evolutiva B2 describe un mundo en el que se hace hincapié en las soluciones locales a la sostenibilidad económica, social y medioambiental. Se trata de un mundo cuya población mundial crece continuamente, a un ritmo menor al de la línea evolutiva A2, con niveles medios de desarrollo económico y cambios tecnológicos menos rápidos y más variados que en las líneas evolutivas B1 y A1. Aunque el escenario también está orientado hacia la protección medioambiental y la equidad social, se centra en los niveles local y regional.. 2.2 Vegetación y clima 2.2.1 Vegetación y ecosistemas Mientras que la flora es el conjunto de taxa o taxones (especies, géneros o familias), la vegetación es el agrupamiento de las formas de vida que constituyen comunidades vegetales, es un concepto que involucra estructura, paisaje y fisonomía. Los tipos de vegetación son unidades fitogeográficas muy amplias, como bosque o matorral, usándose como sinónimo de formación vegetal, generando confusiones y ambigüedades (González F. , 2004; Alanis, Cano y Rovalo, 1996). El tipo de vegetación se define de acuerdo con factores como fisonomía, composición florística y diversos factores ecológicos que determinan a la comunidad vegetal como: suelo, fuego, agua (INEGI, 2007).. 12.

(25) La vegetación es el soporte de un ecosistema, las plantas son seres autótrofos, son los productores primarios, y en los ecosistemas terrestres acumulan la mayoría de la biomasa viva, proveyendo hábitat a la fauna (Odum, 1997). Los principales bienes y servicios ecológicos son la regulación de la composición química de la atmósfera, el clima, ciclo hidrológico, calidad, cantidad y almacenamiento de agua, la erosión y el ciclo de nutrientes; además proveen protección ante eventos extremos, tratamiento de residuos, polinización, control biológico, alimentos, materias primas, diversidad genética, recreación y cultura (Constanza, et al., 1987). Uno de los servicios ecológicos que presta la vegetación es el funcionar como sumideros de carbono lo cual le da un valor agregado en las acciones para mitigar el cambio climático.. La ecología de la vegetación además de identificar las comunidades vegetales, también determina su relación con los factores ambientales y como se relacionan entre sí estas comunidades. La rama de la ecología que estudia las relaciones entre las colectividades vegetales o sinecias y su medio es la sinecología (González F. , 2004). Las regiones ecológicas son agregaciones de diferentes ecosistemas y paisajes que comparten atributos naturales y geográficos. Las comunidades bióticas son composiciones de muchas y variadas especies, incluyendo especialistas y generalistas, existen algunas especies que dominan las comunidades en número y otras que se denominan especie clave porque su nicho ecológico es primordial para la salud del ecosistema al que pertenecen(Odum, 1997).. Existen tres criterios de clasificación de la vegetación, el fisonómico (características fisonómicas), el florístico (composición florística) y el ecológico (factores ambientales que determinen sus características). Debido a la ausencia de un sistema de clasificación y nomenclatura de las comunidades vegetales que sea de uso común y aceptación general (González F. , 2004), al comparar las definiciones de las cartas de uso de suelo y vegetación generadas por el INEGI en 1976 (digitalizada por el INE) y 2005 se observaron algunas diferencias en categorías. Para fines de descripción del área de estudio se 13.

(26) recurrió a la capa de información más reciente, pero para los modelos se utilizó la capa más antigua ya que contenía menos impactos del cambio de uso de suelo.. 2.2.2 Dinámica vegetación y clima Además del clima diversos factores interactúan con la vegetación teniendo consecuencias positivas o negativas. Una perturbación es un suceso discreto en el tiempo, sus efectos dependen del régimen de perturbaciones. Las perturbaciones son una parte integrante de los ecosistemas terrestres, por lo que se han adaptado a ellos, como ejemplos. La sucesión es un fenómeno esencial en la ecología de las perturbaciones en la que las comunidades cambian de composición a lo largo del tiempo. Cuando ocurre una perturbación, la comunidad es alterada de distintas formas. En función de la intensidad y la frecuencia de la perturbación la comunidad existente puede sufrir pequeñas modificaciones o puede perder su capacidad de restablecerse (autosucesión) y dar paso a una nueva comunidad (UHU, 2001).. Regiones similares de la tierra tienen climas similares, Köppen clasificó la tierra en cinco grandes zonas, la húmeda tropical, la seca, subtropical, templada y polar y de alta montaña. Los patrones de distribución geográfica de la vegetación natural responden a las regiones climáticas. A partir de 1970 se comenzó a reconocer la interrelación entre clima y vegetación a diferentes escalas temporales y espaciales. Se pueden mencionar un par de ejemplos: que el tamaño y la forma de las hojas se relaciona con la radiación solar, temperatura y humedad que reciben; y que el ciclo de crecimiento y caída de las hojas afecta en la variación de la concentración estacional del CO2 atmosférico (Bonan, 2002).. El tipo de vegetación intercambia energía, momentum y humedad con la atmósfera. De acuerdo a simulaciones se ha observado como el reducir la cobertura vegetal en latitudes altas y medias, reduce la absorción de la radiación solar debido al efecto del albedo de la nieve, mientras que en latitudes bajas reducen la evapotranspiración, 14.

(27) provocando calentamiento y reducción de la precipitación. Se ha observado que el cambio de uso de suelo principalmente por la agricultura ha generado un impacto considerable en el clima debido a la emisión de gases de efecto invernadero y la alteración de los ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno y agua (Bonan, 2002).. 2.2.3 Vulnerabilidad de la vegetación al cambio climático La vulnerabilidad es el grado en el que un sistema puede ser afectado negativamente por el cambio climático, está en función de la sensibilidad del sistema y su capacidad de adaptación. La capacidad de adaptación es la respuesta autónoma de cada ecosistema, y de las actividades planeadas. La sensibilidad va muy de la mano de la resistencia del ecosistema, así como la capacidad de adaptación de su resiliencia. Se espera que el cambio climático afecte los ecosistemas en su funcionamiento, estructura y distribución. Además se deben considerar el incremento en la frecuencia e intensidad de eventos extremos, así como otros efectos indirectos, por ejemplo incendios forestales y las plagas (Locatelli, 2006). Los principales impactos debido al cambio climático se muestran en la Figura 2. 3.. Figura 2. 3 Impactos en ecosistemas forestales (Elaboración propia basado en Dudley, 1998).. La resiliencia depende del estado de salud y funcionalidad de los ecosistemas, otras presiones no climáticas como la degradación y fragmentación reducen esta propiedad y por lo tanto su capacidad de adaptación. Entre las actividades planeadas de adaptación se encuentran muchas acciones de conservación y manejo para reducir principalmente 15.

(28) las amenazas no climáticas antes mencionadas y el cambio de uso de suelo. Para evitar la fragmentación se pueden desarrollar corredores y zonas de amortiguamiento y una red de áreas naturales protegidas. Se debe buscar mantener la diversidad de ecosistemas representativos en los gradientes ambientales, especialmente bosques maduros, especies clave y bandera, y los ecosistemas relictuales.. Manejo de los. regímenes naturales de fuego, manejo de plagas, uso de técnicas silvoculturales, restauración con especies más resistentes, migración asistida y la conservación ex situ de especies altamente amenazadas. También podrían aplicarse acciones de restauración y reconversión (Locatelli, 2006. CBD, 2008).. 2.2.4 Modelos de idoneidad Como se mencionó anteriormente el cambio climático impactará en la distribución de los ecosistemas y para tomar las medidas de adaptación pertinentes se debe conocer si la aptitud del territorio cambiará para determinados tipos de vegetación. Un modelo de idoneidad potencial de la vegetación es una clasificación espacial del terreno donde cada sitio tiene asignado un valor que refleja lo adecuado de un lugar para la presencia, en este caso, de un tipo de vegetación determinado. Se utilizan para representar en forma descriptiva el área de distribución geográfica de las especies del globo, las que se distribuyen según exigencias fisiológicas y de acuerdo a la presencia de barreras y corredores naturales. Está en función de la influencia de diferentes variables que pueden ser climáticas como la precipitación y la temperatura; fisiográficas, como la altitud, pendiente, tipo de suelo, entre otros (CIOT, 2003).. 16.

(29) Figura 2. 4 Correlación de temperatura, precipitación y los principales biomas del mundo.(IPCC, 1995). Los modelos de idoneidad pueden construirse mediante técnicas diversas como la regresión logística y métodos no paramétricos. Se requieren mapas de vegetación y cartografía de un número suficiente de variables ambientales potencialmente influyentes en la distribución de la vegetación. La distribución espacial de cada categoría de vegetación corresponderá, en su caso, a un modelo diferente consecuencia de los diferentes requerimientos o preferencias ecológicas de las especies de la comunidad vegetal (Felicísimo, 2004). Los resultados del modelo deben tomarse con las reservas de que se estará generando como resultado la distribución potencial y no la real, además que depende en gran medida de la calidad de los datos y el uso de las variables adecuadas, ya que en los ecosistemas ocurren interacciones complejas entre organismos y su medio, además de las presiones externas principalmente por el hombre y eventos extremos (Benito, 2009. González, 2004).. 17.

(30) 2.2.5 Regresión logística binaria, modelos, métodos, tipos de variables independientes. La regresión logística binaria es un enfoque de modelado matemático que se utiliza mucho en análisis de datos epidemiológicos. Es un modelo lineal generalizado de la regresión de mínimos cuadrados, y al igual que la regresión lineal se basa en las relaciones entre una o más variables independientes con una variable dependiente, para poder estimar nuevos valores de la variable dependiente para otros valores de las variables independientes. El objetivo de la regresión logística es estimar la probabilidad de ocurrencia de una variable dependiente, como en este caso lo es la presencia de un tipo de vegetación.. Se denomina regresión binaria porque la variable dependiente es dicótoma lo que significa que toma sólo dos valores excluyentes entre ellos, para la conveniencia de los estudios de este tipo se le asigna 1 a los puntos con presencia del evento (tipo de vegetación) y 0 a los de ausencia. Como este modelo es continuo, genera valores de probabilidad en un rango de 0 a 1. La probabilidad P(Y=1) debe interpretarse como la mayor incompatibilidad para el tipo de vegetación modelada cuando tenga el valor de 0 y la más idónea para 1. Se sugiere generar rangos de probabilidad para evaluar la idoneidad, considerando al rango con P(Y=1) > 0.75 como el rango de presencia y P(Y=1) ≤ 0.1 como incompatible, por lo que los rangos intermedios se interpretan como un gradiente de idoneidad (Felicísimo, et al., 2004; CIOT, 2003; Benito, 2009).. Las variables independientes pueden ser continuas o categóricas, las variables continuas permiten tener un solo modelo ya que en todo el rango de las variables se generará una respuesta en la variable dependiente. Por su parte el utilizar variables categóricas requiere un coeficiente β para cada categoría de la variable categórica (Kleimbaum y Klein, 2002) lo que incrementa la dificultad matemática para obtener los mapas de idoneidad.. 18.

(31) 2.2.5.1. Modelo Logit. Existen tres funciones de que se pueden utilizar en la regresión logística, Logit, Normit/Probit y Gompit, por conveniencia matemática (Vasisht, 2007), para fines de este trabajo se utilizó la función Logit. Las ventajas del modelo Logit son:. a) Produce resultados estadísticamente correctos. Como transforma la variable dependiente dicótoma en continua en el rango -∞ a +∞ no tiene problema de quedar fuera de rango. b) Los resultados pueden ser fácilmente interpretados y es un método simple de análisis. c) Da estimaciones que son asintóticamente consistentes, eficientes y normales, por lo que puede aplicarse análogo a la prueba de regresión t. Las desventajas del modelo Logit son: a) Como en el modelo de probabilidad lineal, el término de disturbio o perturbación es heteroscedástico (las varianzas del error son distintas para cada X) y por lo tanto se tiene que utilizar los mínimos cuadrados ponderados. b) El número de muestras debe ser mucho más grande que el número de variables, en caso contrario los resultados de la estimación deben tomarse con cuidado. c) Al igual que en otras regresiones, puede existir un problema de multicolinearidad si las variables están relacionadas entre ellas. d) Como en los modelos de probabilidad lineal, el coeficiente de determinación (R2) tiene un valor limitado para juzgar la bondad de ajuste del modelo.. Esta función tiene la forma de la Ec. 2. 1.. Ec. 2. 1. Como ya se mencionó P(Y=1) es la probabilidad de que la variable dependiente Y, tome el valor de 1(presencia). La P(Y=1) está en función de z, que puede tomar valores entre 19.

(32) ∞ a +∞ y que se compone de las variables independientes, donde cada variable recibe una proporción asignada por un coeficiente similar a un modelo generado por una regresión lineal multivariable. La Ec. 2. 2 es la función para el término z.. Ec. 2. 2. Donde el coeficiente α es un valor constante que toma la variable z cuando el término de la sumatoria vale 0. El segundo término es la sumatoria de todas las variables X multiplicadas por su coeficiente β. Para estimar el valor de los coeficientes α y β se utiliza el método llamado similitud máxima (maximum likelihood) incondicional ya que el número de parámetros (X) es mucho menor que el número de registros (puntos de muestra) (Kleimbaum y Klein, 2002). Cuando el signo del coeficiente βi es positivo se refiere a una relación directamente proporcional con la variable Xi, entonces si Xi la P(Y=1) se incrementa y si disminuye Xi entonces P(Y=1) disminuye. Para evaluar el efecto que tiene cada variable independiente en la dependiente se utiliza el Odds Ratio (OR) o Radio de probabilidades, de acuerdo a la Ec. 2. 3 el Odds es el cociente de las probabilidades de ocurrencia sobre la de no ocurrencia:. Ec. 2. 3. El OR es un cociente de Odds cuando la variable Xi tiene un incremento unitario y es igual a calcular el antilogaritmo natural del coeficiente βi. El OR tiene el significado de cómo se incrementa la P(Y=1) con un incremento unitario en la variable independiente, por eso para coeficientes negativos es una fracción y para coeficientes positivos es mayor a 1.. Para las regresiones donde no se tiene un gran conocimiento de la relación entre las variables predictivas y la dependiente, es recomendable utilizar un método stepwise que iterativamente probará el ajuste del modelo variando la combinación de variables a 20.

(33) utilizar (Hosmer y Lemeshow, 2000). También se recomienda utilizar la prueba estadística del cociente de verosimilitud (likelihood ratio) que es un método de similitud máxima incondicional (Kleimbaum y Klein, 2002).. 2.2.5.2. Evaluación de ajuste del modelo. Además de la evaluación visual de si los modelos estiman las áreas con mayor idoneidad con la presencia real de la vegetación, existen varios métodos estadísticos para evaluar el ajuste del modelo, unos comparan los valores observados utilizados para construir el modelo y los que este arroja, como son la prueba de χ2 de Hosmer-Lemeshow (χ2HL) y las tablas de clasificación (TC). Otras utilizan una parte de la muestra que no se utilizó para la construcción del modelo y lo comparan con este, como la prueba del cálculo el área bajo la curva (AUC) ROC (Receiver Operating Characteristic), (Hosmer y Lemeshow, 2000).. La TC. utiliza un valor de probabilidad como punto de corte, con el cual puede. redondear los valores obtenidos entre 0 y 1 y transformarlos a estos dos valores, luego compara el valor observado contra el esperado y calcula el porcentaje de éxito. Generalmente se utiliza una probabilidad del 0.5 (Hosmer y Lemeshow, 2000). La prueba χ2HL es un método basado en la prueba χ2 simple que totaliza las diferencias cuadradas del valor observado y el esperado, dividido entre esperado, para cada registro. La modificación de Hosmer y Lemeshow ordena las respuestas de acuerdo a sus probabilidades ajustadas y luego las clasifica en 10 deciles (grupos con 1/10 de la probabilidad) realizando la prueba χ2 con g-2 grados de libertad, donde g es el número de grupos de deciles, de acuerdo a la Ec. 2. 4, donde O es el valor observado y E el esperado para los i (10) deciles y los j valores que toma la variable (0 y 1) (Pulkstenis y Robinson, 2002).. Ec. 2. 4. 21.

(34) El AUC evalúa la habilidad del modelo para discriminar entre los valores positivos (presencia) y negativos (ausencia). El rango de valores para el área bajo la curva está entre 0.0 y 1.0 de acuerdo a la Tabla 2. 2 Valores de la prueba ROC.. Tabla 2. 2 Valores de la prueba ROC(Hosmer y Lemeshow, 2000). AUC. AUC = 0.5. Interpretación. Sugiere que no existe discriminación, ajuste aleatorio similar a lanzar una moneda.. 0.7 ≤ AUC < 0.8. Se considera con una discriminación aceptable. 0.8 ≤ AUC < 0.9. Se considera discriminación excelente. AUC ≥ 0.9. Se considera excepcional. La curva ROC se construye graficando la sensibilidad contra el valor de 1.0 menos la especificidad. La sensibilidad es la probabilidad de clasificar un resultado como positivo cuando realmente es positivo, mientras que la especificidad es la probabilidad de clasificar un resultado como negativo cuando realmente es negativo (Hosmer y Lemeshow, 2000). Se requiere de una muestra diferente a la utilizada para elaborar el modelo, los valores de esta muestra se comparan contra los estimados por el modelo y así se obtiene la sensibilidad y especificidad(CIOT, 2003). Debido a que el modelo arroja valores continuos entre 0 y 1, se deben tomar puntos de corte, esto es definir a partir de qué valor se redondea a 0 y a 1, por ejemplo con un punto de corte igual a 0.4, todos los valores menores a éste, se redondearán a 0 y los mayores a 1. Para generar la curva ROC, se requieren tomar puntos de corte desde 0.0 a 1.0 (Hosmer y Lemeshow, 2000). 22.

(35) 2.2.6 Muestreo espacial Un muestreo debe estar bien diseñado para que sea lo suficientemente representativo y confiable. La muestra debe tomarse considerando la mayor variabilidad existente en toda una población estadística. La representatividad está dada por el número de réplicas a tomarse en cuenta y por el conocimiento de los factores que pueden influir en una determinada variable (Mostacedo y Fredericksen, 2000). Se le denomina intensidad de muestreo a la densidad de puntos o los puntos por unidad de área (Schabenberger y Gotway, 2005). No existe un acuerdo sobre el tamaño de muestra mínimo a utilizar, y puede variar según la técnica de modelización empleada. La calidad del modelo no solo va a depender del tamaño de la muestra, sino de la coherencia de la misma, la naturaleza del tipo de vegetación, y el modo en el que el algoritmo de modelado trata los datos. La densidad de los puntos de muestra debe estar equilibrada, o podría presentarse una ponderación por exceso para las condiciones donde hay más puntos y el resultado estaría sesgado. Algunos trabajos sugieren utilizar intervalos de confianza para evitar que datos extremos afecten al modelo (Ribalaygua, et al., 2008). Se recomienda utilizar un 75% de los registros para calibrar el modelo y un 25% para evaluarlo, pero la relación puede cambiarse en 70/30 o 60/40 (Benito B. , 2009). A continuación se enlistan los tipos de muestreo espaciales.. a) Muestreo aleatorio simple. Se aplica cuando se tiene poca información previa sobre lo que se va a evaluar, como su nombre lo indica se debe realizar al azar. b) Muestreo aleatorio estratificado. La población se divide en subgrupos o estratos con cierta homogeneidad, en cada subgrupo se aplica un muestreo aleatorio simple. Es necesario conocer adecuadamente la población para poder generar los estratos. c) Muestreo sistemático. Se ubican las muestras en un patrón regular en el área a muestrear. Este tipo de muestreo permite detectar variaciones espaciales en la comunidad, pero no se puede tener una estimación exacta de la precisión de la 23.

(36) media de la variable. El muestreo sistemático puede realizarse a partir de un punto determinado al azar.. 2.3 Descripción del área de estudio. El estado de Nuevo León está ubicado en el noreste de la República Mexicana, sus coordenadas geográficas extremas son: al Norte 27° 49', al Sur 23° 11' de latitud Norte, al Este 98° 26' y al Oeste 101° 14' de longitud Oeste. Colinda con 4 estado s y comparte frontera con Estados Unidos de América (ver Figura 2. 5). Tiene 51 municipios y nueve integran el área conurbada de la ciudad de Monterrey con el 85.7% de la población del estado en 2005 que en total ascendía a 4, 199,292 habitantes.. Figura 2. 5 Ubicación geográfica del estado de Nuevo León. Otras áreas urbanas importantes son la de Sabinas Hidalgo, Cadereyta y Linares. En Colombia está ubicado el puente internacional a Estados Unidos. Las ciudades cercanas 24.

(37) de los Estados vecinos son: Saltillo, Monclova, Nuevo Laredo, Laredo, Reynosa, McAllen, Matamoros (Tamaulipas) y Ciudad Victoria (ver Figura 2. 6).. Son 14 las cuencas hidrológicas que se extienden en el territorio de Nuevo León (ver Figura 2. 7), siendo las de mayor extensión dentro del estado: Río Bravo - Sosa, Río Bravo - San Juan, San Pablo y otras, Río San Fernando, Presa Falcón - Río Salado. La mitad del estado cae dentro de la región hidrológica Bravo - Conchos, El resto se encuentra en las Regiones del Salado y San Fernando - Soto la Marina. Los acuíferos Campo Mina y Navidad - Potosí - Raíces se encuentran sobre explotados. En el estado los ríos son intermitentes y sólo llevan agua durante la época de lluvias, el agua del Río san Juan se almacena en la presa El cuchillo la cual tiene capacidad de almacenamiento de 1,800 millones m3 y se utiliza principalmente para consumo humano, posteriormente se trata el agua residual del área metropolitana de Monterrey y se descarga al río Pesquería y se utiliza para riego. Son 4 las regiones hidrológicas prioritarias para la conservación, la del Río San Juan y Río Pesquería, Cumbres de Monterrey, Río Tamesí y Río Bravo. De acuerdo a la Figura 2. 7, el territorio estatal es ocupado por los climas2, semiárido cálido (24%), árido cálido (17%), semicálido subhúmedo (14%), semiárido semicálido (13%), árido templado (11%), semiárido templado (10%), árido semicálido (5%), muy árido semicálido (5%), templado subhúmedo (3%) y semifrío subhúmedo (0.01%). Los tipos de clima que incluyen son: semiárido cálido: BS1(h')(x') y BS1(h')w, árido cálido: BSo(h')(x'), semicálido subhúmedo: (A)C(w1), (A)C(w2), (A)C(wo) y (A)C(wo)x', semiárido semicálido: BS1h(x') y BS1hw, árido templado: BSok(x'), semiárido templado: BS1k(x') y BS1kw, árido semicálido: BSoh(x') y BSohw, muy árido semicálido: BWhw, templado subhúmedo: C(w1), C(w2), C(wo) y C(wo)x' y semifrío subhúmedo: Cb'(w1)x'.. 2. Ver Anexo F: Climatología Nuevo León. 25.

(38) 2.3.1 Ecorregiones El territorio estatal tiene una ubicación estratégica, ya que se localiza entre las regiones biogeográficas, Neártica y Neotropical. Además, por sus características fisiográficas, que incluyen serranías, lomeríos, planicies y altiplanos, se pueden encontrar ecosistemas característicos de la mayoría de los ecosistemas del país (Contreras-Balderas, 2008) El estado de Nuevo León se encuentra en la colindancia de 3 ecorregiones (ver Figura 2. 8), El desierto chihuahuense, La Sierra Madre Oriental, y La planicie Semiárida de Tamaulipas y Texas(CCA, 1997).. El desierto chihuahuense caracterizado por amplias llanuras en el altiplano mexicano entre los 1500 y 2000 msnm y las planicies al norte de la Sierra Madre con elevaciones de 500 a 1000 msnm, presenta algunas elevaciones de no más de 500 m sobre el nivel de la ecorregión, principalmente se encuentran diversos tipos de matorrales desérticos, como el rosetófilo y el micrófilo. La Sierra Madre Oriental presenta terrenos muy accidentados, forman sierras paralelas menores de estratos plegados con valles al centro en dirección noroeste a suroeste que alcanzan en promedio 2000 msnm incluyendo también los cerros más altos del estado, el tipo de vegetación predominante son los bosques de pinos, encinos, mixtos y de otras coníferas (Alanis, Cano y Rovalo, 1996).. La planicie semiárida que corresponde a la provincia fisiográfica de La llanura costera se caracteriza por lomeríos bajos, se eleva gradualmente de los 50 a los 250 msnm. También Incluye a las elevaciones denominadas islas del cielo(Wilson, 2006). Contiene a los principales ríos del estado, está conformada por sedimentos de la Era Cenozoica del periodo Terciario. La constituyen principalmente las comunidades vegetales del matorral espinoso tamaulipeco, el mezquital y el submontano (Alanis, Cano, y Rovalo, 1996).. 26.