1

BASE CIENTÍFICA DEL CAMBIO CLIMÁTICO: BASE CIENTÍFICA DEL CAMBIO CLIMÁTICO: IMPACTO REGIONAL EN LA ZONAIMPACTO REGIONAL EN LA ZONA

MEDITERRÁNEA ESPAÑOLAMEDITERRÁNEA ESPAÑOLADoctorat en Medi Ambient – Canvi Climàtic

(Universitat de Girona, 1 de Juliol 2004)

Romu Romero (Sesión 9)

Clima:Rasgos característicos de las condiciones ambientales

(p.e. temperatura y precipitación)en intervalos de tiempo ‘largos’

• No sólo valores medios: variabilidad espacial y temporal

• Percepción a través de la atmósfera• Tratamiento estadístico adecuado de series largas

instrumentales de las variables meteorológicas

2

En latitudes bajas hay un exceso de energía y un déficit en las altas, que debe tender a reducirse

Vientos sobre el Océano Pacífico

3

CIRCULACIÓN OCEÁNICA GLOBALENFRIAMIENTO

CORRIENTESUPERFICIALCÁLIDA

AGUASINTERMEDIAS

CÁLIDA Y MENOS SALINA CORRIENTE CIRCUMPOLAR ANTÁRTICA

Hadley Centre

Causas que determinan el clima

Son muchas las

Cualquier cambio en ellas puede acabar modificando el clima

4

• Externas– Actividad solar, incluidas

manchas solares– Movimiento relativo Tierra-

Sol (excentricidad, precesión de los equinoccios, oblicuidad: Milankovitch)

– Impacto meteorito o cometa

• Internas– Efecto invernadero– Desigual distribución del

balance de energía– Dinámica interna del sistema

(vientos, corrientes, realimentaciones, ...)

– Cambio de composición– Aerosoles– Nubes

Cualquier cambio en las causas del clima puede acabar modificándolo

Temperatura media global

Periodo del ciclo de manchas solares

Friis-Christensen, E. y K. Lassen, Science (1991)

5

6

EFECTO INVERNADERO

La energía visible procedente del sol pasa a través del cristal y calienta el suelo

La energía calorífia procedente del suelo es parcialmente reflejada

por el cristal y parte quedaatrapada dentro del invernadero

Hadley Centre

Temperatura mediadel aire en la

superficie terrestre

SIN E. I. = -18 ºC

CON E. I. = 15 ºC

7

La composición de nuestra atmósfera ha cambiado

afectando al balance planetario de energía

Contribución al calentamiento global

8

En el siglo XX entre 0.4 y 0.8 ºC. Probablemente el calentamiento mas intenso de los últimos 1000 años en el HN

Variaciones de la temperatura media del aire en la superficie de la Tierra en los últimos 140 años

Hadley Centre

SOME EVIDENCES OF RECENT SOME EVIDENCES OF RECENT CLIMATE CHANGECLIMATE CHANGE

Particularly, the case of the Balearic Islands

9

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals

•Precipitació

•Temperatura al nivell de la superfície de la terra

•Temperatura a la troposfera i baixa estratosfera

Dades obtingudes del Centre Meteorològic Territorial en Illes Balears de l’Institut Nacional de Meteorologia

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (I)

Guijarro (1986)Tesi doctoral

Precipitació mitjana anual

10

El nombre d’estacions pluviomètriques a les Illes Balears s’acosta a 200

Séries diàries de molt diferenta llargària.

Fig. 1. Localització de les estacions pluviomètriques que tenen la sèrie diaria completa en el periode 1951-2000

1. 2 2. 3 3. 4

39

39.5

40S’ha considerat el periode1951-2000 (50 anys).

El nombre d’estacions que tenen la sèrie diàriacompleta és 21.

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (II)

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (III)

y = -2.7956x + 643.17R2 = 0.0936

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996

Tendència de la precipitació mitjana anual

9% de la variabilitat

significància estadística >95%

periodicitatde 22 anys?

11

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (IV)

y = -2.1468x + 627.37R2 = 0.1626

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998

mm

Tendència de la precipitació mitjanaanual. Mitjana mòbil 5 anys

y = -1.8629x + 602.82R2 = 0.6627

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

A n y

mm

Precipitació mitjana anual. Mitjana móbil de 30 anys

Significància estadística >99%

y = -0.72x + 190.95R2 = 0.0245

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996

Tendència de la precipitaciómitjana durant l’hivern

y = -0.5318x + 137.83R2 = 0.0191

0

50

100

150

200

250

300

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996

Tendència de la precipitació mitjanadurant la primavera

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (V)

y = -0.8269x + 194.7R 2 = 0.1688

0

50

100

150

200

250

300

1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998

y = 0.1065x + 122.45R 2 = 0 .0018

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998

Mitjana mòbil de 5 anys Mitjana mòbil de 5 anys

>95%

12

y = -0.0598x + 46.396R2 = 0.0009

0

20

40

60

80

100

120

140

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996

Tendència de la precipitaciómitjana durant l’estiu

y = -1.2572x + 261.33R2 = 0.0383

0

100

200

300

400

500

600

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996

Tendència de la precipitació mitjanadurant la tardor

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (VI)

y = -0.0102x + 45.846R2 = 9E-05

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998

. Mitjana mòbil de 5 anys

y = -1.3197x + 261.18R2 = 0.1165

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998

Mitjana mòbil de 5 anys

>95%

Per cada any i per cada una de les 21 estacions pluviomètriques, s’han separat les precipitacions diàries en 7 categories:

Traça: 0-1 mma: 1-4 mmb: 4-16 mmc1: 16-32 mmc2: 32-64 mmd1: 64-128 mmd2: >128 mm

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (VII)

S’han considerat dues variables:•Percentatge de precipitació respecte de la precipitació total anual•Nombre anual de dies de precipitació

13

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (VIII)

y = 0.0263x + 37.049R2 = 0.0076

y = -0.0728x + 30.288R2 = 0.1587

y = -0.0742x + 19.812R2 = 0.06

y = 0.0666x + 7.3759R2 = 0.2341

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996ANY

(%)

a b

c1 c2

Percentatge de precipitació respecte de la precipitació total anual corresponent a les categories a, b, c1 i c2

>95%

>95%

y = 0.0321x + 4.0123R2 = 0.0254

y = 0.0143x + 1.029R2 = 0.2727

y = 0.0076x + 0.4341R2 = 0.0055

0

2

4

6

8

10

12

14

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996

ANY

(%)

Traça d1

d2

Percentatge de precipitació respecte de la precipitació total anual corresponent a les categories traça, d1 i d2.

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (IX)

>95%

14

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (X)

y = -0.0789x + 25.654R2 = 0.0835

y = 0.0565x + 17.661R2 = 0.0789

y = 0.0218x + 17.986R2 = 0.0172

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996ANY

DIES

a b Traça

Nombre de dies de precipitació durant l’any corresponents a les categoriestraça, a i b

>95%

>95%

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (XI)

y = - 0 . 0003x + 0 . 4299R 2 = 0 . 0002

y = - 0. 0546x + 8 . 7363R 2 = 0 . 2

y = 0 . 0005x + 0 . 0273R 2 = 0 . 0051

y = - 0 . 0236x + 3 . 2589R 2 = 0 . 1 084

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 951 1 956 1 961 1 966 1 971 1 976 1 981 1 986 1 991 1 996

ANY

c1 d1d2 c2

Nombre de dies de precipitació durant l’any corresponents a les categories c1, c2, d1 i d2

>95%

>95%

15

Index d’estacionalitat

<0.19 pluja tot l’any0.20-0.39 estació humida0.40-0.59 estació seca curta0.60-0.79 estacional0.80-0.99 estació seca llarga1.00-1.99 precipitació en

menys de 3 mesos>1.20 precipitació en

1-2 mesos

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Precipitació (XII)

y = -0.0016x + 0.7386R2 = 0.1361

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996

Index d'estacionalitat. Mitjanamòbil de 5 anys

∑=

−=12

1 121

n

RMiR

SI

>95%

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Temperatura superficial (I)

Temperatura mitjana anual

Guijarro (1986)Tesi doctoral

16

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Temperatura superficial (II)

Localització de les estacions termomètriques que han operat a les Illes Balears

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.538.5

39

39.5

40

Llargària de les sèries termomètriques.

S’han considerat les estacions que en un interval de 25 anys (1976-2000) tenen les sèries de temperatura màxima i mínima diàries quasi completes:Sa Cabaneta, Aeroport de Palma, Aeroport de Menorca, Aeroport d’Eivissa

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Temperatura superficial (III)

Temperatura mínima mitjana anual

y = 0.0704x + 11.756R2 = 0.6245

y = 0 .0 6 4 6 x + 9 .3 0 9 6R 2 = 0 .5 1 9 7

y = 0 .0 8 9 5 x + 1 2 .2 4 6R 2 = 0 .7 0 2 9

y = 0 .0 8 8 3 x + 1 1 .7 6 9R 2 = 0 .7 0 6 3

y = 0 .0 3 9 1 x + 1 3 .7R 2 = 0 .3 2 2 8

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

AN Y

ºC

Sa CabanetaAeroport PalmaAeroport MenorcaAeroport EivissaMitjana

>95%

17

y = 0 .0 9 2 1 x + 1 7 .8 1 1R 2 = 0 .5 2 0 6

y = 0 .0 6 9 4 x + 1 3 .0 5 6R 2 = 0 .3 3 4 8

y = 0 .0 9 0 7 x + 8 .8 9 1 6R 2 = 0 .6 6 2 5

y = 0 .0 3 2 5 x + 6 .7 0 3 9R 2 = 0 .0 4 8 2

0 .0

5 .0

1 0 .0

1 5 .0

2 0 .0

2 5 .0

1 9 7 6 1 9 7 8 1 9 8 0 1 9 8 2 1 9 8 4 1 9 8 6 1 9 8 8 1 9 9 0 1 9 9 2 1 9 9 4 1 9 9 6 1 9 9 8 2 0 0 0

HIVERNPRIMAVERAESTIUTARDOR

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Temperatura superficial (IV)

Temperatura mínima mitjana estacional

>95%

>95%

>95%

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Temperatura superficial (V)

Temperatura màxima mitjana anual

y = 0.0604x + 20.947R2 = 0.5275

y = 0 .0 5 8 5 x + 2 1 .4 3R 2 = 0 .4 6 9 9

y = 0 .0 6 0 2 x + 1 9 .7 5 2R 2 = 0 .4 5 8 4

y = 0 .0 5 8 8 x + 2 1 .4 2 3R 2 = 0 .3 8 6 8

y = 0 .0 6 4 1 x + 2 1 .1 8 2R 2 = 0 .6 1 9 6

19

20

21

22

23

24

25

26

27

1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

AN Y

ºC

Sa Cabaneta

Aeroport Palma

Aeroport Menorca

Aeroport Eivissa

Mitjana

>95%

18

Estudi de les tendències climàtiques a les Illes Balears amb dades instrumentals: Temperatura superficial (VI)

y = 0 .0 6 3 5 x + 2 8 .2 6 3R 2 = 0 .2 7 1 7

y = 0 .0 3 2 7 x + 2 2 .5 9 2R 2 = 0 .0 8 4 1

y = 0 .0 9 6 4 x + 1 8 .3 0 2R 2 = 0 .5 4 7 5

y = 0 .0 4 5 8 x + 1 4 .6 5 6R 2 = 0 .1 5 5 6

1 0 .0

1 5 .0

2 0 .0

2 5 .0

3 0 .0

3 5 .0

1 9 7 6 1 9 7 8 1 9 8 0 1 9 8 2 1 9 8 4 1 9 8 6 1 9 8 8 1 9 9 0 1 9 9 2 1 9 9 4 1 9 9 6 1 9 9 8 2 0 0 0

HIVERNPRIMAVERAESTIUTARDOR

Temperatura màxima mitjana estacional

>95%

>95%

>95%

Conclusions més relevants (I)

Dades instrumentals:Precipitació (significància estadística superior al 95%)

•Tendència negativa de la precipitació total anual. Tambè amb les mitjanes mòbils de 5 i 30 anys

•Variabilitat estacional més gran que l’anual. Tendència negativaa l’hivern i la tardor

•Les precipitacions febles tenen tendència a augmentar la seva contribució a la pluja total anual

•Les plujes fortes tenen tendència a disminuir la seva contribucioa la pluja total anual

•Augment dels dies amb precipitació dèbil•Disminució dels dies de plujes moderades i fortes

19

Conclusions més relevants (II)Dades instrumentals: Temperatura (significància estadística superior a 95%)

•Augment de la temperatura mínima mitjana anual de l'ordre de 7 ºC/100 anys

•Augment més important de les temperatures mínimes durant laprimavera i l’estiu

•Augment de la temperatura màxima mitjana anual de l'ordre de 6 ºC/100 anys

•Augment més important de les temperatures màximes durant laprimavera i l’estiu, menys important durant l’hivern

• A 1500 m, augment a la primavera, disminució durant la tardor

ALGUNAS OBSERVACIONES DEL PASADO RECIENTE (Guijarro J. A. 2002)

20

Rainfall contributions, as percentage from the total annual

amounts, for different daily rainfall categories

Escenarios de cambio climático global

21

Escenarios de Emisiones (IPCC)

Escenario

B1-bajoB2-medioA1-medioA2-alto

2020

CO2ppm

421429448440

2050

CO2ppm

479492555559

2080

CO2ppm

532561646721

Calentamiento medio global

en 2100 para

diferentes escenarios

ºC

AñoCalentamiento entre 2 y 15 veces lo observado en los 100 últimos años y posiblemente en más de 10000 años

22

Temperatura 2071-2100 desde 1961-1990

ºC

Muy desigual distribución geográfica

Pueden llegar a superarse los valores medios

Pueden cambiar las escorrentías

Aumento del riesgo de sequía

Mayores y más frecuentes crecidas

mm/día

Precipitación 2071-2100 desde 1961-1990

23

-Downscaling dinámico

-Downscaling estadístico

Se hace necesaria una REGIONALIZACIÓN de los resultados de los modelos de simulación del clima

(“Downscaling”)

ATMOSPHERIC CIRCULATION ATMOSPHERIC CIRCULATION AND PRECIPITATIONAND PRECIPITATION

IN MEDITERRANEAN SPAININ MEDITERRANEAN SPAIN

Trying to find the cause-effect statistical relationship …

24

200 km

02505007501000125015001750200022502500

( m )

AndalucíaMurcia

Valen

cia

Cat

alon

ia

Balearic Islands

Mallorca

Menorca

Ibiza

Gibraltar Strait

Guadalquivir

Valle

y

Sierr

a de

Tramuntana

Pyrenees

Sistem

a Ib

érico

Sierra de Aitana

Sierra deAracena

Sierra de Cazorla Sistema

Subbético

Sistema PenibéticoSierra de Ronda

IBERIANPENINSULA

MEDITERRANEAN SEA

ATLANTIC OCEAN

DAILY RAINFALL DATA BASE- Homogeneous and complete series- 410 rain gauges- 30 years (1964-1993)

Win Spr Sum Aut

Significant rainfalls 5 % - 5 mm 3941 days (30.0% 29.6% 13.6% 26.8%)1964-93

T-mode(day-by-day)

correlation matrix

Principal Components Analysis PCA

Cluster Analysis (k-means) CA

CLASSIFICATION RAINFALL PATTERNS (RPs)

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29Principal Component

0

5

10

15

Expl

aine

d va

rianc

e ( %

)

17 (49%)

11 RPs

25

RP1 (551)

(mm)

36912151821242730

WinRP2 (492)

WinRP3 (388)

WinRP4 (211)

Spr

RP5 (259)Spr

RP6 (294)Win-Aut

RP7 (296)Spr-Aut

RP8 (385)Spr-Sum

RP9 (368)Spr-Sum

RP10 (401)Aut

RP11 (296)Win-Aut

ECMWF analyses on significant days (1984-93) 1275 days

Geographical window 33.75N-45.75N 11.25W-6.00E 408 grid points

Classification based on geopotential height at 500 and 925 hPa

T-mode(day-by-day)

correlation matrix

Principal Components AnalysisPCA

Cluster Analysis (k-means)CA

CLASSIFICATION ATMOSPHERIC PATTERNS (APs)

500 hPa6 (96.7%)

925 hPa8 (95.7%)

19 APs

26

CLEAR ASSOCIATION

RP1

RP2

49.0%

33.3%

Win 43.1% - Aut 33.4%Heavy 15.7%

AP1

27

RP1

RP2

RP3

46.5%

23.9%

15.5%

Win 54.9%Heavy 11.3%

AP2

RP1

RP2

36.9%

35.7%

Aut 54.8%Heavy 25.0%

AP3

28

RP1

RP2

36.2%

30.5%

Aut 41.0%Heavy 15.2%

AP4

RP1

RP2

RP5

25.9%

22.4%

15.5%

Aut 37.9% - Spr 36.2%Heavy 17.2%

AP5

29

RP1

RP2

RP5

RP7

21.8%

17.9%

17.9%

15.4%

Spr 33.3%Heavy 23.1%

AP6

RP3

RP9

25.0%

25.0%

Spr 35.0% - Aut 35.0%Heavy 2.0%

AP7

30

RP3

RP8

RP9

23.7%

21.1%

15.8%

Spr 42.1%Heavy 7.9%

AP8

RP3

RP8

41.9%

16.3%

Win 45.3%Heavy 3.5%

AP9

31

RP8

28.6%

Win 46.4% - Aut 42.9%Heavy 10.7%

AP10

RP8

RP9

30.0%

20.0%

Sum 41.4% - Spr 30.0%Heavy 0.0%

AP11

32

RP6

69.6%

Win 47.8% - Aut 34.8%Heavy 21.7%

AP12

RP5

RP6

40.9%

28.8%

Win 53.0%Heavy 37.9%

AP13

33

RP5

RP6

RP7

21.4%

17.9%

16.1%

Spr 35.7% - Sum 33.9%Heavy 19.6%

AP14

RP4

RP5

RP7

24.0%

20.0%

16.0%

Aut 40.0% - Spr 32.0%Heavy 32.0%

AP15

34

RP5

RP8

RP10

20.5%

17.8%

16.4%

Sum 38.4%Heavy 0.0%

AP16

RP6

RP10

RP11

36.5%

23.2%

19.2%

Win 30.8% - Aut 30.7%Heavy 13.5%

AP17

35

RP8

RP10

RP11

29.2%

24.4%

17.4%

Spr 41.9%Heavy 4.7%

AP18

RP10

RP11

37.9%

36.0%

Spr 40.2% - Win 34.5%Heavy 11.5%

AP19

36

STATISTICAL DOWNSCALING STATISTICAL DOWNSCALING OF THE RAINFALL IN OF THE RAINFALL IN

MEDITERRANEAN SPAIN BY THE MEDITERRANEAN SPAIN BY THE LATE 21st CENTURYLATE 21st CENTURY

Combining an AOGCM with the previous cause-effect links

““DOWNSCALING” EN BASE A LOS RESULTADOS PREVIOSDOWNSCALING” EN BASE A LOS RESULTADOS PREVIOS

Simulación del clima futuro con un GCM

Modelo ECHAM-OPYC3 aplicado a 1860-2099

- Modelo T42 ECHAM4: 19 niveles verticales / 2.8o de resolución horizontal- Modelo OPYC3: 11 niveles verticales / mayor resolución en los trópicos- 1860-1990: Concentraciones históricas de los gases de E.I. - Tras 1990: Escenario A (IPCC)

Cambios en la precipitación de la zona mediterráneaa finales del presente siglo ?

MÉTODO DE DOWNSCALING

37

ESTRATEGIAESTRATEGIA

E C H A M

F U T U R O

2080 – 2099

11 décadasmóviles

PRECIPITACIÓN FUTURA

1) Mismas relaciones entre APs y RPs2) Similar magnitud de la precipitation para cada RP3) Mismo factor φi=Ri/Si para la obtención de totales

38

ESTRATEGIA (continuación)ESTRATEGIA (continuación)

E C H A M

P R E S N T

1971 – 1990

11 décadasmóviles

VALIDACIÓN / CALIBRACIÓN DEL MODELO

FUTURO COMPENSADO 121 décadas (MEDIA + VARIABILIDAD)

TÉCNICA DEL ANÁLOGOTÉCNICA DEL ANÁLOGO

AP1

GEO 925

GEO 500 AP2

AP3

APn ...

AP4

X

X

X

X

X XX

X

X

X X

X

X

X

X

X

X

X

X X

X

X

X

X

X X

X

X

X

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

OO

O

O

O

O

No

APn

No

AP2

2500

2925 )1()1( rrd −+−=ECMWF ECHAM presente ECHAM futuro

En APs 1275 1317 (media) 1140 (media)

39

rs=0.8750

Atlánticos Nortes

Mediterráneos Mediterráneos

Mediteráneos

Mediterráneos NortesAtlánticos

40

1984-93 2080-99

Atlánticas

Mediterráneas

ESTIMACIÓN CAMBIOS (media)

41

ESTIMACIÓN CAMBIOS (std)

ALGUNAS OBSERVACIONES DEL PASADO RECIENTE (Guijarro J. A. 2002)