|
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.
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
|
