Estudios Sobre el Cambio Climático y Biodiversidad

El cambio climático es un hecho, y plantea amenazas importantes para la biodiversidad; los impactos son detectados en muchos taxones, afectando a su fenología, distribución y demografía. Gracias a investigaciones de Meehl et al. se sabe que la media de la temperatura global de la superficie terrestre aumento alrededor de 1º C en el siglo pasado.; es más, se han previsto que en el próximo siglo, la temperatura global promedio aumentará entorno a los 4ºC.

La conservación tiene como papel, reducir los impactos del cambio climático en la biodiversidad y los servicios de los ecosistemas. Una de las herramientas que usa la conservación con respecto al cambio climático, consiste en el despliegue de modelos de distribución de especies para evaluar los rangos de especies actuales y futuras con respecto al clima y otras variables predictivas. Estos modelos pueden indicar que las áreas protegidas actualmente ya no pueden mantener las poblaciones de especies; a la inversa, la reducción de las distribuciones y la reducción de los rangos podrían crear nuevos refugios por la concentración de las especies amenazadas en un futuro.

Estos modelos presenta dos desafíos:las respuestas individualizadas y diferentes de cada especie, los modelos, en sí mismo, poseen una incertidumbre inevitable debido al conocimiento imperfecto o al modelado de las distribuciones y climas actuales.

En resumen, el objetivo principal de Ackerly et al.  es dar un nuevo enfoque en la examinación de varios aspectos de la geografía del cambio climático y su efecto en la conservación de la biodiversidad en los dominios de California y Nevada (EE.UU).

CLIMA, CAMBIO CLIMÁTICO Y BIODIVERSIDAD.

Ackerly et al.  usaron un nuevo enfoque para explorar las implicaciones del cambio climático proyectado hacía la biología de la conservación en vez de tratar de mejorar las limitaciones de los modelos de distribución. Sus análisis tuvieron como base dos premisas: el impacto biológico en relación con la tasa (y/o magnitud) del cambio climático y la dependencia del cambio climático de la relación entre el cambio temporal y la heterogeneidad climática espacial.

Para evaluar patrones de cambio climático, examinaron tres enfoques: análisis de los cambios en el entorno realizado con climas que se proyectan como resultado del cambio climático del S. XIX.  la integración de patrones climáticos espaciales y temporales para la evaluación de la velocidad y direccionalidad del cambio climático en un futuro. Evaluación de la heterogeneidad climática espacial a nivel de topo y mesoclima en el entorno realizado.

CONTRUYENDO UNA COMPRESIÓN ESPACIAL-TEMPORAL DEL CLIMA

Estudios de la geografía del cambio climático requiere de la disponibilidad de valores espaciales para los parámetros a estudiar. Para poder realizar “normas” climas, los datos derivan de observaciones meteorológicas del S. XX; para pronosticar los patrones geográficos futuros, los valores de los parámetros climáticos comparables se adquirieron de los resultados del modelo de circulación general. En el estudio usaron el conjunto de datos PRISM para los EE.UU continentales para los análisis del clima actual.

Cambios en el entorno realizado

La naturaleza multidimensional de la variación climática es uno de los desafíos principales para poder comprender los patrones espaciales y temporales en el clima. El concepto de entorno realizado se estudia a nivel de paisaje y define las combinaciones de condiciones climáticas que se realizan en una región en particular en un momento dado. Los cambios en el entorno realizado a lo largo del tiempo conducen a fenómenos potencialmente generalizados de climas en desaparición y climas novedosos.

El entorno realizado usado por Ackerly et al. consiste en el dominio California-Nevada (CA-NV), que incluyen la totalidad o parte de las 12 ecorregiones WWF de Norte-América. Para los análsisi del cambio climático, mediante un conjunto de 16 modelos de circulación general (GCM) que proyectan el clima a finales del S. XXI en el escenario de emisiones de gases invernadero (GEI). Todos los modelos indican una aumento de la temperatura entre 2.5 y 3.6 ºC y una amplia gama de proyecciones de la precipitación de -140 a +272 mm.

Disponibilidad climática

La representación a modo de histogramas univariados revela distribuciones bimodales de temperatura para el dominio CA-NV que correspondientes a la amplia extensión de climas más fríos en la Gran Cuenca y climas más cálidos en el Valle Central y la costa de California; para los modelos más cálidos, ya sean secos o húmedos, se observa un pico de aumento de temperatura, mientras que los valores de precipitación se distribuyen más o menos normalmente.

Figura SEQ Ilustración * ARABIC 1. Histograma de disponibilidad para temperatura (a) y precipitación (b). La altura de la línea en cada punto corresponde a la proporción del área del dominio con la temperatura o el nivel de precipitación correspondiente en el presente (negro) o futuro (rojo).

Variabilidad histórica y escalamiento de temperatura y precipitación

Los histogramas no logran captar la estructura multidimensional del entorno realizado; pero los análisis bivariados y de dimensiones superiores pueden usar medidas de la temperatura y la precipitación del verano frente al invierno, o los medios y la estacionalidad de la temperatura y precipitación. Para superar el desafío del escalamiento de los cambios proyectados en diferentes componentes climáticos entre sí, modificaron el enfoque de Williams et al.  usando medidas de variabilidad histórica e interanual en el clima para estandarizar los cambios futuros proyectados; el razonamiento biológico es que las medidas de variabilidad histórica estarán relacionadas con la resiliencia de los sistemas ecológicos frente al cambio climático futuro.

Desaparición, declinación, expansión y climas novedosos

Ackerly et al.  desarrollaron un enfoque modificado y computacional, construyendo histogramas bivariados del espacio climático, teniendo como base la temperatura media anual y la precipitación total y calculando el cambio en el área por cada combinación de condiciones posible. Para evaluar el cambio climático dividieron el área ocupada bajo las proyecciones futuras por el área ocupada por cada combinación de clima; los valores igual a 0, indican un clima que desaparece (presenta ahora, ausente en el futuro), un valor infinito indican un clima novedoso (presente en el futuro y ausente ahora), y los valores mayor menor representan climas en expansión y contracciones de los climas respectivamente.

En climas más cálidos y secos, los nuevos climas son evidentes tanto en los bordes más secos como en los más calientes del espacio climático ; en contraste, bajo la proyección más cálida y húmeda, los nuevos climas aparecen solo en el borde más caliente. En ambos escenarios se sabe que los climas que desaparecen se pronostican en las zonas más frías.

En los estudios de la relaciones entre especies y áreas, el aumento de grandes áreas a menudo se debe, al menos en parte, a una alta heterogeneidad ambiental y climática; en contraste, las áreas grandes ocupadas por un conjunto particular de condiciones climáticas ofrecen más espacio, pero no una mayor heterogeneidad climática. Estos análisis no aportan un pronóstico concreto para taxones individuales, pero ayudar en generalizaciones más amplias sobre comunidades y grupos de especies que se espera que cambien en climas futuros.

Movimientos climáticos: velocidad, destino y congruencia direccional

Gracias a los patrones anteriores, Ackerly et al.  pudieron considerar el movimiento del clima a los largo del paisaje, es más gracias al gradiente espacial de las condiciones climáticas en un paisaje, junto con la trayectoria temporal, determina la dirección y la velocidad del movimiento para capa variable del clima. Esto les permitió calcular la relación de la tasa de cambio temporal dividida por el gradiente espacial para el mismo factor climático.

La direccionalidad del movimiento para rastrear el cambio climático se puede determinar gracias a la orientación del gradiente espacial junto con la dirección del cambio proyectado en un factor climático en particular. Un ejemplo seria los estudios que realizaron en el Valle de Owens como se ve en la Figura 4; en esta se puede ver el escenario menos cálido-seco y más cálido-mojado.

Gracias a estos mapas de direccionalidad del movimiento, el plan de la conservación dispone de una plantilla para la expansión de las reservas ya existentes y la orientación de los corredores que permitirá el movimiento en respuesta al cambio climático.

Heterogeneidad climática de las áreas protegidas

La heterogeneidad ambiental contribuye a la biodiversidad a nivel del paisaje; un análisis reciente de la diversidad global de plantas, determino que la heterogeneidad del área y la topografía contribuyeron a la riqueza de las especies de plantas. El área y la heterogeneidad interactúan, este efecto puede llevar a las especies a ocupar una amplia gama de ambientes cuando están en áreas pequeñas; junto con este efecto y una revisión sobre las medidas de conservación, identificaron una mejor conectividad de reserva, mayor tamaño de reserva y protección de una elevada gama de condiciones bioclimáticas.

La entropía cuadrática de Rao fue modificada para una distribución continua; consiste en una medida útil que incorpora la uniformidad y el grado de dispersión de los valores a lo largo del eje climático. Los valores más altos de diversidad climática, se adjudicaron a las áreas más grandes. A medida que aumenta la temperatura, algunas reservas pueden sufrir cambios de modo que no haya entre las áreas cálidas presentes y futuras más frías. En general, el grado de superposición está relacionado con la diversidad climática actual de cada reserva.

Figura 5. Variabilidad de las temperaturas de verano para áreas protegidas de la bahía de San Francisco. Diferencia entre la temperatura mínima de verano en el futuro observada en cada reserva y la temperatura máxima en el presente, en función de la heterogeneidad espacial en la temperatura.

Topografía y variación del topoclima

Geiger & Aron definen el topoclima como gradientes de temperatura de escala fina a lo largo de metros, que son impulsados por factores diversos. La diversidad topoclimática puede proporcionar un amortiguamiento importante espacial que modulará los impactos locales del cambio climático a escalas más bajos. Como ejemplo, en el valle subalpino (White Mountains, CA) se realizatrón estudios empíricos donde se obtuvo la magnitud de los gradientes topoclimaticos dentro de un kilómetro cuadrado.

Los efectos de los gradientes topoclimáticos sobre la distribución y la abundancia de organismos pueden ser grandes; los promotores tipoclimáticos aparecen constantemente en las clasificaciones de vegetación y en el modelado multivariado de especies. Ackerly et al. indican que en paisajes complejos, las respuestas a corto plazo en relación a un aumento de la temperatura pueden expresarse como cambios de las especies individualmente y en las comunidades locales; en estudios con una proyección donde se incorpora la heterogeneidad topográfica a escala estrecha se observa la persistencia de las especies, a nivel de paisaje, aun cuando indican otros estudios sus extinciones.

CONCLUSIONES

En conclusión, Ackerly et al. llegaron a la obtención de dos modelos de cambio climático, donde la mayoría de las condiciones climáticas se verán reducidas considerablemente, desapareciendo en los zonas más altas; menos en el Valle Central donde observaron la aparición de nuevos climas y la expansión de los ya existentes. Además predicen el movimiento de isóclinas de temperatura hasta 4.9 km*año −1 en regiones planas, mientras que la velocidad de este movimiento es menor en las áreas de montaña a casusa de los gradientes topoclimáticos. Se ha de destacar dos principales conclusiones:

“para 2100 de las casi 500 áreas protegidas (> 100 ha), se proyecta que solo ocho de las más grandes experimenten temperaturas dentro del rango observado actualmente” (

“La heterogeneidad espacial en el clima, desde el mesoclima hasta las escalas del topoclima, representa un importante amortiguador espacial en respuesta al cambio climático y merece una mayor atención en la planificación de la conservación.” 

Aun así proponen que la variabilidad del topoclima aumentará la gama, aún más, de condiciones con las que se experimenta y que debería incluirse en futuros análisis. Además, proponen una re-evaluación de las áreas protegidas para determinar si es necesario su protección o cambiar las áreas por las posibles nuevas zonas en riesgo.

REFERENCIAS

• Ackerly, DD; Loarie, SR; Cornwell, WK; Weiss, SB; Hamilton, H; Branciforte, R and Kraft, NJB (2010). The geography of climate change: implications for conservation biogeography. Diversity and Distributions, Vol. 16, pp: 476-487.
• Elith, J & Leathwick, JR (2009) Species distribution models: ecological explanation and prediction across space and time. Annual Review of Ecology Evolution and Systematics, Vol. 40, pp: 677–697.
• Geiger, R & Aron, RH (2003). The climate near the ground, 2nd edn. Harvard University Press, Cambridge, Mass.
• Hellman, JJ; Weiss, SB; McLaughlin, JF; Ehrlich, PR; Murphy, DD & Launer, AE (2004) Structure and dynamics of Edith’s Checkerspot populations. On the wings of Checkerspots: a model system for population biology (ed. By P.R. Ehrlich and I. Haanski), pp. 34–62, Oxford University Press, Oxford.
• Jackson, ST & Overpeck, J. (2000) Responses of plant populations and communities to environmental changes of the late Quaternary. Paleobiology, Vol. 26, pp: 194–220.
• Maurer, EP; Brekke, L; Pruitt, T & Duffy, PB (2007) Fineresolution climate projections enhance regional climate change impact studies. Eos Transactions AGU, Vol. 88, pp: 504.
• Meehl, GA; Stocker, TF; Collins, WD; Friedlingstein, P; Gaye, AT; Gregory, JM; Kitoh, A; Knutti, R; Murphy, JM; Noda, A; Raper, SCB; Watterson, IG; Weaver, AJ & Zhao, ZC (2007) Global climate projections. Climate Change 2007: the physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (ed. By S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averty, M. Tignor and H.L. Miller), pp. 747–845, Cambridge Univ. Press, Cambridge, England.
• Parmesan, C (2006) Ecological and evolutionary responses to recent climate change. Annual Review of Ecology Evolution and Systematics, Vol. 37, pp: 637–669.
• Rao, CR (1982) Diversity and dissimilarity coefficients: a unified approach. Theoretical Population Biology, Vol. 21, pp: 24–43.
• Scheffer, M; Carpenter, S; Foley, JA; Folke, C & Walker, B (2001) Catastrophic shifts in ecosystems. Nature, Vol. 413, pp: 591–596.
• Schwilk, DW & Ackerly, DD (2005) Limiting similarity and functional diversity along environmental gradients. Ecological Letters, Vol. 8, pp: 272–281.
• Williams, JW; Jackson, ST & Kutzbacht, JE (2007) Projected distributions of novel and disappearing climates by 2100 AD. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Vol. 104, pp: 5738–5742.