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)