Extremos climáticos relacionados con la precipitación durante los últimos 50 años en España: Evolución de las distribuciones y tendencias.

Por: Peio Oria Iriarte, Delegado Territorial de AEMET en Navarra

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mapa de España con la tendencia del máximo número anual de  días consecutivos sin precipitaciones en cada una de las estaciones (en aumento en colores cálidos y en descenso en colores fríos). El tamaño de los círculos es proporcional a la magnitud de la pendiente de la línea recta ajustada a los datos.

La precipitación presenta una gran variabilidad en el espacio y en el tiempo, especialmente en una región como la Península Ibérica, donde confluyen varios climas muy distintos y donde la orografía es compleja, con multitud de unidades de relieve dispuestas en diferentes orientaciones. La diversidad de precipitaciones está, por tanto, claramente relacionada con los distintos climas observados en la Península Ibérica, Baleares y Canarias.

 

Esta entrada del blog se centra en los cambios observados en España en cuanto a la distribución de episodios extremos a escala diaria relacionados con la precipitación, ya sea por su especial intensidad o duración o por su ausencia durante un largo periodo de tiempo.

Los extremos de la precipitación, es decir, las precipitaciones torrenciales y/o muy persistentes o los periodos dilatados de sequía son uno de los fenómenos que generan un mayor daño e impacto a nivel mundial. Los ciclones tropicales y extratropicales, las tormentas y las inundaciones, todos ellos claramente asociados a cuantiosas precipitaciones, constituyen aproximadamente el 80% del total de desastres relacionados con el tiempo, el clima y el agua (que a su vez suponen el 90% del total a nivel mundial), produciendo el 54% de muertes y el 84% de pérdidas económicas (Atlas of Mortality and Economic Losses from Weather, Climate and Water Extremes (1970–2012), https://library.wmo.int/pmb_ged/wmo_1123_en.pdf). En España se han producido grandes inundaciones en los últimos 50 años, tanto de carácter fluvial (desbordamientos del Ebro en 1961, 2003, 2015 y 2018, inundaciones en Bizkaia y Gipuzkoa en 1953 y 1983, etc.) como de carácter repentino (Riadas del Vallés en 1962, catástrofe de Biescas en 1996, crecida súbita de San Llorens en 2018, etc.). Otro de los episodios recordados por su enorme impacto fue el de octubre de 1982 en Valencia, situación de levante acompañada de aire frío en altura y cuyas precipitaciones ocasionaron la rotura de la presa de Tous, con decenas de víctimas. Este evento está considerado como uno de los mayores desastres hidrológicos en la historia reciente de España. En cuanto a periodos de sequía en los últimos 50 años destaca la de los años 1979-1983, que afectó notablemente al este de la Península con situaciones extremas en provincias como Toledo, Badajoz, Sevilla, Cádiz o Tarragona y la de 1991 a 1995 que también llevó a tomar medidas extraordinarias en bastantes capitales de provincia.

Por todo lo anterior existe un creciente interés por la distribución de los extremos climáticos a largo plazo asociados a la precipitación, tanto en el pasado como las posibles alteraciones en un contexto de cambio climático global y las proyecciones para el futuro. Una descripción exhaustiva  del comportamiento de los extremos puede además redundar en un mejor conocimiento de estudios de atribución y detección de cambio climático. Una de las mayores fuentes de incertidumbre a la hora de calcular distribuciones y tendencias de precipitación es la insuficiente cobertura espacial de datos. A lo anterior se suma que la precipitación es una variable cuyo cambio global puede ser uno de los más sensibles a las características regionales. Esto se refleja especialmente bien en una región como la Península Ibérica, a caballo entre el mar Mediterráneo y el Atlántico, y caracterizada, entre otras cosas, por un marcado ciclo estacional y una gran variabilidad interanual.

Para el estudio de posibles cambios en la distribución de eventos extremos relacionados con la precipitación se escogen dos índices climáticos, uno para lluvias muy fuertes (suma anual de la precipitación diaria en los días muy húmedos, es decir aquellos en los que se supera el percentil 95 de la serie de referencia) y otro para ausencia de las mismas (máximo número anual de días secos consecutivos, es decir, días seguidos sin precipitaciones). Estos índices se encuentran definidos en  “Global land-based datasets for monitoring climatic extremes”, artículo que focaliza en la monitorización de extremos climáticos. Para ello se toma como base la rejilla GHCNDEX (Gridded Temperature and Precipitation Climate Extremes Indices), que se caracteriza por estar disponible a escala diaria, ser de alcance global, estar basada en datos medidos en superficie y mantenerse operativamente. GHCNDEX emplea el mayor repositorio a nivel mundial de observaciones diarias de temperatura y precipitación en superficie (base de datos diaria “Global Historical Climatology Network (GHCN)” del NCAR, Centro Nacional de Datos Climáticos de los Estados Unidos) y cuenta con datos de 12000 estaciones pluviométricas con al menos 40 años de datos a partir de 1951 para la construcción de la rejilla de precipitación diaria. La rejilla tiene una resolución de 2,5˚ x 2,5˚.  A continuación se representan varias figuras basadas en los índices de extremos climáticos relacionados con la precipitación que se computan con la rejilla GHCNDEX para la franja comprendida entre el paralelo 20˚ y 50˚ del hemisferio norte. Las figuras muestran la variación espacial de las tendencias para cada punto de rejilla así como el promedio sobre todos los puntos. Uno de los resultados principales es que tanto el número de días húmedos (aquellos con cantidades superiores al percentil 90 de la serie de referencia) como el de días muy húmedos está aumentando en el conjunto de Europa, Asia y Norteamérica.

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Figura 1: Índices de extremos climáticos en latitudes medias: mapas de tendencias para el periodo 1951–2013 y serie temporal promediada para los puntos de rejilla ente 20° y 50° N. a) Tendencia anual de la precipitación total en los días húmedos. b)  Tendencia anual de la precipitación total en los días muy húmedos. c) Evolución promedio de la precipitación en los días muy húmedos. Tomada de Cohen et. al. (2014).

 Si bien es llamativo que la tendencia en la Península Ibérica es contraria a la de la mayoría del resto del continente europeo (registrando el noroeste de la Península una disminución de la precipitación en los días muy húmedos y el resto unas condiciones neutras o ligeramente descendentes), la resolución espacial de la base de datos GHCNDEX no es suficientemente alta teniendo en cuenta la enorme variabilidad de climas y precipitaciones observados en la Península Ibérica de acuerdo a lo mencionado anteriormente. Por ello en las siguientes figuras se muestran resultados a mayor escala espacial, basados en los datos de precipitación a escala diaria que han sido tomados en los últimos 50 años (1969-2018) en las estaciones que posee AEMET por todo el territorio nacional. Estos datos proceden de un total de 839 estaciones de varios tipos  (principales, observatorios sinópticos, pluviométricas) y que se encuentran distribuidas por la geografía española según se muestra en la figura 2. El criterio para la selección de estaciones es que tengan más de 500 meses con datos en el periodo entre 1969 y 2018 y hayan estado en funcionamiento durante el periodo completo de 50 años. Si multiplicamos el número de estaciones por el número de días entre 1969 y 2018 encontramos que el total de datos analizados debería ser 15.321.818. Como siempre hay algunas lagunas de datos faltantes, en realidad los datos analizados son 14.681.366, un 95,82 % de todos los posibles. En cualquier caso la suficiente completitud de las series y la relativamente alta densidad de puntos de observación permiten llevar a cabo el presente análisis.

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Figura 2: Conjunto de estaciones empleadas.

La metodología empleada para el cálculo de la evolución del primer índice de los mencionados anteriormente es la siguiente: Se calcula el percentil 95 de la serie de precipitación diaria de cada una de las estaciones tomando como periodo de referencia los 50 años, es decir, en cada estación se busca el umbral de precipitación para un día muy húmedo. Para cada año y estación se calcula la precipitación de los días muy húmedos previa eliminación de los años con un número de datos faltantes de precipitación diaria superior a 12 días (mediante cálculos estadísticos se puede concluir que excluir 12 días aleatoriamente en el periodo de un año no es estadísticamente significativo de cara a llevar a cabo este análisis). Se suma la precipitación de cada uno de los días muy húmedos y se normaliza dividiendo por el número de ellos, siendo esto último de especial relevancia para observar una tendencia promedio de todas las estaciones ya que, al ser los días muy húmedos poco frecuentes, el resultado es muy dependiente de las veces que ocurren cada año en el conjunto de las estaciones. Para cada estación se toman los años con al menos un día muy húmedo y se eliminan las estaciones en los que el número de años entre 1969 y 2018 con al menos un día muy húmedo es inferior a 25. La anterior condición elimina aproximadamente el 4,5 % de las estaciones (36), ya sea debido a desechar años con insuficiente número de datos o porque no se registran suficientes años con días muy húmedos. Finalmente, para cada año se promedia sobre las 839 estaciones para obtener la tendencia a nivel nacional de la cantidad de precipitación en los días muy húmedos. Los resultados se muestran en la figura 3. En el mapa se representa la tendencia en décimas de mm/año de cada una de las estaciones. Las tendencias crecientes se representan con colores cálidos y las decrecientes con fríos, siendo el tamaño del círculo proporcional a la magnitud de la tendencia. En la parte inferior se representa la media móvil (en una ventana de 10 años) de la tendencia promediada sobre todas las estaciones. Se observa un ligero descenso entre el comienzo del periodo y los años 90, seguido de un aumento más marcado hasta el final del periodo. En cualquier caso el aumento de la tendencia es prácticamente inapreciable en promedio.

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Figura 3: Arriba: mapa de España con las estaciones estudiadas y las tendencias de la precipitación de los días muy húmedos, en aumento en colores cálidos y en descenso en colores fríos. El tamaño de los círculos es proporcional a la magnitud de la pendiente. Abajo: media móvil del promedio de las tendencias para todas las estaciones.

En el mapa de la figura anterior se observan dos resultados interesantes:

  • Un aumento en el promedio de la cantidad de precipitación diaria de los días muy húmedos en zonas del Mediterráneo (litoral peninsular y archipiélago balear), Pirineo y Prepirineo aragonés, gran parte de Andalucía y Extremadura y, de forma más local, en zonas del norte de Palencia y León y Canarias.

  • Una disminución en el promedio de la cantidad de precipitación diaria de los días muy húmedos en el interior de la Península, meseta norte y sur así como en la mayor parte del Cantábrico.

Para establecer las causas de estas tendencias sería necesario un estudio en profundidad pero es destacable que en algunas zonas en las que se observa una tendencia en aumento de la precipitación en los días muy húmedos, el porcentaje anual de precipitación de origen convectivo sea significativo. Podría ser el caso del Prepirineo aragonés o, de modo más general, de todo el sector mediterráneo (el origen convectivo de las precipitaciones suele ser fundamentalmente debido a tormentas de masa de aire durante la temporada cálida, forzadas local u orográficamente, las desarrolladas por algún tipo de mecanismo sinóptico o bien por temporales de levante asociadas a finales de la estación estival u otoñal). Por otro lado las zonas donde se registra una disminución podrían estar ligadas a precipitaciones más propias de un clima mediterráneo continental o también atlántico, y sería el caso del litoral cantábrico, el interior de la Península o la fachada noroccidental de la Península. En este sentido, los resultados son aproximadamente coherentes con los encontrados en el artículo que muestra los resultados para el conjunto de  las latitudes medias del hemisferio norte.

En cuanto al segundo indicador estudiado, que computa el máximo número anual de días consecutivos sin precipitaciones, básicamente se sigue el mismo procedimiento que con el primer indicador, es decir, en cada estación se realiza una búsqueda a escala anual para determinar el máximo número de días consecutivos sin precipitación y se excluyen los años con más de 12 días sin dato. A diferencia de antes, para cada estación siempre habrá un periodo seco (corto si el año es lluvioso y las precipitaciones se reparten bien o largo si hay prolongada ausencia de las mismas).

En la siguiente figura se muestran los resultados al igual que en la figura anterior, es decir, se presenta un mapa con la tendencia del máximo número de días secos consecutivos  por año en cada una de las estaciones. Las tendencias crecientes se representan con colores cálidos y las decrecientes con fríos y el tamaño del círculo es proporcional a la magnitud de la tendencia. En la parte inferior se representa la media móvil (en una ventana de 10 años) de la tendencia promediada a todas las estaciones. Se registra un leve aumento entre los años 1990 y 2000 y, aproximadamente tendencias neutras o ligeramente decrecientes.

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Figura 4: Arriba: mapa de España con la tendencia del máximo número anual de  días consecutivos sin precipitaciones en cada una de las estaciones (en aumento en colores cálidos y en descenso en colores fríos). El tamaño de los círculos es proporcional a la magnitud de la pendiente de la línea recta ajustada a los datos. Abajo: media móvil del promedio de las tendencias para las estaciones.

Los resultados muestran:

  • Un aumento notable de la duración de los periodos sin precipitaciones en muchas estaciones de la mitad sur de sur de la Península, muy especialmente en Andalucía y partes de Murcia (círculos grandes en colores rojos).
  • En buena parte del norte de la Península las tendencias son próximas a cero (colores verdes).
  • Ligera disminución de la duración de los periodos secos en el valle del Ebro, zonas del litoral mediterráneo y algunas estaciones del oeste de la Península.

Si bien los resultados mostrados han de ser analizados con mayor detalle podemos obtener algunas conclusiones preliminares. El conjunto de España es especialmente diverso en cuanto a climas y precipitaciones. Por ello es de esperar que la alteración de los patrones de algunos indicadores de extremos relacionados con la precipitación no sea homogénea. Para el análisis de estos cambios es, por tanto, muy necesario contar con series de datos suficientemente largas y una alta densidad de estaciones pluviométricas. Los mapas y gráficas mostrados conducen a observar claras diferencias entre distintas zonas de la geografía española. Por ejemplo, en zonas del Mediterráneo o próximas a algunos sistemas montañosos podría estar aumentando la cantidad de precipitación en los días muy húmedos, aquellos que, por definición, se sitúan en los extremos de las series. En otras zonas del interior o norte de la Península, sin embargo, la tendencia podría ser contraria o neutra. En cuanto al número de  días consecutivos sin precipitaciones si que se observa una tendencia en aumento clara y marcada en la mayoría de las estaciones de Andalucía sin registrarse apenas cambio o incluso una ligera disminución en el resto.

Referencias

Mestre, A., et al. (2011). Atlas Climático Ibérico: Temperatura del Aire y Precipitación (1971-2000). Departamento de Producción de la Agencia Estatal de Meteorología y Departamento de Meteorologia e Clima del Instituto de Meteorologia de Portugal.

Font Tullot, I., (2000). Climatología de España y Portugal, Universidad de Salamanca.

Rivera, A., (2012). Las lluvias torrenciales del 20 de octubre de 1982 y el inicio de la meteorología de mesoescala en España. XVIII Jornadas de Meteorología ‘Eduard Fontserè’ Barcelona, 24 de noviembre de 2012.

Mistry, M. N., (2019). A High-Resolution Global Gridded Historical Dataset of Climate Extreme Indices, Data 2019 ,4, 41;doi:10.3390/data401004

Easterling, D.R., Meehl, G.A., Parmesan, C., Changnon, S.A., Karl, T.R., Mearns, L.O., (2000). Climate Extremes: Observations, Modeling, and Impacts. Science 2000, 289, 2068–2074.

Alexander, L.V., (2016). Global observed long-term changes in temperature and precipitation extremes: A review of progress and limitations in IPCC assessments and beyond. Weather Clim. Extrem. 2016, 11, 4–16.

El Adlouni, S. y  Ouarda, T. B. M. J., (2010). Frequency Analysis of Extreme Rainfall Events.  Geophysical Monograph Series · January 2010.

Polade, S.J. et al., (2017). Precipitation in a warming world: Assessing projected hydro-climate changes in California and other Mediterranean climate regions. Scientific Reports Volume 7, Article number: 10783.

Cohen, J. et al., (2014). Recent Arctic amplification and extreme mid-latitude weather, Article in Nature Geoscience · August 2014

Donat, M. G.,  et al., (2013). Global land-based datasets for monitoring climatic extremes. Bull. Am. Meteorol. Soc. 94, 997–1006.

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