Olas de calor, altas presiones y aerosoles, ¿cómo afectan los cambios en el clima a los tipos de tiempo que se producen en verano en la Península Ibérica? Parte I

«Ya inmersos en el trimestre más frío del año y con los datos de buena parte de este 2022 analizados sabemos y podemos ya adelantar que en España estamos ante el año más cálido de todo el registro histórico». «La pregunta general que surge a raíz de las anteriores consideraciones es si estos cambios observados, con potencial riesgo y elevado impacto para ecosistemas, para la salud humana o actividades como la agraria o industrial, continuarán en el futuro»

Artículo de Peio Oria, Delegado territorial de AEMET en Navarra

Las situaciones sinópticas tipo en verano y sus tendencias en las últimas décadas

Ya inmersos en el trimestre más frío del año y con los datos de buena parte de este 2022 analizados sabemos y podemos ya adelantar que en España estamos ante el año más cálido de todo el registro histórico. En nuestras estaciones se han medido temperaturas muy por encima de lo habitual buena parte del año aunque destacan muy especialmente los meses de mayo y octubre y también, por su carácter extremadamente cálido y la persistencia de las olas de calor sufridas, el conjunto del trimestre de verano. En el siguiente gráfico se muestra la evolución diaria de la temperatura media en la España peninsular respecto al promedio correspondiente al periodo 1981-2010.

Aparte de recalcar que el pasado trimestre entre junio y agosto vivimos una estación de verano histórica, la información difundida por AEMET en el cambio estacional entre verano y otoño sostenía que en el suroeste de Europa las olas de calor se están incrementando entre 3 y 4 veces más rápido que en el resto de zonas de latitudes medias del hemisferio norte, hecho que es muy destacable y que requiere mayor atención e investigación de cara a determinar sus causas. (https://www.aemet.es/es/noticias/2022/09/rueda_de_prensa_estacional_septiembre_2022)

La pregunta general que surge a raíz de las anteriores consideraciones es si estos cambios observados, con potencial riesgo y elevado impacto para ecosistemas, para la salud humana o actividades como la agraria o industrial, continuarán en el futuro y si el próximo verano de 2023 será como este o se sufrirán temperaturas todavía más altas. No tenemos una bola mágica y no podemos responder a esa pregunta con un sí ni con un no pero una vez más recurrimos a la ciencia del clima, a sus programas de observación  y modelización y, sobre todo, a los datos para tratar de vislumbrar tendencias en las que estamos inmersos y que, por otro lado, esperamos que se acentúen mucho más en el futuro. En esta reseña del blog de AEMET tratamos de aportar un nuevo enfoque basado en la ocurrencia de determinados patrones atmosféricos, propios de la estación de verano (en la que aparte de los meses de junio, julio y agosto incluimos a mayo y septiembre, debido a los episodios de calor que también, sobre todo en estas dos últimas décadas, aparecen en estos dos meses del año). De hecho, los meteorólogos tenemos la necesidad de clasificar el tiempo para entender mejor su ocurrencia y variabilidad, y que repercuta en un mejor conocimiento y comprensión de los fenómenos atmosféricos y del clima de una región.  En particular, en la Nota técnica 27 de AEMET, “Recuperación de la clasificación sinóptica de Font” (http://www.aemet.es/documentos/es/conocermas/recursos_en_linea/publicaciones_y_estudios/publicaciones/NT_27_AEMET/NT_27_AEMET.pdf) se lleva a cabo una completa revisión de la clasificación del climatólogo Inocencio Font, que estudió de manera minuciosa los tipos de tiempo que nos afectan en la Península y Baleares en cada estación del año. Ahora bien, si estamos asistiendo a unos cambios en el clima a una velocidad seguramente sin precedentes, es muy probable que también lo hagan las distribuciones de frecuencia de esos tipos de tiempo. De esta consideración nace precisamente la motivación del presente análisis. Además, clasificar y agrupar patrones meteorológicos similares resulta útil como herramienta analítica, predictiva, didáctica y de comunicación y difusión de la información para usuarios y lectores que tienen interés en el tiempo, en el clima y en sus cambios. En las denominadas clasificaciones objetivas necesitamos hacer uso de variables meteorológicas como por ejemplo la presión, (en superficie o en un nivel atmosférico en altura). En el caso concreto de la clasificación de Font se recurre al análisis de la dinámica del vórtice circumpolar (https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/1068_vortice-polar) y al tipo de circulación atmosférica (https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/685_circulacion-general-atmosferica). Inicialmente fue concebida como una clasificación subjetiva, pero finalmente, y en esto ahonda la citada nota técnica, se emplea la presión atmosférica en superficie y la altura geopotencial en el nivel de 500 hPa de cara a representar las características de las 23 situaciones tipo. Para ello, en esa referencia se han empleado datos de los reanálisis ERA40 del Centro Europeo de Predicción a Plazo Medio (ECMWF), considerado el mejor centro a nivel mundial para el pronóstico del tiempo. Los datos de reanálisis proporcionan la imagen más completa posible actualmente del tiempo y el clima pasados mediante una combinación de observaciones con pronósticos meteorológicos a corto plazo pertenecientes al pasado ​​que se recalculan con los modernos modelos de predicción numérica del tiempo. De esta manera se obtienen conjuntos de datos que son completos a nivel global y consistentes temporalmente.

En el anexo de la nota técnica pueden encontrarse las características de cada uno de los patrones, la época del año en la que su ocurrencia es más probable así como la masa de aire y el efecto de los centros de acción regionales sobre la Península y archipiélago balear. Las características de los tipos se toman de una serie de días inicialmente propuestos por Font, que pertenecen a la década de 1970. Partiendo de esos patrones enumerados en la nota técnica, se han clasificado en el presente estudio cada uno de los días pertenecientes a los meses de mayo y septiembre comprendidos entre los años 1950 y 2022. Para ello se ha aplicado un algoritmo del tipo “k-medias”,  método utilizado en la minería de datos y que sirve para agrupar un conjunto de n observaciones en k grupos en el que cada observación pertenece al grupo cuyo valor medio es más cercano. En este caso se hace uso de datos del reanálisis ERA-5 (también del ECMWF) para las variables presión en superficie y geopotencial en 500 hPa a las 12 UTC durante todos los días del periodo. Los centroides de cada grupo son elegidos de manera que corresponden a los días propuestos inicialmente por Font. Los miembros de cada grupo se seleccionan y agrupan de acuerdo a una medida de similaridad con los diferentes centroides. No nos entretendremos en las 23 situaciones ya que muchas de ellas son propias de la época invernal. De las originalmente establecidas por Font en el pasado siglo, tres situaciones tipo explican casi tres cuartas partes (74%) de la variabilidad sinóptica de nuestros veranos “extendidos” (M-J-J-A-S) como se puede ver en el siguiente histograma que nos da la frecuencia relativa de las situaciones sinópticas (situaciones tipo). Se representan pues las agrupaciones en clases o tipos de los 11069 días entre mayo y septiembre del periodo 1950-2022.

Las situaciones 5,9 y 21 se producen casi en un 75% de los días entre mayo y septiembre. A continuación se muestran mapas de estas situaciones tipo (presión media reducida a nivel del mar y mapa de geopotencial en 500 hPa) y una breve explicación de sus características. Los mapas de los patrones se toman del anexo de la nota técnica 27.

La situación número 5, llamada “Anticiclón de las Azores y depresión térmica peninsular” se traduce en un dominio general del anticiclón atlántico que penetra en cuña hacia el Golfo de Bizkaia y que suele fusionarse con las altas presiones en el interior de Europa hasta unos 50-55° de latitud. Más al norte suele haber paso de borrascas. En el interior de la Península es frecuente que se den bajas de origen térmico. En altura puede haber invasión de aire frío al oeste de la Península en forma de una baja individualizada que llegue a favorecer desarrollos convectivos e incluso fuertes tormentas en algunas zonas aunque dependerá entre otras cosas de la intensidad del anticiclón de las Azores.

La situación número 9 es la denominada “Altas presiones sobre el Atlántico y Europa” y los campos atmosféricos se representan a continuación:

Este tipo de episodio se caracteriza por un marcado transporte de aire seco y cálido desde el norte de África, en ocasiones acompañado de una intrusión de polvo sahariano. La Península se sitúa aproximadamente bajo el eje de la dorsal térmica que, con forma de campana, invade el suroeste del continente europeo y llega a penetrar hasta el norte de Europa. La entrada cálida se produce en todos los niveles por lo que la estabilidad en la columna atmosférica reduce el intercambio vertical de aire a una capa cercana a la superficie, donde se acumula el calor producido por el calentamiento diurno del suelo y la fuerte radiación. Es por este motivo por el que la temperatura del aire alcanza valores muy altos y la sequedad llega a ser extrema. Por ello suelen darse las “olas de calor”, sobre todo en el sur, este e interior de la Península. La baja térmica en el interior de la Península puede canalizar flujo de sur o sureste en la mitad oriental, potenciando aún más calentamientos a nivel local.

La situación 21 es la que se conoce como pantano barométrico y se ve caracterizada por débiles gradientes báricos y calmas atmosféricas tanto en altura como en superficie. Aunque puede darse en cualquier momento del año, en verano la situación se distingue por la presencia de varios centros de altas presiones sobre el Atlántico. El tiempo es mayormente seco y caluroso aunque pueden producirse algunas tormentas, especialmente sobre sistemas montañosos y sobre todo cuando la situación adquiere cierta persistencia.

Relación de las situaciones tipo con las olas de calor. El gran aumento en la frecuencia de la situación número 9.

Una de las situaciones anteriormente descritas, la número 9,  está experimentando un claro y significativo aumento en su probabilidad de ocurrencia a lo largo de las últimas décadas. En promedio ha pasado de darse 25 a 50 días por año en el periodo 1950-2022, tal y como se muestra en la siguiente figura, donde se ha ajustado una línea de tendencia a los datos de ocurrencias a nivel anual.

Es precisamente esta situación atmosférica a la que además podemos asociarle seguramente los mayores impactos que están siendo propiciados por el actual cambio climático en la estación del verano, tanto en forma  de olas de calor como de condiciones muy secas y propicias para desencadenar grandes incendios forestales. Al hilo de esto último invitamos al lector del blog a revisar la entrada en este mismo blog sobre patrones sinópticos y su relación con incendios forestales “https://aemetblog.es/2022/05/29/patrones-sinopticos-en-la-peninsula-iberica-y-baleares”

Por ejemplo, en este año 2022, de los 42 días en los que distintas partes de la Península y Baleares han estado bajo la influencia de olas de calor (lo que supone un récord absoluto en la serie histórica), 27 se han producido bajo la situación sinóptica número 9, en concreto las olas de calor de junio y julio en su práctica totalidad y los 4 primeros días de la ola de calor que dio comienzo el 30 de julio y se prolongó hasta mediados de agosto. En su tramo intermedio y final esta última ola de calor de 2022 se dio bajo la situación 21, de pantano barométrico, en la que la masa de aire marítima subtropical original se modificó sustancialmente sobre la Península hasta convertirse en una masa autóctona, muy caldeada por la fuerte radiación de los meses de julio/agosto y por la inercia térmica que tiene lugar en el ecuador del periodo canicular.

Además, los años con prevalencia de situaciones número 9 coinciden con los veranos más extremos desde mediados del siglo pasado y que pertenecen prácticamente  en su totalidad a los últimos 20 años. Ejemplos de ello son el verano de 2003 y seis de los ocho últimos: 2015, 2016, 2017, 2020, 2021 y 2022. En todos ellos la situación se ha dado más de 55 veces, llegando incluso a 86 días en el año 2016.

Por otro lado la ocurrencia de la situación sinóptica número 9 no aumenta únicamente en promedio anual sino que también lo hace en todos los meses de mayo a septiembre: en mayo de media pasa de 1 a 2 días, en  junio de 5 a 8 días, en julio de 10 a 18 días y, especialmente los aumentos más marcados se dan en agosto, de 7 a 15 días, y en septiembre, de 2 a 7 días.

Otra forma de reflejar las tendencias crecientes anteriores es el aumento de la duración entre el primer y el último día del año en el que se produce esta situación, que es prácticamente de un mes más entre 1950 y la actualidad. Esta observación es perfectamente compatible con las conclusiones de estudios realizados por el Área de Climatología de AEMET, que conducen a un incremento de las olas de calor y a un alargamiento de las condiciones térmicas de la estación de verano https://www.aemet.es/es/noticias/2019/03/Efectos_del_cambio_climatico_en_espanha

Finalmente encontramos una tendencia más al alza, que es la de la de los días consecutivos en los que se produce este tipo de situación, es decir, la persistencia de los episodios.  En particular, si se toma para cada año el número máximo de días consecutivos en los que aparece esta situación sinóptica se obtiene la siguiente gráfica donde hay una tendencia creciente que alcanza casi el 70%, de 6 a 10 días.

Respecto a las otras dos situaciones que se presentan mayoritariamente entre los meses de mayo y septiembre, la número 21 aumenta algo su frecuencia, de unos 34 a 40 días.

Sin embargo, la número 5 (anticiclón de las Azores y depresión térmica peninsular) registra un gran decremento en el total de días en el que se produce, pasando de 48 días al comienzo del periodo a unos 28 al final.

Por tanto, la gran variación en cuanto a patrones dinámicos en nuestros periodos estivales se produce entre las situaciones 5 y 9, que aproximadamente pasan a intercambiar sus probabilidades de ocurrencia entre la década de 1950 y la actualidad, siendo hoy en día la número 9 aproximadamente el doble de frecuente que la 5, es decir, la conclusión principal de este apartado es que cada vez se registra una mayor aparición de la situación número 9 en detrimento de la situación número 5.

Conclusiones

Es un hecho ya incontestable que las olas de calor están incrementando su frecuencia, extensión, periodo del año en el que aparecen, duración e intensidad sobre el conjunto del continente europeo. Gracias a la conocida clasificación sinóptica de Font, que divide las situaciones tipo que caracterizan la variabilidad climática en la península ibérica, y a la evolución cambiante en la ocurrencia de algunos de sus tipos, propios de la estación cálida del año, estamos en condiciones de aportar evidencias de todo lo anterior basadas en la ocurrencia aumentada de un patón sinóptico especialmente recurrente en los veranos de las últimas décadas. De los 23 tipos de tiempo inicialmente introducidos por Font en el siglo pasado aproximadamente la mitad se producen en el periodo cálido del año (para este trabajo se ha tomado entre los meses de mayo y septiembre), pero 3 de ellos se producen en prácticamente tres cuartas partes de los días de los citados meses. Un algoritmo de mineria de datos basado en la búsqueda de la similaridad y agrupamiento (clustering) de los patrones en base a datos climáticos de presión en superficie y en el nivel de 500 hPa permite establecer la clasifcación de manera robusta para todos los días del periodo, más de 11.000 entre el año 1950 y 2022. Los datos empleados se han tomado del reanálisis ERA-5, conjunto de datos del programa auspiciado por el servicio de cambio climático de Copernicus, financiado por la UE y operado por el ECMWF. La situación sinóptica número 9 “Altas presiones sobre el Atlántico y Europa” es la que ha doblado su frecuencia de ocurrencia desde mediados de siglo pasado, en detrimento de la situación número 5. Básicamente el efecto principal de este paulatino incremento de la situación 9 es que las altas presiones en el norte de Europa son cada vez más dominantes, lo que equivale en buena manera a mayores incursiones de aire cálido en el continente. En el caso concreto de la Península, la mayoría de días de ola de calor se producen bajo la situación sinóptica número 9, lo que explica, desde un punto de vista de aparición de patrones atmosféricos y seguramente entre otros factores, por qué estamos sufriendo más olas de calor y son más intensas. La importancia de este análisis radica en que se conectan los cambios de ocurrencia de determinados patrones dinámicos con una mayor aparición de eventos extremos  en  forma de calor (y, asociado con ello, en ocasiones también situaciones de gran sequedad, transporte de polvo y calima o aumento de contaminación atmosférica).

En las partes II y III (próximas entradas en el blog) analizaremos los cambios a nivel climatológico y a largo plazo en el dominio euroatlántico que se están produciendo en los días de verano en los que se dan las situaciones sinópticas número 5 y 9. Cambios, que más allá de considerarse de naturaleza temodinámica, responden a un origen dinámico relacionado con alteraciones en la circulación atmosférica, en los vientos predominantes a gran escala y con modificaciones en la aparición relativa de algunos patrones atmosféricos en el conjunto del Hemisferio norte. Adelantamos que hemos observado tendencias marcadas en la distribución de los centros de altas presiones entre 1950 y la actualidad, sobre todo en el norte del continente europeo. También acusados aumentos de temperatura, especialmente en Francia y en España, pero ante todo es muy intrigante el gran forzamiento radiativo que está experimentando el centro de Europa, seguramente favorecido por la disminución de material de aerosol en días anticiclónicos despejados pertenecientes a la situación número 9.

Agradecimientos

A José Ángel Nuñez y Rubén del Campo, por las discusiones mantenidas y por la generación de la primera gráfica de la reseña.

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