Associació Catalana
de Meteorologia

TETHYS, revista de meteorologia - Núm. 2    

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PERFILES DE PRECIPITACIONES TORRENCIALES DIARIAS
EN LA ESPAÑA MEDITERRÁNEA Y CONFIGURACIONES
METEOROLÓGICAS ASOCIADAS
Romuald Romero
Climent Ramis
Secció de Meteorologia. Departament de Física.
Universitat de les Illes Balears.

RESUMEN

Un banco de datos que recoge 30 años (1964-1993) de precipitaciones diarias, registradas en 410 puntos de la España Mediterránea, nos permite deducir los principales perfiles espaciales que rigen las precipitaciones torrenciales diarias a base de aplicar análisis de grupos (cluster analysis) en las direcciones básicas más significativas obtenidas a partir de una análisis de componentes principales de la matriz de correlación por día (modalidad T). Los grupos (clusters) obtenidos están suficientemente definidos y muestran claramente el papel dominante de una orografía compleja y su vinculación con las principales corrientes portadoras de lluvia. Los perfiles occidentales, estimulados en gran parte por las corrientes del Atlántico, son tan pertinentes en el invierno como en el otoño. A su vez, los perfiles orientales muy influidos por la dinámica mediterránea, dominan en el otoño.

En la investigación de las circulaciones sinópticas vinculadas a las precipitaciones significativas de una misma área, se utilizan, para el periodo 1984-1993, dadas en la retícula ECMWF de geopotencial a 925 y 500 hPa. Aplicando un análisis de grupos a los principales de la modalidad T más significativos, se llega a una clasificación de 19 circulaciones fundamentales. Algunas de las circulaciones identificadas, que resultan importantes porque producen lluvias significativas, dan pocos episodios de precipitaciones torrenciales, o ninguna. La mayoría de episodios torrenciales en la España Mediterránea vienen asociadas con perturbaciones sobre la Península Ibérica meridional o muy cercana a ella.


INTRODUCCIÓN

Para las regiones mediterráneas de España se disponía de un banco de datos de precipitaciones por día que abarcaba los años 1964-93 y que conformaba series completas y homogéneas de 410 estaciones pluviométricas (347 en la franja costera de la España Peninsular, y 63 de las Islas Baleares, Fig. 1). Los datos en bruto constaban de 3.366 registros de precipitaciones por día disponibles, facilitados por el Instituto Nacional de Meteorología (INM), que cubrían un periodo que va desde 1951 al 1995. de entrada, hicimos una primera selección basándonos únicamente en las estaciones que ofrecían un mínimo de 1.000 valores consignados (casi en 3 años), obtenidos de un total de 2.842 pluviometrías. Como que el inventario de estas estaciones nos daba series de registros desiguales (solamente 5 de estas estaciones disponían de series de datos completas), cercamos el subperiodo más largo, dentro del intervalo 1951-95, que representase el número máximo posible de estaciones con series de datos tolerablemente completas. Al final nos decidimos por 410 estaciones que disponían de un 90% de los datos relativos a los años 1964-93 (treinta años). Además, aplicamos un método iterativo para corroborar la calidad de los datos y para completar las que faltaban con la que pudimos obtener de las estaciones circundantes. (Romero et all. 1998) ofrece una descripción detallada del método seguido.

La región constituye un escenario muy interesante a la hora de estudiar en términos meso climatológicos la variabilidad temporal y espacial de las precipitaciones. Geomorfógicamente, se caracteriza por importantes unidades de relieve costeras y para una distribución compleja de masas marinas y terrestres (Fig.1) que favorecen modalidades diferentes de exposición de vientos marinos portadores de lluvia. Climáticamente, el Mediterráneo Occidental se encuentra sujeta a una intensa variación estacional, por como forma una zona de transición entre la faja de bajas presiones de latitud media y las altas presiones subtropicales, condición debida a su latitud (entre 360 y 440 N). Otra característica climática importante de la región es de tipo torrencial que tienen las precipitaciones, principalmente durante el otoño. De esta manera, la mayoría de estaciones costeras reportarían precipitaciones por días superiores a los 200 mm (Font 1983)

La media de precipitaciones anuales (Fig.2) atañe a cantidades elevadas alrededor de Sierra de Ronda ( en un área semicircular que registra más de 700 mm, con valores punta en el centro superiores a los 1.500 mm), y cantidades apreciables a los largo del Pirineo, en las cercanías de sierra de Aracena, a sierra de Cazorla, en sierra de Aitana y al norte de Mallorca. El hecho contrasta, además, con valores pluviométricos generalmente reducidos del interior, y con los valores bajísimos de un área fuertemente amplia del sur este (sur de Valencia, Murcia y Andalucía oriental). En términos generales, el modelo espacial de la Fig. 2 refleja un gradiente de precipitación general para toda la dirección SE-NW. Dejando la orografía de lado, esta peculariedad aparece vinculada a la proximidad de las aguas del Atlántico, que desde donde llegan la mayoría de las tempestades.


Fig. 1. . Área mediterránea española, con una versión suavizada de su orografía, con la posición de
las estaciones que configuran el banco de datos de precipitaciones diarias estudiado (410 en total),
y con el emplazamiento de los lugares citados en el texto.


Fig. 2. Media de precipitaciones anuales relativa a los años 1984-93.

Como ya hemos dicho antes, la España mediterránea se encuentra afectada con frecuencia por precipitaciones diarias extremas. La figura 3 muestra que las precipitaciones extremas tienden a concentrarse sobre la franja costera y, secundariamente, sobre las tierras montañosas del interior. Los valores máximos se dan en Sierra Ronda, donde una estación llega la Categoría de los 21-25 días. Valencia y Murcia delimitan un área muy extensa donde la mayoría de estaciones recogen episodios de 100 mm que presentan las estaciones situadas cerca de la sierra de Aitana. Habitualmente, esta zona es considerada las más torrencial de España. Observamos que el árido sureste peninsular participa activamente. Las precipitaciones extremas son también frecuentes en la Isla de Mallorca, en toda la Sierra de Tramontana, y en su lado occidental, donde hay una cadena topográfica menor. Ibiza también proporciona precipitaciones de 100 mm se concentran en el otoño y, en segundo lugar, en el invierno, seguido de la primavera. Durante el verano, las precipitaciones extremas son raras. Episodios de 200 mm son casi exclusivos en el otoño, por más que en sierra de ronda, también suelen presentarse en invierno.


Fig. 3a. Días de precipitaciones extremas (>100 mm) de los años 1984-93


Fig 3b. Intervalos de episodios de 100 mm en este mismo periodo.

Se puede esbozar una delimitación directa de las áreas torrenciales de la España mediterránea visualizando de los intervalos entre un episodio torrencial y otro. Respecto a las precipitaciones diarias de 100 mm (Fig. 3, derecha), nos encontramos con intervalos inferiores a los cinco años cerca de la sierra de Aracena, en una amplia zona alrededor del estrecho de Gibraltar, en puntos muy localizados de la Andalucía Oriental- cerca de la costa o a grandes alturas-, en Murcia y en Valencia, el litoral de la Cataluña septentrional y meridional, en algunos lugares del Pirineo, y al norte y al este de Mallorca. (Romero et al. 1998 1 exponen un análisis más profunda del carácter torrencial de las precipitaciones)

En este estudio se deducen los principales perfiles torrenciales de la España mediterránea y, además, se deducen las circulaciones atmosféricas sinópticas vinculadas a estos perfiles.


PERFILES DE PRECIPITACIONES TORRENCIALES DIARIAS

A A partir de la información que nos proporciona un banco de datos que abarca 30 años de precipitaciones, consideramos torrenciales los días en que un mínimo del 2% de las estaciones registra más de 50 mm; cosa que nos da un total de 449 días. De estos 449 días seleccionados, un 32,2% se concentran en el invierno, un 14,9 durante la primavera, un 5,1 durante el verano y un 44,8 durante el otoño.

El método seguido para determinar los perfiles pluviales típicos consistió en someter la matriz de correlación de la modalidad T (Día por día) a un análisis de componentes principales (PCA, Principal Component analysis) y a proyectar un análisis de grupos (CA, Cluster Analysis) a los componentes más importantes que resulten. En otras palabras, los días que contribuyen con cargas parecidas a los componentes extremos se agrupan todos juntos. El método tiene por finalidad juntar los días con distribuciones de pluviosidad semejantes, independientemente de la cantidades de las precipitaciones (Sumner et al., 1995).

Para decidir el número de PC (Principal Components, componentes principales) a retener, utilizamos la prueba del tipo (scree test) de Cattell (1966). Tuvimos en cuenta 15 PC, que cubrían el 68,5% de las variaciones. Para hacer un análisis de grupos (cluster analysis), recurrimos al método K no jerárquico (Anderberg 1973), tal como lo aplica STATISTICA (1994): adoptamos la distancia euclidiana como índice de similitud y, a la hora de decidir el número de grupos a crear, tuvimos en cuenta, como referencia, los diagramas jerárquicos ramificados que genera el método de Ward (Ward 1963), y optamos por una solución a base de 8 perfiles típicos. Los grupos de perfiles se encuentran en la figura 4.

Los grupos de perfiles obtenidos están perfectamente definidos y reflejan claramente el papel dominante ejercido por una topografía compleja y su conexión con las principales corrientes portadoras de lluvia. Un diagrama de variación interestacional (Fig. 5) revela una incidencia diferente de los perfiles de precipitaciones torrenciales durante el año. Los perfiles occidentales, notablemente estimulados por las corrientes atlánticas, son tan importantes durante el invierno como en el otoño, siendo así que los perfiles orientales, intensamente influidos por la dinámica del mediterráneo, predominan durante el otoño. (Para un análisis más detallado, ver Romero et al. 1998b)


Fig. 4. Composiciones de precipitaciones diarias de los 8 grupos de perfiles de precipitación torrencial
en la España Mediterránea. El número de días correspondientes al periodo 1964-93 para
cada grupo de perfiles aparece indicado entre paréntesis (total, 449) .


Fig. 5. Distribución estacional de los 8 grupos de perfiles de precipitación torrencial diaria.



PERFILES DE CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA

Esta sección se propone identificar los conjuntos principales de circulación atmosférica ligados a los perfiles torrenciales que hemos presentado en la sección anterior. La bibliografía especializada ofrece una serie de estudios que ilustran e interpretan conexiones estadísticas entre los perfiles atmosféricos sinópticos y ciertos parámetros meteorológicos superficiales y/o ambientales. Yarnal propone en su libro (1993) múltiples ejemplos de clasificaciones sinópticas, desde clasificaciones manuales subjetivas a resultados obtenidos a partir de técnicas de base autovectorial (eigenvectorial). Bonn i Sumner et alii (1995) asocian la distribución de precipitaciones significativas sobre la isla de Mallorca con tipos dominantes de circulación superficial reconocidos.

Los escenarios climatológicos de distribución pluvial de tipo sinóptico definidos, ya hace tiempo que son reconocidos, y aparecen en numerosos estudios de casos de precipitaciones intensas en la España oriental (ver Doswell et al. 1998, y la bibliografía que contiene).

Los datos meteorológicos utilizados para proyectar la clasificación sinóptica son el análisis en retícula de la altura geopotencial a 925 y 500 hPa del European Center for Medium Range Weather Forecast (ECMWF, Centro europeo de predicción Meteorológica a Plazo Medio). La resolución espacial es de 0,750, tanto de latitud como de longitud. Como que el ECMFW solamente funciona desde 1979, únicamente hemos tenido en cuenta los datos meteorológicos correspondientes a la última década de los treinta años del banco de datos original- es decir, los de los años 1984-93. durante esta década, en toda la España Mediterránea se eligen 1.275 días de precipitación significativa (5% de las estaciones con más de 5 mm). De estos días, y de acuerdo con una definición previa, clasificamos 165 de torrenciales. Así la clasificación de la circulación atmosférica utilizaba 1.275 perfiles de circulación únicos, uno por día de precipitación significativa.

Las circulaciones de clasifican aplicando las PCA y CA de modalidad T, cuanto a la derivación de perfiles torrenciales de la última sección. Solamente tenemos en cuenta los datos del marco geográfico que va desde los 33.750 a los 45.750 N y de los 11.250 W a los 6.000 E. esto engloba 408 puntos de retícula. También tenemos en cuenta algunas clasificaciones basadas en marcos superiores que abarcan áreas geográficas más extensas, pero las asociaciones con los perfiles de precipitaciones resultaban muy pobres, porque las clasificaciones aparecen demasiado fluidas para características circulatorias de regiones lejanas de la España mediterránea.

La aplicación de la prueba conocida como (scree test) indica una retención de 6 PC para un campo geopotencial a 500 hPa ( que engloba el 96,7% de la variación total), y 8 PC para un campo geopotencial a 925 hPa (95,7% de la variación local). Así, utilizamos 14 variables en el AC, aplicada una vez más según el método K. Aparecen claramente soluciones con 4, 7, 11 y 19 grupos (clusters). Las tres primeras soluciones presentaban una asociación demasiado tenue con las distribuciones pluviales, si bien la solución base de 19 grupos fomentaron un compromiso adecuado para una colección de perfiles todavía relativamente simple, pero con asociaciones suficientemente significativas. Estos grupos, denominados perfiles atmosféricos (AP, atmospheric patterns), aparecen representados en la figura 6. La tabla 1 muestra como las precipitaciones torrenciales entre los 19 perfiles atmosféricos obtenidos.


Tabla 1. Distribución de días significativos y días torrenciales en los 19 perfiles de circulación atmosférica.
Los días torrenciales también aparecen como a porcentaje del número total de días significativos .

En un contexto general, es posible sostener que los tipos sinópticos obtenidos comprendían cuatro escenarios generales más. En el primero, una perturbación a gran escala que se encuentra al oeste o al noroeste de la Península Ibérica suscita corrientes atlánticas húmedas que favorecen la formación de precipitaciones sobre la área de la Andalucía Occidental (AP 1, 2, 3, 4 y 5). El segundo nace del paso de los frentes fríos sobre la Península Ibérica ligados a los sistemas de bajas presiones de las latitudes superiores (AP 7, 8 y 9). Este escenario propicia la formación de precipitaciones en la España nororiental y en las zonas montañosas del interior de Andalucía. En el tercer caso, tenemos bajas perturbaciones relativamente pequeñas a 500 hPa entorno a la España meridional, y el flujo de bajo nivel sobre el Mediterráneo que va asociado es cálido y húmedo desde ESE (AP 6, 10, 11, 12, 13, 14 y 15). Esta configuración lleva precipitaciones en la franja oriental de España, incluidas las Islas Baleares. Finalmente, en el cuarto escenario, perturbaciones de alto y bajo nivel se sitúan al este de la Península Ibérica (AP 16, 17, 18 y 19), e inducen corrientes poderosas de componente marcadamente septentrional.

Con el propósito de afinar todavía más el análisis realizado, extraímos los días de precipitación torrencial e investigamos su asociación con la circulación atmosférica. La figura 7 muestra, para cada AP, como se distribuyen los episodios torrenciales entre los 8 perfiles torrenciales (Fig. 4). Los perfiles circulatorios AP 11 y AP 16 no se asociaban a ningún episodio torrencial. Por otro lado, el AP 13 sí que se asociaba con la formación de lluvias torrenciales en casi el 40% de los casos (ver tabla 1). También son dignos de consideración los AP 3, AP 6, AP 12, AP 14 y AP 15, con una incidencia de lluvia torrencial superior al 20%. Como permite observar la figura 6, estos AP más torrenciales se caracterizan, en la troposfera media, para circulaciones ciclónicas cerradas o para depresiones de onda corta muy acentuadas, situadas al sur del dominio. A niveles bajos, presentan un nivel de advección cálida hacia alguna área de la España mediterránea. Se trata de condiciones observadas en la mayoría de estudios sobre precipitaciones severas caídas sobre esta área (ver, por ejemplo, Doswell et al. 1998; Ramis et al. 1998).

Aunque obtenida solamente a partir de 165 episodios torrenciales, la figura 7 resulta muy ilustrativa. Las distribuciones que aparecen se adecuan físicamente a los procesos dinámicos contenidos en los AP correspondientes. La combinación de un relieve topográfico importante en las precipitaciones debidas a corrientes de aire húmedo atlánticos o mediterráneos, o de todos los a la vez, con factores dinámicos vinculados a perturbaciones de nivel superior, hacen muy directa la interpretación física de las relaciones entre los perfiles atmosféricos y pluviales. Centrando la atención en la mayoría de AP torrenciales, el AP 3 favorece los perfiles torrenciales T1 y T2 en la Andalucía occidental; el AP 6 favorece los perfiles T4 y T6 y, en grado menor, los T2 y T5, el AP 12 se proyecta casi exclusivamente en el T5; los AP 13 y AP 14 favorecen, de una manera muy significativa, precipitaciones torrenciales en Murcia, Valencia y en las Islas Baleares a través de T4, T5, T6 i T8; y el AP 15 da T4, T6 y T8 (ver Romero et al. [1998c] para a más detalles.)

   
   
   
   
   
   
   
   
   

Fig. 6. Fig. 6. Composición de los 19 perfiles de circulación atmosférica. La línea continua representa un campo geopotencial a 925 hPa (el intervalo de contorno es de 10 mgp), y la línea discontinua un de 500 hPa (intervalo de contorno de 20 mgp).


Fig. 7. Frecuencia porcentual de los 8 perfiles de precipitación torrencial diaria en los 19 perfiles
de circulación atmosférica para la España mediterránea.


CONCLUSIONES

La aplicación de una APC de modalidad T y de una AC en un banco de datos que contiene las precipitaciones de 410 puntos durante treinta años nos ha permitido deducir un conjunto simplificado de 8 perfiles espaciales que rigen los episodios de precipitaciones torrenciales diarias en la España mediterránea. Un examen visual de estos perfiles confirma que las dimensiones de la región y los sistemas que abrigan de los vientos marítimos --sistemas inducidos por una topografía compleja-- son suficientemente importantes para producir una regionalización clara de las precipitaciones torrenciales. Se han observado distribuciones estaciónales precisas: los perfiles de Andalucía occidental aparecen con una incidencia similar al invierno y al otoño, siendo así que los perfiles orientales tienen una predilección clara para el otoño.

Aplicando una metodología similar, se han obtenido un total de 19 perfiles sinópticos básicos que explican el desarrollo de precipitaciones diarias significativas en la área del Mediterráneo español. Un estudio de la torrencialidad de los perfiles atmosféricos obtenidos revela que hay que, aunque son importantes a la hora de explicar unas precipitaciones significativas, son negligibles a la hora de determinar los episodios de pluviosidad torrencial en la región. Las situaciones que se caracterizan por perturbaciones situadas alrededor de la zona meridional de la Península Ibérica, aunque no sean muy frecuentes, presentan una elevada propensión a desarrollar precipitaciones torrenciales centradas en la franja oriental de la Península Ibérica y de las Baleares.

Los resultados obtenidos pueden ser muy valiosos para elaborar una predicción meteorológica más detallada de la actividad pluvial de la España mediterránea en el contexto de una predicción meteorológica sinópticamente numérica, y como complemento de una resolución de perfiles meso escalares. La confirmación de la variabilidad a largo plazo de las precipitaciones en la región también pueden beneficiarse de estos resultados.


AGRADECIMIENTOS

El Instituto Nacional de Meteorología de España nos ha proporcionado un conjunto de datos sobre precipitaciones y sobre campos meteorológicos ECMWF. Este trabajo ha sido patrocinado por una beca CICYT CLI95-1846.


BIBLIOGRAFIA

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