Caracterización de la variabilidad interanual de las precipitaciones diarias en la Demarcación Hidrográfica del Segura. Parte I

Por Juan Andrés García-Valero (AEMET en la Región de Murcia)

La Demarcación Hidrográfica del Segura (DHS) se encuentra localizada al sureste de la Península Ibérica, siendo ésta una de las regiones más áridas del continente europeo  (figura 1). La gran irregularidad que presenta su régimen de precipitaciones da lugar a la aparición de largos períodos de sequía interrumpidos en ocasiones con períodos cortos de intensas precipitaciones.

La gestión del agua en la región es complicada especialmente en los períodos de escasez, durante los cuales se necesita atender a la importante demanda que ejerce el sector agrícola, así como al consumo de una población cercana a los dos millones de habitantes. Por otro lado, el exceso de reserva se vuelve un problema cuando coincide con períodos de precipitaciones intensas requiriendo en ocasiones desembalsar con el consiguiente riesgo de inundación en las zonas de menor altitud. Toda esta complejidad puede verse acrecentada en la segunda mitad de este siglo si se tienen en cuenta las inquietantes proyecciones de cambio climático, que indican una disminución significativa de las precipitaciones anuales, y una mayor recurrencia de precipitaciones intensas, en general sobre toda la cuenca mediterránea.

Figura 1. Demarcación Hidrográfica del Segura.

La complejidad de las precipitaciones en la DHS hace necesario profundizar más en el conocimiento de su variabilidad interanual. Para ello es indispensable el uso de datos de precipitación con suficiente resolución espacio-temporal. Recientemente, la Agencia Estatal de Meteorología ha actualizado en su página web la base de datos diaria de precipitación de tipo reticular que tiene una resolución de 5 km y que está disponible para todo el territorio español peninsular y las Islas Baleares (http://www.aemet.es/es/serviciosclimaticos/cambio_climat/datos_diarios?w=2). Esta base de datos abarca el período comprendido entre el 1 de enero de 1951 y el 30 de junio de 2020. Su construcción parte de la observación registrada en 3236 estaciones pluviométricas de AEMET que se extiende sobre una rejilla de 5 km mediante el método de interpolación óptima usado en la cadena operativa del modelo HIRLAM. Sobre esta base de datos el lector puede obtener más detalles en la siguiente dirección web: 

https://www.aemet.es/es/conocermas/recursos_en_linea/publicaciones_y_estudios/publicaciones/detalles/NT_24_AEMET .

En este trabajo se presenta un análisis de la variabilidad interanual de las precipitaciones en la DHS en los últimos 70 años. Para ello, se ha obtenido una serie media regional a partir de la información presente en todos los puntos de rejilla que “caen dentro” de la región de estudio (609 puntos). El empleo de series regionales es habitual en estudios de tipo  hidrológico. Su uso presenta dos ventajas fundamentales. En primer lugar, los errores que pueden contener los datos de rejilla debido a la posible presencia de errores en las observaciones, quedan filtrados al promediar la información. En segundo lugar, la señal climática que puede extraerse de la serie regional está mejor correlacionada con la circulación atmosférica, y por tanto con las situaciones sinópticas de gran escala, facilitando una mejor comprensión de los cambios que puedan estar sucediendo. Así, el objetivo de este estudio es la caracterización de la variabilidad interanual de la serie regional de precipitación diaria en la DHS en los últimos 70 años. Para ello se han analizado los valores acumulados, el número de días de eventos de precipitación, y una serie de índices relacionados con la escasez de las precipitaciones y con eventos intensos de precipitación. A continuación se presentan los principales resultados obtenidos.

Variabilidad interanual de valores acumulados

El valor medio de la precipitación acumulada anual en la DHS es de 342 mm. A pesar de la importante variabilidad interanual de los valores acumulados anuales (figura 2), este valor medio es representativo de la población debido al valor relativamente bajo obtenido para el coeficiente de variación que es del 28%. Recordemos que el coeficiente de variación se define como el cociente (en tanto por ciento) entre la desviación típica y el valor medio de una determinada muestra de valores, de modo que valores altos por encima del 80% se relacionan con una muestra poblacional cuyo valor medio no es representativo del resto de valores que adquiere la variable, en este caso, la mediana resulta un estadístico más representativo de la muestra poblacional.

En el período de estudio se observan años extremadamente secos (1961, 1970, 1983, 1995 y 2005) en los que apenas se superaron los 200 mm, así como años muy húmedos (1951, 1969, 1972 y 1989) en los que se superaron los 500 mm. Entre estos años, los más extremos fueron 1970 con 176 mm de precipitación media anual y 1989 con 680 mm.

Figura 2. Precipitación acumulada anual en la DHS en el período 1951-2019. La línea horizontal negra marca el valor de la media anual en el período de estudio. Las líneas roja y azul representan las isoyetas anuales de 200 y 500 mm, límites considerados para la definición de los años muy secos y muy húmedos, respectivamente.

La distribución anual de las precipitaciones responde a las características típicas del clima mediterráneo. El verano es la estación de menor pluviometría, seguida del invierno donde los acumulados son más importantes por el interior de la cuenca, siendo los valores muy similares en primavera y otoño, aunque algo superiores en la última estación (figura 3). A diferencia del valor medio acumulado anual, el valor medio mensual de cada uno de los meses del año no es representativo de la población estadística debido a la gran variabilidad interanual (figura 2). A escala mensual el coeficiente de variación supera el 80%, siendo más conveniente en este caso referirse al valor de la mediana acumulado mensual como valor más representativo de cada mes. Julio es el mes de menor pluviometría con un valor de mediana de 1.3 mm (figura 3),  mientras que abril (28.9 mm) y mayo (32 mm) en primavera, y octubre (31 mm) y noviembre (29 mm) en otoño, son los más lluviosos.

Figura 3. Gráficos de tipo boxplot que muestran la variabilidad interanual de la precipitación acumulada mensual y estacional en el período 1951-2019 en la DHS. La línea gruesa ubicada en el interior de cada cajita representa el valor de la mediana de ese mes, mientras que los puntos ubicados en la parte superior de cada diagrama son los valores más extremos observados. El ancho de las diferentes cajitas está relacionado con la variabilidad interanual, mayor cuanto mayor sea éste. Sobre el gráfico se representa también una línea horizontal fina que hace referencia al valor mensual más alto de la mediana que corresponde al mes de mayo (32 mm).   

Un aspecto interesante del estudio de las series de acumulaciones es el análisis de tendencias. En este caso, y en el conjunto de toda la demarcación, no se obtienen tendencias estadísticamente significativas en la escala anual y tampoco en la estacional, pero sí en la escala mensual. Así, en junio se observa una tendencia negativa de 2 mm cada 10 años (2 mm/década, en adelante), y en septiembre una positiva de 2.4 mm/década. Para el resto de meses del año no se aprecia ninguna tendencia.

Variabilidad interanual de parámetros diarios

El clima no es sólo la caracterización de los valores medios a lo largo de un período de años suficientemente largo, sino que su concepto es mucho más amplio, especialmente en un contexto de cambio climático como el actual. Para una comprensión más profunda del clima de una región es necesario disponer de mayor información sobre él, como por ejemplo determinar dónde se sitúan sus extremos, qué valores de precipitación, de temperatura, de viento, etc, toman ciertos percentiles, con qué frecuencia suceden ciertos eventos causantes de impactos, etc. El uso de datos climáticos diarios es esencial para aumentar nuestra comprensión del clima. Sin esta información sería imposible abordar una multitud de trabajos relativos a la obtención de proyecciones de cambio climático, al análisis de impactos y a la adopción de medidas de adaptación y mitigación. En este apartado se presenta un análisis de algunas características de las precipitaciones a escala diaria, como son el número de días de precipitación, las precipitaciones intensas y las rachas secas o días consecutivos sin precipitación.

Número de días de precipitación

Si se define como día de precipitación a aquél en el que la precipitación media regional es superior o igual a 1 mm, en la DHS el número medio anual de días es de 71.6 (mediana 69). La estación del año en la que se produce un mayor número es la primavera, con una media de 22 días, seguida del otoño e invierno con 20, y verano con tan sólo 9  (figura 4). A escala mensual la variabilidad interanual es mucho mayor por lo que nos referiremos en este caso a los valores de la mediana. Abril con 8 días es el que más registra, seguido de mayo, octubre y noviembre con 7. En el resto de meses este número se sitúa entre 5 y 6, reduciéndose significativamente en verano hasta 4 días en junio, 3 en agosto y tan sólo 1 en julio.

Figura 4. Gráficos de tipo boxplot en los que se representa el número de días de precipitación para cada mes y estación del año obtenidos en el período 1951-2019 en la DHS.

La tendencia de la serie anual muestra una disminución significativa de 2.3 días/década (figura 5). Esta reducción se debe en gran medida al mayor descenso de estos episodios en los meses de junio (-0.6 días/década) y abril (-0.4 días/década) siendo ambos descensos significativos estadísticamente. Otros meses como octubre, diciembre y marzo, también presentan una tendencia negativa, del orden de -0.3 días/década, pero en este caso las tendencias no superan los tests de significación estadística.

Figura 5. Número anual de días de precipitación en el período 1951-2019 en la DHS.

Precipitaciones intensas

La reducción en el número de días de precipitación no se ha traducido en una disminución significativa de las cantidades acumuladas anuales (figura 2), sino en un ligero aumento aunque no significativo. Este hecho evidencia la posibilidad de que en la región las precipitaciones diarias presentan más intensidad con el paso de los años, y esto compensa el que se mantengan los acumulados. Analizando con más detalle esta hipótesis se observa un aumento claro en la ocurrencia de precipitaciones diarias superiores a 40 mm desde la década de los 80 (figura 6).

Figura 6. Número anual de días con acumulados superiores a 40 mm en el período 1951-2019 en la DHS.

Un hecho destacable es que 6 de los 16 eventos ocurridos en total tuvieron lugar en la última década del período de estudio, siendo tres de ellos los más intensos de todo el período analizado. Entre los episodios más intensos destaca por encima de todos el evento del 12 de septiembre de 2019 en el que se llegaron a acumular 97 mm en promedio en toda la cuenca.

Un índice frecuentemente usado en climatología que da una idea clara de la importancia que tienen las precipitaciones intensas en una región, es aquél que mide el porcentaje de la precipitación acumulada anual debido a la ocurrencia de precipitaciones intensas. El umbral considerado en este caso para la definición de evento intenso es el percentil 95 de los días de precipitación, de modo que se define como evento intenso a aquél en el que la precipitación registrada supera o iguala ese umbral. Para nuestra región este umbral toma un valor de 15.6 mm. Es posible que este umbral pueda parecer bajo tratándose de un dato diario de precipitación, pero hay que tener en cuenta que representa un valor promedio para un área relativamente grande como es la de la DHS (figura 1), y por tanto no se trata de un valor puntual. Una perspectiva más amplia de la magnitud de dicho percentil la obtenemos cuando lo comparamos con el valor de 2.7 mm que representa el percentil 50 de los día de lluvia.

En todas las escalas temporales consideradas en el cálculo de este índice se muestra una gran variabilidad interanual. En este caso el coeficiente de variación se sitúa próximo al 60% en la escala anual, y muy por encima del 100% en las escalas estacional y mensual, por ello para este índice nos referiremos siempre al valor de la mediana. Así, en un año, el porcentaje de la precipitación acumulada por eventos intensos respecto de la precipitación total acumulada es del  22.8% (figura 7). Ha habido años en los que el peso de las precipitaciones intensas ha sido nulo, como en los años 1983, 1995 y 2005. Por contra, se han producido otros más excepcionales como el 2019, donde más de la mitad (57.5%) de la precipitación acumulada en el año se debió a la ocurrencia de estos eventos. En cuanto a la tendencia de este índice no se observa ningún cambio significativo a lo largo del período considerado, en ninguna de las tres escalas temporales analizadas.

Figura 7. Porcentaje de la precipitación anual debida a eventos intensos en la DHS. La línea horizontal representa el porcentaje medio en el período 1951-2019.

Como componente de este índice, se ha analizado también la cantidad total de precipitación acumulada debido a estos eventos intensos. En general, los mayores acumulados se producen en la estación del otoño, seguida de la primavera, invierno y verano (figura 8). En cuanto a los acumulados mensuales hay una gran irregularidad a lo largo de los años, siendo octubre el mes en el que se registran cantidades superiores con mayor regularidad, aunque septiembre es el mes en el que se han observado las mayores acumulaciones por estos eventos, adquiriendo una gran relevancia el episodio del año 2019.

Figura 8. Boxplots de la precipitación acumulada mensual y estacional debida a eventos intensos obtenidos para el período 1951-2019 en la DHS.

Considerando los acumulados anuales por lluvias intensas se aprecia también una gran variabilidad, con acumulados máximos por encima de 250 mm, siendo la media anual de 89 mm y la mediana de 75 mm (figura 9). Si se analizan las tendencias de estas series tampoco se obtiene tendencia alguna.

Figura 9. Precipitación acumulada anual debida a eventos intensos a lo largo del período 1951-2019 en la DHS.

Racha seca

El clima mediterráneo, caracterizado fundamentalmente por la escasez de precipitaciones en verano (figura 3), presenta también como característica destacada la ocurrencia de períodos de tiempo relativamente largos en los que se produce una ausencia total de las precipitaciones, factor que en ocasiones es desencadenante de largos períodos de sequía. A continuación se muestra un análisis básico a escala anual, estacional y mensual del índice que mide esta característica y que se define como el número máximo de días consecutivos sin precipitación, o también conocido como racha seca.

El valor medio de la racha anual en la región es de 49.3 días, y el de la mediana de 46. Debido a las características mediterráneas de la región, el verano es la estación con mayor longitud de racha seca, siendo el valor de la mediana de 40 días (figura 10). Por contra, el otoño es la estación que presenta el valor más bajo con 20. En invierno y primavera los valores se sitúan en 25 y 22 días, respectivamente. Si consideramos los meses del año, julio es el mes con la racha más larga, 28, seguido de agosto con 20. Para el  resto de meses este valor no supera apenas los 15 días, siendo febrero, abril, octubre y noviembre los que presentan la racha más corta con una duración de 12 días.

Figura 10. Boxplots relativos al índice de la racha seca mensual y estacional obtenidos para el período 1951-2019 en la DHS.

 Además de los valores de mediana descritos para la racha seca a lo largo de los años,  es muy interesante conocer cuáles han sido los valores máximos observados a lo largo de un año o estación. Así, a escala anual el valor máximo se produjo entre el 24 de junio y 7 de octubre del año 1970 (106 días), siendo este año el más seco de todo el período de estudio. Por contra, 1955 fue el año que presentó la racha más corta con tan sólo 20 días. Estacionalmente, los períodos secos más largos fueron de 81 días en verano (años 2000 y 2001), 51 días en invierno (1982-83) y 49 días en primavera (1964) y otoño (1954).

Si analizamos la tendencia de este índice a todas las escalas temporales consideradas, obtenemos que tan solo el mes de junio presenta una tendencia significativa de +0.8 días/década, siendo esta tendencia compatible con la reducción significativa observada en el número de días de precipitación durante este mes.

Conclusiones generales

En este estudio se ha caracterizado la variabilidad interanual de la precipitación a escala regional en la Demarcación Hidrográfica del Segura durante el período 1951-2019. El análisis de la variabilidad se ha efectuado para tres escalas temporales: anual, estacional y mensual. Para ello se ha empleado una base de datos de alta resolución espacio-temporal de reciente creación y desarrollada por la Agencia Estatal de Meteorología para fines climáticos.

Los resultados obtenidos corroboran la existencia de una importante variabilidad interanual de la precipitación acumulada en todas las escalas temporales consideradas, pero especialmente en la escala mensual. Dicha variabilidad aumenta notoriamente cuando los acumulados proceden de precipitaciones intensas. Las tendencias analizadas indican una reducción del número de eventos diarios de precipitación a escala anual, cambio que no se refleja en una disminución de la precipitación acumulada, por contra, esta última presenta una ligera tendencia positiva aunque no es significativa estadísticamente. Los acumulados por precipitaciones intensas tampoco muestran tendencia alguna en las tres escalas temporales consideradas. No obstante, se observa un incremento significativo de la ocurrencia de eventos de gran intensidad a partir de acumulaciones superiores a 40 mm. Dichos episodios estuvieron ausentes desde 1951 hasta prácticamente la década de los 80, haciéndose notoriamente más frecuentes en la última década. Entre estos episodios destaca especialmente el que tuvo lugar el 12 de septiembre de 2019 en el que se llegaron a acumular casi 100 mm de precipitación en promedio. A escala mensual tan sólo el mes de junio presenta tendencias significativas, observándose una disminución de la precipitación acumulada mensual, un descenso en el número de días de lluvia, y un aumento de la racha seca.

Este trabajo presenta una primera aproximación de la caracterización de las precipitaciones en la DHS a escala global de toda la demarcación. La no existencia de tendencias en esta escala espacial no revela la imposibilidad de estar produciéndose tendencias a escala de subcuenca, las cuáles podrían presentar incluso signos opuestos, lo que resultaría de gran interés en ámbitos como el agrícola y el hidrológico. Por ello, este trabajo queda abierto a posteriores estudios de caracterización a escala de subcuenca.

Acerca de aemetblog

La Agencia Estatal de Meteorología sucedió ya en 2008 a la entonces Dirección General del Instituto Nacional de Meteorología, con más de 150 años de historia. Actualmente está adscrita, según el artículo 4.4 del Real Decreto 864/2018, de 13 de julio, por el que se desarrolla la estructura orgánica básica del Ministerio para la Transición Ecológica, a ese departamento ministerial a través de la Secretaría de Estado de Medio Ambiente. El objeto de AEMET, según el artículo 1.3 del Real Decreto 186/2008, de 8 de febrero por el que se aprueba su Estatuto, es el desarrollo, implantación, y prestación de los servicios meteorológicos de competencia del Estado y el apoyo al ejercicio de otras políticas públicas y actividades privadas, contribuyendo a la seguridad de personas y bienes, y al bienestar y desarrollo sostenible de la sociedad española". Como Servicio Meteorológico Nacional y Autoridad Meteorológica del Estado, el objetivo básico de AEMET es contribuir a la protección de vidas y bienes a través de la adecuada predicción y vigilancia de fenómenos meteorológicos adversos y como soporte a las actividades sociales y económicas en España mediante la prestación de servicios meteorológicos de calidad. Se responsabiliza de la planificación, dirección, desarrollo y coordinación de actividades meteorológicas de cualquier naturaleza en el ámbito estatal, así como la representación de éste en organismos y ámbitos internacionales relacionados con la Meteorología.
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