Associació Catalana
de Meteorologia

TETHYS, revista de meteorologia - Núm. 2    

Tethys > núm. 2 > articles > article 2

PERFILS DE PRECIPITACIONS TORRENCIALS DIÀRIES A l'ESPANYA MEDITERRÀNIA I CONFIGURACIONS METEOROLÒGIQUES ASSOCIADES
Romuald Romero
Climent Ramis
Secció de Meteorologia. Departament de Física.
Universitat de les Illes Balears.

RESUM

Un banc de dades que recull trenta anys (1964-1993) de precipitacions diàries, registrades en 410 punts de l'Espanya Mediterrània, ens permet de deduir-ne els principals perfils espacials que en regeixen les precipitacions torrencials diàries, a base d'aplicar anàlisis de cúmuls (cluster analysis) a les direccions bàsiques més significatives obtingudes a partir d'una anàlisi dels components principals de la matriu de correlació per dia (modalitat T). Els cúmuls (clusters) obtinguts són prou definits i mostren clarament el paper dominant d'una orografia complexa i la seva vinculació amb els principals corrents portadors de pluja. Els perfils occidentals, estimulats en bona part pels corrents de l'Atlàntic, són tan pertinents a l'hivern com a la tardor. Ben altrament, els perfils orientals, molt influïts per la dinàmica mediterrània, dominen la tardor.

En la investigació de les circulacions sinòptiques vinculades a precipitacions significatives d'una mateixa àrea, s'utilitzen, per al període 1984-1993, dades en retícula ECMWF de geopotència a 925 i 500 hPa. Aplicant una anàlisi de cúmuls als components principals de modalitat T més significatius, s'arriba a una classificació de 19 circulacions fonamentals. Algunes de les circulacions identificades, que resulten importants perquè caiguin pluges significatives, donen pocs episodis de precipitacions torrencials, o no en donen cap. La majoria d'episodis de precipitacions torrencials de l'Espanya mediterrània vénen associats amb pertorbacions sobre la Península Ibèrica meridional o a prop seu.


INTRODUCCIÓ

Per a les regions mediterrànies d'Espanya hom disposava d'un dens banc de dades de precipitacions per dia que abastava els anys 1964-93 i que comprenia sèries completes i homogènies de 410 estacions pluviomètriques (347 a la franja costanera de l'Espanya peninsular, i 63 a les Illes Balears, fig. 1). Les dades en brut constaven de 3.366 registres de precipitacions per dia disponibles, facilitats per l'Instituto Nacional de Metereología espanyol (INM), que cobrien un període que va del 1951 al 1995. D'entrada, en vam fer una primera selecció basant-nos únicament en les estacions que oferien un mínim de 1.000 valors consignats (gairebé tres anys), obtinguts d'un total de 2.842 pluviometries. Com que l'inventari d'aquestes estacions ens donava sèries de registres desiguals (només cinc estacions disposaven de sèries de dades completes), vam cercar el subperíode més llarg, dintre l'interval dels anys 1951-95, que presentés el nombre màxim possible d'estacions amb sèries de dades tolerablement completes. Al final ens vam decidir per les 410 estacions que disposaven d'un 90% de les dades relatives als anys 1964-93 (trenta anys). A més a més, vam aplicar-hi un mètode iteratiu per corroborar la qualitat de les dades i per completar les que faltaven amb les que vam poder obtenir de les estacions circumdants. (Romero et alii 1998a ofereix una descripció detallada del mètode seguit.)

La regió constitueix un escenari ben interessant a l'hora d'estudiar en termes mesoclimatològics la variabilitat temporal i espacial de les precipitacions. Geomòrficament, es caracteritza per importants unitats de relleu costaneres i per una distribució complexa de masses marines i terrestres (fig. 1) que afavoreixen modalitats diferents d'exposició als vents marítims portadors de pluja. Climàticament, la Mediterrània occidental es troba subjecta a una intensa variació estacional, per tal com forma una zona de transició entre la llenca de baixes pressions de latitud mitjana i les altes pressions subtropicals, condició deguda a la seva latitud (entre 360 i 440 N). Una altra característica climàtica important de la regió és el caire torrencial que hi tenen les precipitacions, principalment a la tardor. Així, la majoria de les estacions costaneres repertorien precipitacions per dia superiors als 200 mm (Font 1983).

La mitjana de les precipitacions anuals (fig. 2) ateny quantitats elevades al voltant de Sierra de Ronda (en una àrea semicircular que registra més de 700 mm, amb valors punta al centre superiors als 1.500 mm), i quantitats apreciables al llarg del Pirineu, a la rodalia de Sierra de Aracena, a Sierra de Cazorla, a Serra d'Aitana i al nord de Mallorca. El fet contrasta, a més, amb els volors pluviomètrics generalment reduïts de l'interior, i amb els valors baixíssims d'una àrea força vasta del sud-est (sud de València, Múrcia i Andalusia oriental). En termes generals, el model espacial de la fig. 2 reflecteix un gradient de precipitació general per a tota la direcció SE-NW. Deixant l'orografia de banda, aquesta peculiaritat apareix vinculada a la proximitat de les aigües de l'Atlàntic, que és d'on arriben la majoria de les tempestes.


Fig. 1. Àrea mediterrània espanyola, amb una versió suavitzada de la seva orografia, amb la posició de les estacions que configuren el banc de dades de precipitacions diàries estudiat (410 en total),
i amb l'emplaçament dels llocs esmentats al text.


Fig. 2. Mitjana de precipitacions anuals relativa als anys 1984-93.

Com ja hem dit abans, l'Espanya mediterrània es troba afectada ben sovint per precipitacions diàries extremes. La figura 3a mostra que les precipitacions extremes tendeixen a concentrar-se sobre la franja costanera i, secundàriament, sobre les terres muntanyoses de l'interior. Els valors màxims es donen a Sierra de Ronda, on una estació arriba a la categoria dels 21-25 dies. València i Múrcia delimiten una àrea força extensa on la majoria d'estacions recullen episodis de 100 mm (en general de l'escala 1-5 o 6-10). Notable és el gran nombre de dies de 100 mm que presenten les estacions situades a prop de la Serra d'Aitana. Habitualment, aquesta zona es considera la més torrencial d'Espanya. Observem que l'àrid sud-est peninsular hi participa activament. Les precipitacions extremes són també freqüents a l'illa de Mallorca, de cap a cap de la Serra de Tramuntana, i a la seva banda oriental, on hi ha una carena topogràfica menor. Eivissa també proporciona precipitacions de 100 mm. La distribució estacional (no especificada) demostra que la majoria de les precipitacions de 100 mm es concentren a la tardor i, en segon lloc, a l'hivern, seguit de la primavera. Durant l'estiu, les precipitacions extremes són rares. Episodis de 200 mm són gairebé exclusius de la tardor, per més que, a Sierra de Ronda, també solen donar-se-n'hi a l'hivern.


Fig. 3a. Dies de precipitacions extremes (>100 mm) dels anys 1984-93


Fig 3b. Intervals d'episodis de 100 mm en aquest mateix període.

Es pot esbossar una delimitació directa de les àrees torrencials de l'Espanya mediterrània visualitzant-ne els intervals entre un episodi torrencial i un altre. Pel que fa a les precipitacions diàries de 100 mm (fig. 3, dreta), ens trobem amb intervals inferiors als cinc anys prop de Sierra de Aracena, en una àmplia zona al voltant de l'estret de Gibraltar, en punts molt localitzats de l'Andalusia oriental --a prop de la costa o a grans alçades--, a Múrcia i València, al litoral de la Catalunya septentrional i meridional, en alguns indrets del Pirineu, i al nord i a l'est de Mallorca. (Romero et alii 1998 1 exposen una anàlisi més profunda del caràcter torrencial de les precipitacions.)

En aquest estudi es dedueixen els principals perfils espacials que regeixen les precipitacions torrencials de l'Espanya mediterrània i, a més a més, s'hi diluciden les circulacions atmosfèriques sinòptiques vinculades a aquests perfils.


PERFILS DE PRECIPITACIONS TORRENCIALS DIÀRIES

A partir de la informació que ens proporciona un banc de dades que abasta trenta anys de precipitacions, considerem torrencials els dies en què un mínim del 2% de les estacions registra més de 50 mm; cosa que ens dóna un total de 449 dies. D'aquests 449 dies seleccionats, un 35,2% s'escauen a l'hivern, un 14,9% a la primavera, un 5,1% a l'estiu i un 44,8% a la tardor.

El mètode seguit per delimitar els perfils pluvials típics va consistir a sotmetre la matriu de correlació de modalitat T (dia per dia) a una anàlisi dels components principals (PCA, Principal Component Analysis) i a projectar una anàlisi de cúmuls (CA, Cluster Analysis) als components més importants que en resulten. En unes altres paraules, els dies que contribueixen amb càrregues semblants als components extrets s'agrupen tots junts. El mètode té per finalitat d'aplegar els dies amb distribucions de pluviositat similars, independentment de les quantitats de les precipitacions (Sumner et alii, 1995).

Per decidir el nombre de PC (Principal Components, components principals) a retenir vam adoptar la simple prova d'aixargallament (scree test) de Cattell (1966). Vam tenir en compte 15 PC, que cobrien el 68,5% de les variacions. Per fer-ne l'anàlisi cumular (cluster analysis), vam recórrer al mètode K no jeràrquic (Anderberg 1973), tal com l'aplica STATISTICA (194); vam adoptar la distància euclidiana com a índex de similaritat, i, a l'hora de decidir el nombre de cúmuls a crear, vam tenir en compte, com a referència, els diagrames jeràrquics ramificats que genera el mètode de Ward (Ward 1963), i vam optar per una solució a base de 8 perfils típics. Els grups de perfils es troben a la figura 4.

Els grups de perfils obtinguts són perfectament definits i fan veure clarament el paper dominant exercit per una topografia complexa i la seva connexió amb els principals corrents portadors de pluja. Un diagrama de variació interstacional (fig. 5) revela una incidència diferent dels perfils de precipitacions torrencials durant l'any. Els perfils occidentals, notablement estimulats pels corrents atlàntics, són, si fa no fa, tan importants a l'hivern com a la tardor, essent així que els perfils orientals, intensament influïts per la dinàmica de la Mediterrània, predominen a la tardor. (Per a una anàlisi més detallada, vegeu Romero et alii 1998b.)


Fig. 4. Composicions de precipitacions diàries dels 8 grups de perfils de precipitació torrencial
a l'Espanya Mediterrània. El nombre de dies corresponents al període 1964-93 per a
cada grup de perfils apareix indicat entre parèntesi (total, 449).


Fig. 5. Distribució estacional dels 8 grups de perfils de precipitació torrencial diària.



PERFILS DE CIRCULACIÓ ATMOSFÈRICA

Aquesta secció es proposa d'identificar els conjunts principals de circulació atmosfèrica lligats als perfils torrencials que hem presentat en la secció anterior. La bibliografia especialitzada ofereix un seguit d'estudis que il·lustren i interpreten connexions estadístiques entre els perfils atmosfèrics sinòptics i certs paràmetres meteorològics superficials i/o ambientals. Yarnal proposa en el seu llibre (1993) múltiples exemples de classificacions sinòptiques, des de classificacions manuals subjectives a resultats obtinguts a partir de tècniques de base autovectorial (eigenvectorial). Bonell i Sumner (1992) estableixen, servint-se d'una PCA i d'una CA de modalitat S, les principals àrees d'afinitat pluvial diària per a Gal·les segons la direcció del vent de superfície. Sumner et alii (1995) associen la distribució de precipitacions significatives sobre l'illa de Mallorca amb tipus dominants de circulació superficial reconeguts.

Els escenaris climatològics de distribució pluvial de tipus sinòptic definits, ja fa temps que són reconeguts, i apareixen en nombrosos estudis de casos de precipitacions intenses a l'Espanya oriental (vegeu Doswell et alii 1998, i la bibliografia que conté).

Les dades meteorològiques utilitzades per projectar la classificació sinòptica són les anàlisis en retícula d'altura geopotencial a 925 i 500 hPa del European Centre for Medium Range Weather Forecast (ECMWF, Centre Europeu de Predicció Meteorològica a Terme Mitjà). La resolució espacial és de 0,750, tant de latitud com de longitud. Com que l'ECMFW només funciona des del 1979, únicament hem tingut en compte les dades meteorològiques corresponents a l'última dècada dels trenta anys del banc de dades original --és a dir, les dels anys 1984-93. Durant aquesta dècada, en tota l'Espanya mediterrània es destrien 1.275 dies de precipitació significativa (5% de les estacions amb més de 5 mm). D'aquests dies, i d'acord amb una definició prèvia, vam classificar-ne 165 de torrencials. Així la classificació de la circulació atmosfèrica utilitzava 1.275 perfils de circulació únics, un per dia de precipitació significativa.

Les circulacions es classifiquen aplicant les PCA i CA de modalitat T, quant a la derivació de perfils torrencials de l'última secció. Només tenim en compte les dades del marc geogràfic que va dels 33,750 als 45.750 N, i dels 11.250 W als 6.000 E. Això engloba 408 punts de retícula. També tenim en compte algunes classificacions basades en marcs superiors que abastaven àrees geogràfiques més extenses, però les associacions amb els perfils de precipitacions resultaven molt pobres, perquè les classificacions apareixien massa influïdes per característiques circulatòries de regions allunyades de l'Espanya mediterrània.

L'aplicació de la prova d'aixargallament (scree test) indica una retenció de 6 PC per a un camp geopotencial a 500 hPa (que engloba el 96,7% de la variació total), i 8 PC per a un camp geopotencial a 925 hPA (95,7% de la variació total). Així, vam utilitzar 14 variables en l'AC, aplicada una vegada més segons el mètode K. Hi apareixen clarament solucions amb 4, 7, 11 i 19 cúmuls (clusters). Les tres primeres solucions presentaven una associació massa tènue amb les distribucions pluvials, si bé la solució a base de 19 cúmuls va fornir un compromís adequat per a una col·lecció de perfils encara relativament simple, però amb associacions prou significatives. Aquests cúmuls, denominats perfils atmosfèrics (AP, atmospheric patterns), apareixen representats a la figura 6. La taula 1 mostra com es distribueixen els 1.275 dies de precipitacions significatives i el subconjunt dels 165 dies de precipitacions torrencials entre els 19 perfils atmosfèrics obtinguts.


Taula 1. Distribució de dies significatius i dies torrencials en els 19 perfils de circulació atmosfèrica.
Els dies torrencials també hi apareixen com a percentatge del nombre total de dies significatius.

En un context general és possible de sostenir que els tipus sinòptics obtinguts compendien quatre escenaris generals més. En el primer, una pertorbació a gran escala que es troba a l'oest o nord-oest de la Península Ibèrica suscita corrents atlàntics humits que afavoreixen la formació de precipitacions sobre l'àrea de l'Andalusia occidental (AP 1, 2, 3, 4 i 5). El segon neix del pas de fronts freds sobre la Península Ibèrica lligats a sistemes de baixes pressions de les latituds superiors (AP 7, 8 i 9). Aquest escenari propicia la formació de precipitacions a l'Espanya nord-oriental i a les zones muntanyoses de l'interior d'Andalusia. En el tercer cas, tenim baixes pertorbacions relativament petites a 500 hPa entorn de l'Espanya meridional, i el flux de baix nivell sobre la Mediterrània que hi va associat és càlid i humid des d'ESE (AP 6, 10, 11, 12, 13, 14 i 15). Aquesta configuració porta precipitacions a la franja oriental d'Espanya, incloses les Illes Balears. Finalment, en el quart escenari, pertorbacions d'alt i baix nivell se situen a l'est de la Península Ibèrica (AP 16, 17, 18 i 19), i indueixen corrents poderosos de component marcadament septentrional.

Per tal d'afinar encara més l'anàlisi duta a terme, vam extreure els dies de precipitació torrencial i vam investigar llur associació amb la circulació atmosfèrica. La figura 7 mostra, per a cada AP, com es distribueixen els episodis torrencials entre els 8 perfils torrencials (fig. 4). Els perfils circulatoris AP 11 i AP 16 no s'associaven amb cap episodi torrencial. Ben altrament, l'AP 13 sí que s'associava amb la formació de pluges torrencials en gairebé el 40% dels casos (vegeu taula 1). També són dignes de consideració els AP 3, AP 6, AP 12, AP 14 i AP 15, amb una incidència de pluja torrencial superior al 20%. Com permet d'observar la figura 6, aquests AP més torrencials es caracteritzen, a la troposfera mitjana, per circulacions ciclòniques tancades o per depressions d'ona curta molt accentuades, situades al sud del domini. A nivells baixos, presenten un nivell d'advecció càlida cap a alguna àrea de l'Espanya mediterrània. Es tracta de condicions observades en la majoria d'estudis sobre precipitacions severes caigudes sobre aquesta àrea (vegeu, per exemple, Doswell et alii 1998; Ramis et alii 1998).

Encara que obtinguda només a partir de 165 episodis torrencials, la figura 7 resulta molt il·lustrativa. Les distribucions que hi apareixen s'adeqüen físicament als processos dinàmics continguts en els AP corresponents. La combinació d'un relleu topogràfic important en les precipitacions degudes a corrents d'aire humits atlàntics o mediterranis, o de tots dos alhora, amb factors dinàmics vinculats a pertorbacions de nivell superior, fan molt directa la interpretació física de les relacions entre els perfils atmosfèrics i pluvials. Centrant l'atenció en la majoria d'AP torrencials, l'AP 3 afavoreix els perfils torrencials T1 i T2 a l'Andalusia occidental; l'AP 6 afavoreix els perfils T4 i T6 i, en grau menor, els T2 i T5, l'AP 12 es projecta quasi exclusivament en el T5; els AP 13 i AP 14 afavoreixen, d'una manera ben significativa, precipitacions torrencials a Múrcia, València i a les Illes Balears a través de T4, T5, T6 i T8; i l'AP 15 dóna T4, T6 i T8 (vegeu Romero et alii [1998c] per a més detalls.)

   
   
   
   
   
   
   
   
   

Fig. 6. Composició dels 19 perfils de circulació atmosfèrica. La línia contínua representa un camp geopotencial a 925 hPa (l'interval de contorn és de 10 mgp), i la línia discontínua un de 500 hPa (interval de contron de 20 mgp).


Fig. 7. Freqüència percentual dels 8 perfils de precipitació torrencial diària en
els 19 perfils de circulació atmosfèrica per a l'Espanya mediterrània.


CONCLUSIONS

L'aplicació d'una APC de modalitat T i d'una AC a un banc de dades que conté les precipitacions de 410 punts durant trenta anys ens ha permès de deduir-ne un conjunt simplificat de 8 perfils espacials que regeixen els episodis de precipitacions torrencials diàries a l'Espanya mediterrània. Un examen visual d'aquests perfils confirma que les dimensions de la regió i els sistemes que abriguen dels vents marítims --sistemes induïts per una topografia complexa-- són suficientment importants per a produir una regionalitzacio clara de les precipitacions torrencials. S'hi han observat distribucions estacionals precises: els perfils de l'Andalusia occidental apareixen amb una incidència similar a l'hivern i a la tardor, essent així que els perfils orientals tenen una predilecció clara per la tardor.

Aplicant una metodologia similar, s'han obtingut un total de 19 perfils sinòptics bàsics que expliquen el desenvolupament de precipitacions diàries significatives en l'àrea de la Mediterrània hispànica. Un estudi de la torrencialitat dels perfils atmosfèrics obtinguts revela que n'hi ha que, tot i ésser importants a l'hora d'explicar unes precipitacions significatives, són negligibles a l'hora de determinar els episodis de pluviositat torrencials a la regió. Les situacions que es caracteritzen per pertorbacions situades als volts meridionals de la Península Ibèrica, encara que no siguin gaire freqüents, presenten una elevada propensió a desenvolupar precipitacions torrencials centrades en la franja oriental de la Península Ibèrica i de les Illes Balears.

Els resultats obtinguts poden ésser summament valuosos a l'hora d'elaborar una predicció meteorològica més detallada de l'activitat pluvial de l'Espanya mediterrània en el context d'una predicció meteorològica sinòpticament numèrica, i com a complement d'una resolució de perfils mesoscalars. La confirmació de la variabilitat a llarg terme de les precipitacions a la regió també pot beneficiar-se d'aquests resultats.


AGRAÏMENTS

L'Instituto Nacional de Meteorología d'Espanya ens ha proporcionat un seguit de dades sobre precipitacions i sobre camps meteorològics ECMWF . Aquest treball ha estat patrocinat per una beca CICYT CLI95-1846.


BIBLIOGRAFIA

ANDERBERG M. R., Cluster analysis for applications. Academic Press, 1973. 359 pp.

BONELL M. - SUMNER G. N., "Autumn-winter daily precipitation areas in Wales, 1982/83 to 1986/87". International Journal of. Climatology (1992) 12. pp.77-102.

CATTELL R. B., "The scree test for the number of PCs". Mult. Behav. Res. (1966) 1. pp. 245-276.

DOSWELL III C. A. - RAMIS C. - ROMERO R. - ALONSO S., "A diagnostic study of three heavy precipitation episodes in the western Mediterranean region". Weathe. Forecasting (1998) 13. pp. 102-124.

FONT I., Climatología de España y Portugal. Madrid, Instituto Nacional de Meteorología, 1983. 296 pp.

RAMIS C.- ROMERO R.- HOMAR V. -ALONSO S. - ALARCÓN M., "Diagnosis and numerical simulation of a torrential precipitation event in Catalonia (Spain)". Meteorol. Atmos. Phys. (1998, en premsa).

ROMERO R. - GUIJARRO J. A. - RAMIS C. - ALONSO S., "A 30 year (1964-1993) daily rainfall data base for the Spanish Mediterranean regions: First exploratory study". Int. J. Clim. (1998a) 18. pp. 541-560.

ROMERO R. - RAMIS C. - GUIJARRO J. A., "Daily rainfall patterns in the Spanish Mediterranean area: An objective classification". Int. J. Clim. (1998b, en premsa).

ROMERO R. - SUMNER G. - RAMIS C.- GENOVÉS A., "A classification of the atmospheric circulation patterns producing significant daily rainfall in the Spanish Mediterranean area". Int. J. Clim (1998c, presentat).

STATISTICA, Statistica for Windows. (Volume III): Statistics II. Tulsa OK, StatSoft Inc., 1994.

SUMNER G. N. -- GUIJARRO J. A. - RAMIS C., "The impact of surface circulations on the daily rainfall over Mallorca". Int. J. Clim. (1995) 15. pp. 673-696.

WARD J. H., "Hierarchical grouping to optimize an objective function". J. Amer. Stat. Assoc. (1963) 58. pp. 236-244.

YARNAL B., Synoptic climatology in environmental analysis. Londres, Belhaven Press, 1993. 196 pp.

Tethys > núm. 2 > articles > article 2