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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.
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.
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