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 II

Artículo de Peio Oria, Delegado territorial de AEMET en Navarra

Relación de las situaciones tipo con los cambios observados en las altas presiones a nivel sinóptico.

En la anterior entrada del blog https://aemetblog.es/2022/12/25/olas-de-calor-altas-presiones-y-aerosoles-como-afectan-los-cambios-en-el-clima-a-los-tipos-de-tiempo-que-se-producen-en-verano-en-la-peninsula-iberica-parte-i/ se comprobó cómo una de las situaciones sinópticas propias de nuestro verano climatológico extendido al periodo mayo-septiembre, la número 9, está experimentando un aumento considerable en su persistencia y en su probabilidad de ocurrencia, tanto en el número de días como en la época del año en la que se presenta.

Ello trae consigo un aumento de las condiciones que favorecen olas de calor y la propagación de grandes incendios forestales, como ha sucedido en el recientemente finalizado año 2022. Se vio como otra de las situaciones sinópticas, la 5, sufría una disminución de su frecuencia de 48 a 28 días anuales entre 1950 y 2022. La situación 21 de pantano barométrico experimenta menores cambios a largo plazo en la frecuencia de ocurrencia (en 70 años se da un aumento de esta situación en torno al 15%)

Más allá del aumento general de las temperaturas en la época cálida del año y del incremento de las olas de calor, el presente análisis nos va a ayudar a entender por qué algunos cambios de las configuraciones de los tipos sinópticos pueden explicarse, al menos parcialmente, desde el punto de vista de la alteración de la frecuencia en la que dominan los centros de acción de altas y bajas presiones, es decir,  hay elementos que atañan a la dinámica atmosférica que están sufriendo cambios en las últimas décadas y que probablemente guarden gran relación con las variaciones de los tipos de tiempo en nuestro verano.

Las situaciones sinópticas 5 y 9 de la clasificación de Font (véase la nota técnica publicada por AEMET Recuperación de la clasificación sinóptica de Font: reconstrucción con el reanálisis ERA40 – Agencia Estatal de Meteorología – AEMET. Gobierno de España ) se caracterizan por el dominio de las altas presiones, no sólo sobre buena parte de la región atlántica, sino también sobre el conjunto del centro y sur del continente europeo. Sin embargo la situación 9 prolonga las altas presiones hasta el norte de Europa mientras que en la 5 hay más circulación y un paso más continuado de bajas presiones entre el norte de Gran Bretaña y Escandinavia (véase las figuras de la entrada publicada relativa a la parte I de este trabajo). Por otro lado, como se vio en los mapas sinópticos de dicha entrada, la baja térmica peninsular parece algo más marcada en la situación 5 que en la 9 y, sobre todo, la manifestación más distintiva entre ambas situaciones se refleja en la aparición de una baja o vaguada fría en altura al oeste de la Península en la situación número 5 que muchas veces potencia desarrollos convectivos de verano, sobre todo en el oeste, centro y sistemas montañosos de la Península. Esa situación es favorecida por el anticiclón térmico superior que en verano se desarrolla sobre África como respuesta a la depresión térmica sahariana, y que provoca  un flujo de suroeste que cruza la península ibérica. En el caso de la situación 9 la vaguada atlántica aparece más al noroeste, a unos 50°, en el Atlántico central al sur de Islandia y Groenlandia. En cualquier caso, la baja térmica peninsular se puede establecer con casi cualquier situación, especialmente si ésta resulta persistente y las masas de aire adquieren un carácter autóctono. El estancamiento de aire es más propio de la situación 21, de pantano barométrico, y también en menor medida de la situación 9 pero no tanto de la 5, ya que en ocasiones el frío en altura favorece el intercambio de aire y calor entre la superficie y los niveles altos de la troposfera.

Por tanto, la variación de la frecuencia relativa entre los patrones 5 y 9 nos está indicando indirectamente que en verano se pueden estar produciendo cambios en la ocurrencia de los grandes centros de acción en la región euroatlántica y norteafricana, sobre todo los de altas presiones, como son el anticiclón atlántico o de Azores, de carácter estacionario y dinámico, las altas presiones sobre el interior de Europa, que muchas veces fusionadas con el alta de Azores, y el anticiclón térmico en altura que ocupa todo el norte de África. Para tratar de ver esos cambios se va a explorar el comportamiento de las diferencias en campos atmosféricos promediados sobre subperíodos suficientemente largos que cubren todo el histórico del reanálisis que, recordemos, abarca desde 1950 hasta la actualidad. En consecuencia,  haciendo uso del mismo conjunto de datos de partida que en la anterior entrada del blog (datos del reanálisis climático ERA-5 del Servicio de Cambio Climático de Copernicus/ECMWF), se representa a continuación la diferencia de la presión media a nivel del mar entre la segunda mitad y la primera mitad del periodo considerado (mayo-septiembre entre 1950 y 2022), escogiendo únicamente los días en los que se producen las situaciones 5 y 9 (la presión diaria se toma a las 12 UTC). Contabilizar los días de ocurrencia de manera conjunta y filtrar los datos restringiéndolos a esos días nos ayuda a establecer qué modificaciones en el clima de nuestros veranos están siendo las más determinantes desde un punto de vista dinámico y de presencia e influencia de grandes masas de aire. Lo que vemos en el siguiente mapa es que se produce un claro aumento de la presión media a nivel climatológico en el centro y norte del continente europeo.

En general se observa una disminución de la presión en el centro de Azores, que climatológicamente sube además de latitud en la época cálida del año. Por tanto se establece un patrón en forma de dipolo en cuanto a la tendencia de la localización e intensificación de los grandes centros de presión  en la región euroatlántica. Los cambios observados son compatibles con evidencias que han sido ya documentadas en los últimos años. Por ejemplo el índice de la NAO (https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/340_oscilacion-del-atlantico-norte-nao) en verano (JJA) muestra un descenso medio considerable entre los años 70-80 del pasado siglo y la actualidad, lo cual es compatible con una disminución de las altas presiones en el Atlántico norte central y un aumento en las inmediaciones del archipiélago de Islandia, si bien la dinámica del índice de la NAO está sujeta a una gran variabilidad en diversas escalas de tiempo y es influenciada por muchos otros factores . Uno de los recientemente estudios publicados sobre tendencias en la circulación atmosférico de verano en el sector euroatlántico https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/34/16/JCLI-D-20-0665.1.xml, muestra tendencias notables en el comportamiento de la corriente en chorro (https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/220_corriente-en-chorro) en la temporada de verano desde la década de 1970 hasta la década de 2010, caracterizadas por una migración de la corriente hacia el ecuador sobre el Atlántico Norte acompañado de un desplazamiento hacia los polos y el debilitamiento del chorro mediterráneo sobre Europa, lo cual es bastante congruente con lo que se muestra en el presente análisis. Para ello seguidamente representamos también las diferencias de altura geopotencial en el nivel de 500 hPa entre los dos subperiodos anteriores, lo que es traducible en diferencias de presión atmosférica en niveles medios de la troposfera. Esto es más coherente con el comportamiento de las masas de aire a gran escala, sin la perturbacion que produce el contacto con la superficie y filtrando las diferencias regionales que son influenciadas por la interacción de las masas de aire con el relieve. Como se ve en el mapa el aumento en la altura geopotencial al norte de Europa es muy acusado.

El hecho de que la presión o el geopotencial disminuyan al oeste de las Islas Británicas, tanto en superficie como en el nivel de 500 hPa, está sin duda relacionado con que se producen más situaciones de tipo 9, que se ven caracterizadas por el paso de una vaguada en altura por esa zona, como quedaba reflejado en el mapa de esta situación tipo.

Por otro lado, hace unos meses se hicieron públicos los resultados de una investigación que suscitó mucha atención mediática por su repercusión sobre los cambios observados en el último milenio de la posición e intensidad del anticiclón de Azores durante la estación de invierno. En este trabajo – Twentieth-century Azores High expansion unprecedented in the past 1,200 years | Nature Geoscience– se concluye que los inviernos con un anticiclón de Azores reforzado son significativamente más comunes en la era industrial que en tiempos preindustriales, lo que resulta en condiciones anómalamente secas en todo el Mediterráneo occidental, incluida la península ibérica. Aunque este trabajo haga referencia al comportamiento de las altas presiones en el Atlántico en la época invernal del año se ponen de manifiesto cambios que también emergen en la dinámica de las masas de aire a gran escala en la región euroatlántica. En la siguiente figura tomada del mencionado trabajo se observa la diferencia en la presión media invernal a nivel del mar entre 1980-2007 y 1950-1979 (contornos azul-rojo), así como el centro del anticiclón de Azores, que se indica con una ‘H’, y el centro de la baja de Islandia, que  corresponde a una ‘L’ (tomado del artículo anterior). De algún modo puede interpretarse como un desplazamiento hacia el sur y el oeste de las anomalías que se observan en el periodo de verano al que hace referencia este artículo.

Para finalizar esta sección volvemos a las diferencia de la presión media a nivel del mar entre la segunda mitad y la primera mitad del periodo considerado pero esta vez focalizándolo en la península ibérica y Baleares.

En general se detectan leves variaciones de la presión media, con una disminucion general, más acusada en zonas de interior como el valle del Guadalquivir o las dos mesetas, seguramente por una profundización de la baja térmica peninsular, presente en las citadas situaciones, y por la intensificación de las mesobajas en zonas de acusada subsidencia como pueden ser los valles del Ebro y Guadalquivir. La disminución es prácticamente inexistente en zonas de montaña, seguramente a consecuencia del método de reducción de la presión a nivel del mar, o simplemente de la respuesta a la profundización de las bajas presiones en zonas llanas o hundidas.

Tendencias de otras variables

Nuevamente en base a los datos de reanálisis examinamos ahora el comportamiento de la temperatura en superficie a las 12 UTC en los días que se producen las situaciones sinópticas 5 y 9. A nivel euroatlántico esto se muestra en la siguiente figura:

La temperatura en los días en los que se producen las situaciones prácticamente no sufre variación (o incluso tiende aun ligero enfriamiento) en la región atlántica al sur de Groenlandia y en la parte del Atlántico al oeste de las islas británicas, lo cual podría estar en relación con la mencionada migración de la corriente en chorro polar (y de las bajas asociadas en superficie) hacia latitudes más meridionales sobre el Atlántico Norte (otra posible explicación podría radicar en el enfriamiento en superficie que sufre esta zona y que estaría relacionado con el acusado deshielo y aporte de agua dulce en las costas del sur de Groenlandia, lo que a su vez puede tener repercusiones en la AMOC o Circulación Meridional de Retorno del Atlántico; en la literatura anglosajona este enfriamiento se denomina “Warming hole”  o “Cold blob”). En realidad puede que incluso ambos mecanismos, el de la corriente en chorro y el del aumento de la temperatura junto a la superficie marina, estén conectados como se afirma en esta publicación https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/32/10/jcli-d-18-0647.1.xml). En el caso del continente europeo la temperatura aumenta en todas las regiones pero lo hace con algo más de intensidad en todo el arco mediterráneo continental, especialmente en el noreste de la península ibérica o en el conjunto de Francia donde el incremento supera los 2°C e incluso, puntualmente, los 2.5°C como podrían ser zonas del prepirineo español o del este de la meseta norte, tal y como se ve en la siguiente figura, que es la parte del mapa anterior restringida a la Península y Baleares (y para la que se ha ajustado la escala).

Por último se muestra el comportamiento de las diferencias entre los dos periodos de una magnitud física más, la radiación solar entrante   (también conocida como radiación de onda corta, https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/531_radiacion-solar) que alcanza un plano horizontal en la superficie de la Tierra, y que comprende tanto la radiación solar directa como la difusa. La radiación del sol se refleja en parte al espacio por las nubes y las partículas en la atmósfera (aerosoles) pero buena parte de ella se absorbe por la superficie. Esto último es lo que se considera radiación incidente en la superficie de la Tierra, y que representa el presente parámetro , aproximadamente equivalente a lo que se mediría con un piranómetro (https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/525_piranometro), instrumento utilizado para medir la radiación solar en la superficie.

Se observa un considerable aumento en toda la región centroeuropea, que llega a alcanzar el rango de 30 a 40 W/m2 , lo cual representa ciertamente un enorme incremento en la energía que llega hasta la superficie. Son cada vez más trabajos los que apuntan al papel que en este forzamiento extra juega la reducción en la emisión de aerosoles de origen antropogénico como consecuencia de políticas medioambientales que se dirigen hacia una limitación en los niveles atmosféricos de óxidos de azufre y nitrogeno, principalmente. De hecho los mayores aumentos de radiación se producen en las zonas más industrializadas del continente como son Francia, Alemania, Países Bajos y el norte de Italia. Especialmente destacable es la reciente publicación de este artículo Unmasking the Effects of Aerosols on Greenhouse Warming Over Europe – Glantz – 2022 – Journal of Geophysical Research: Atmospheres – Wiley Online Library que muestra lo llamativos que son los cambios en la concentración de aerosoles (mediante la determinación de su espesor óptico (https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/377_espesor-optico-de-aerosoles), de su forzamiento radiativo aumentado y del calentamiento  ocasionado, sobre todo en condiciones de cielo claro y en el centro de Europa. Por otro lado, precisamente este tipo de condiciones de fuerte radiación y cielos despejados se producen mayoritariamente en situaciones sinópticas veraniegas 5 y 9 como las que hemos analizado. En el citado artículo merece la pena fijarse en la siguiente figura:

que ilustra el espesor óptico medio del aerosol (AOT) para el periodo abril-septiembre durante (a) la década de 1980 y (b) la de 2010 (de acuerdo al reanálisis climático MERRA-2), los cambios en (c) la radiación solar superficial entrante en condiciones de cielo claro (SSRDc), (d)  la temperatura cerca de la superficie (TSSRDc) estimada en base a los cambios en SSRDc, (e) la  temperatura cerca de la superficie (TSTRUc) estimada en base a los cambios en la radiación terrestre saliente en la superficie también en condiciones de cielo claro(STRUc), y (f) la radiación neta (teniendo en cuenta lo antrior, es decir la radiación solar entrante y el cómputo de la radiación terrestre en días de cielo claro) para el periodo abril-septiembre entre 1980 y 2010.

Es muy claro cómo el espesor óptico de aerosol disminuye en buena parte de Europa entre 1980 y 2010, a la vez que aumenta la radiación entrante y la temperatura, muy especialmente en el centro de Europa.De hecho en la nota de la universida de Estocolmo, a la que pertenecen los autores del trabajo, Large parts of Europe are warming twice as fast as the planet on average – Stockholm University (su.se) nos advierten de que el calentamiento que sufre Europa en verano es hasta dos veces superior al de la media global, lo que debería ser un gran motivo de preocupación en todas las escalas políticas y de toma de decisiones.

Conclusiones

Más allá del aumento general de las temperaturas en la época cálida del año y del incremento de las olas de calor, el presente análisis muestra  que algunos cambios en las configuraciones de los tipos sinópticos pueden conectarse, al menos parcialmente, con características dinámicas de la circulación y de la aparición de los grandes centros de altas presiones en todo el sector euroatlántico. Hemos visto cómo se producen cambios en la ocurrencia de dos patrones atmosféricos que están relacionados con variaciones en la distribución, frecuencia y posición de los grandes centros de acción que caracterizan la variabilidad de nuestro clima  en verano. En particular, los cambios observados apuntan a un progresivo aumento de las altas presiones desde latitudes subtropicales hacia el norte de Europa, es decir, de la extensión de la dorsal africana y la masa de aire subtropical de origen continental  hacia latitudes más altas. Como se ha visto en los mapas de diferencia de presión entre 1950-1986 y 1986-2022, esto se refleja en el aumento medio de la presión atmosférica a nivel de mar, pero también en un mayor dominio del anticiclón africano en el nivel de 500 hPa fusionado con las altas presiones que se dan en el norte de Europa, especialmente en el mar del Norte y Escandinavia. Puede que esto tenga que ver con un reforzamiento del bloqueo escandinavo en situaciones propias de verano y una mayor probabilidad de fenómenos extremos de calor y sequedad a lo largo y ancho del continente. Los bloqueos atmosféricos (https://meteoglosario.aemet.es/es/termino/1094_patron-de-bloqueo) generalmente se asocian con sistemas de altas presiones a gran escala que interrumpen el flujo atmosférico de oeste a este en latitudes medias y altas, y provocan varios días de condiciones climáticas cuasi estacionarias y, por lo tanto, pueden generar anomalías climáticas mensuales o estacionales y eventos climáticos extremos en las regiones. De hecho hay ya articulos que sostienen que existe evidencia observacional de que, por un lado, se producen eventos de bloqueo más frecuentes y de mayor duración y, por otro, se dan más eventos de bloqueo durante las fases negativas del índice NAO, al menos en verano, que es a lo que tienden los cambios a gran escala observados en el presente análisis. Es también intrigante que, en general, muchos modelos climáticos globales no simulan un aumento de la ocurrencia de bloqueos atmosféricos aunque esto se examinará en la siguiente entrada del blog. Por otro lado, en general, en la península ibérica se registra un leve descenso en la presión atmosférica media en verano, seguramente favorecido por un reforzamiento de la baja térmica peninsular en regiones como las mesetas sur y norte, y en zonas de fuerte estancamiento y caldeamiento del aire, por ejemplo el valle del Ebro o el Guadalquivir. En otras palabras, puede que el efecto de las mesobajas de origen térmico sea el que contribuya a evitar aumentos promedio de presión como los que se producen en otras regiones continentales. Sobre el conjunto del mar mediterráneo y en el sector atlántico entre 40 y 50 grados de latitud también hay una tendencia descendente en la presión media, muy probablemente originada por el paso de bajas presiones por esa zona, que son propias precisamente de la situación sinóptica número 9. Esto ocurre tanto en superficie como en altura. En el nivel de 500 hPa, sin embargo, hay una clara tendencia hacia mayores espesores de geopotencial tanto en el norte de África como muy especialmente en el continente europeo, más cuanto más hacia el norte.

También se han explorado cambios en otras variables físicas de la atmósfera ara los días en los que se producen las situaciones sinópticas número 5 y 9. Se obtienen claros aumentos de temperatura y de radiación solar entrante. Los incrementos de temperatura son más destacables en el sector mediterráneo, sobre todo en su área occidental (parte oriental de nuestra península y Francia) y los de radiación en Centroeuropa. Es altamente probable que la reducción en la emisión de aerosoles tenga un efecto sobre ello, así como del hecho de que una parte del calentamiento se esté desenmascarando al reducir la concentración de aerosoles en supensión.

No podemos obviar el hecho de que nuestro clima cambia a velocidades enormes y, con ello, los tipos de tiempo que nos afectan, condicionados por los patrones sinópticos a gran escala. No se ha hablado de ello en esta entrada, pero además del posible efecto de los aerosoles, las conexiones climáticas con episodios en latitudes medias, como la que puede derivar de la amplificación ártica, la reducción del hielo marino en mares y océano ártico o las alteraciones en la temperatura de la superficie del mar y la circulación de corrientes marinas pueden  sumarse a las causas de los cambios atmosféricos que presenciamos en la estación de verano. Hay mucha literatura científica sobre ello, a menudo con resultados que no son concluyentes, pero dejamos las explicaciones de los cambios observados para una tercera parte de este estudio.

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