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Generación de escenarios regionalizados de cambio climático

Los escenarios climáticos regionalizados sirven como referencia para elaborar estudios de impacto y vulnerabilidad específicos y valorar las necesidades de adaptación al cambio climático en diversos sectores y sistemas ecológicos, económicos y sociales. AEMET genera y suministra estimaciones cualitativas y cuantitativas de los cambios esperados en el clima sobre nuestro país acompañado de sus incertidumbres. Estas estimaciones se actualizan continuamente basándose en los más recientes avances científicos.

 

 

Los escenarios climáticos constituyen estimaciones de los posibles rasgos futuros del clima. Muchos análisis de impactos, vulnerabilidad y de evaluación de riesgos futuros del cambio climático se basan en modelos de impacto que requieren escenarios cuantitativos de datos climáticos  a una resolución espacial y temporal adecuada. Para construir los escenarios a mayor resolución sobre una zona concreta, se parte de modelos climáticos globales que son adaptados a las características propias de nuestro país. Para ello se aplican técnicas de reducción de escala o downscaling,  que permiten incorporar las características fisiográficas regionales (topografía, vegetación, línea de costa, etcétera).

Proyecciones climáticas en el siglo XXI para la Comunidad de Madrid
Proyecciones climáticas en el siglo XXI para la Comunidad de Madrid

La obtención de proyecciones o escenarios regionales de cambio climático está sujeta a una serie de fuentes de incertidumbre que afectan a todos los pasos del proceso de su generación, entre ellas cabe destacar las asociadas al establecimiento de los escenarios alternativos de posibles evoluciones en las emisiones de gases de efecto invernadero y aerosoles, las asociadas a los modelos globales de circulación general, y las debidas a los propios métodos de regionalización. El marco natural para evaluar las incertidumbres asociadas a las proyecciones de cambio climático es la aproximación probabilística, en la que se explora un conjunto representativo de métodos de regionalización, modelos globales, emisiones de gases de efecto invernadero, etc. Este conjunto de métodos, modelos y emisiones define un conjunto de miembros o ensemble que permiten realizar una exploración de las distintas incertidumbres.

El Plan Nacional de Adaptación al Cambio Climático (PNACC) identifica a AEMET como la unidad responsable de la coordinación de los trabajos para la generación de escenarios climáticos regionalizados para la geografía española. Los trabajos encomendados a AEMET en el marco del PNACC pretenden obtener:

  • Una descripción cualitativa y cuantitativa de los cambios que se esperan en el clima durante el siglo XXI
  • Las incertidumbres asociadas a las proyecciones de cambio climático, su evaluación y su acotación.

Las actividades que se llevan a cabo en AEMET con recursos propios son de dos tipos. Por un lado, se adaptan, explotan y ponen a disposición de los diferentes usuarios distintos métodos de regionalización de las salidas de modelos globales acoplados océano-atmósfera más actuales. Por otro, se busca contribuir al desarrollo teórico en este campo, mediante la participación en proyectos nacionales e internacionales.

Cambio en la temperatura máxima en verano
Cambio en la temperatura máxima en verano

 

Regionalización con métodos estadísticos

Uno de los  proyectos actuales de AEMET consiste en la generación de escenarios regionalizados para España a partir de la información de los modelos globales utilizados en el 4º Informe de evaluación del IPCC (Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático), AR4 así como de otros proyectos internacionales recientes (p.ej. ENSEMBLES).  Se han recogido y archivado los datos diarios de los modelos globales utilizados en el AR4, se han mejorado las técnicas de regionalización estadística basados en los métodos de análogos y de regresión, y se están aplicando para obtener escenarios basados en esta metodologías de reducción de escala.

 

La figura superior muestra el valor medio del cambio en las temperaturas máximas esperado a finales del siglo XXI con respecto al periodo 1961-2000 en un escenario de emisiones intermedio (SRESA1B). Estas estimaciones y su incertidumbre (2 veces la desviación estándar, figura inferior) se han  obtenido aplicando un método de análogos sinópticos a las salidas diarias de un conjunto de modelos globales (AR4 y proyecto FP6 ENSEMBLES). En este método, los campos del reanálisis del Servicio Meteorológico Norteamericano, NCEP, se han utilizado para la búsqueda de análogos y predictores.  Como observaciones de referencia se han considerado los datos climatológicos diarios de temperatura/precipitación de 374/2324 estaciones  de la red de AEMET sometidos previamente a controles de calidad y chequeos de homogeneidad.

Incertidumbre del cambio de temperatura máxima en verano
Incertidumbre del cambio de temperatura máxima en verano

Generación de escenarios de cambio climático a partir de proyecciones climáticas de modelos regionales

Por otro lado, AEMET explota los resultados de investigación existentes sobre regionalización por métodos dinámicos para la mejora de los servicios de información sobre proyecciones de clima futuro.  Estos métodos  son complejos desde el punto de vista científico, y muy costosos en términos de recursos de computación. Asimismo, las salidas de varios modelos de área limitada conducidos por modelos globales distintos y bajo diferentes escenarios de emisión suministran una valiosa información para intentar comprender y acotar las incertidumbres.

Uno de los proyectos internacionales más relevantes en este ámbito ha sido el proyecto de investigación  del 6º Programa Marco de la Unión Europea, ENSEMBLES, en el que AEMET ha participado. Las salidas diarias de los modelos climáticos regionales, forzados por varios modelos globales, que participaron en ENSEMBLES, han sido post-procesados en AEMET. Ello ha permitido analizar los cambios en los valores climatológicos medios y extremos de la temperatura y precipitación. Entre ellos,  los que se pueden esperar en la frecuencia y severidad de los eventos extremos climáticos a través de las tendencias de una serie de índices de extremos, tales como el nº de días cálidos, nº de noches cálidas, frecuencia de olas de calor, días de precipitación, nº de días secos consecutivos etc.

La figura muestra la distribución geográfica en la península Ibérica y Baleares de la tendencia del nº de noches cálidas a lo largo del siglo XXI previsto por la media del conjunto de las salidas de los modelos regionales de ENSEMBLES. En este estudio se define noche cálida como aquella en la que la temperatura es superior al percentil 90 de la temperatura mínima diaria del periodo 1961-1990. Según estos resultados, el mayor aumento de noches cálidas se produciría en la zona mediterránea y sur de Andalucía .

Cambios en los eventos extremos climáticos
Cambios en los eventos extremos climáticos

 

Simulaciones con el modelo climático regional RCA

El proyecto de regionalización dinámica de modelos climáticos globales de AEMET está basado en el modelo climático regional RCA, desarrollado por el Centro Rossby de modelización climática (Suecia), con el que se colabora desde hace varios años. El modelo RCA es la versión climática del modelo numérico de predicción meteorológica HIRLAM, operativo en   AEMET. El modelo HIRLAM es desarrollado por un Consorcio europeo de Servicios Meteorológicos Nacionales en el que participa AEMET desde comienzos de los años 90.

Precipitación media anual en el periodo 1989-2004: modelo RCA
Precipitación media anual en el periodo 1989-2004: modelo RCA
Precipitación media anual en el periodo 1989-2004 : reanálisis ERA-interim
Precipitación media anual en el periodo 1989-2004 : reanálisis ERA-interim

 

La principal diferencia entre los modelos HIRLAM y RCA, válidos para las aplicaciones de Predicción Numérica del Tiempo (PNT) y clima, se refiere al conjunto de parametrizaciones físicas utilizado. Un modelo climático no puede ser corregido regularmente por un sistema de asimilación de datos y debe ser más consistente respecto al mantenimiento de los balances de agua y energía, así como a la representación de procesos climáticos más lentos que son menos importantes en las escalas en las que trabaja la PNT.

El modelo RCA se integra en AEMET para generar regionalizaciones de los modelos globales de alrededor de 20km de resolución horizontal.

 

Habitualmente, los modelos climáticos se evalúan en periodos de referencia en los que se dispone de registros de observaciones instrumentales. Las figuras superiores muestran el mayor detalle en el campo de la precipitación que se obtiene con las simulaciones del modelo RCA al realizar un downscalingdel más reciente reanálisis del Centro Europeo de Predicción a Plazo Medio (CEPPM),  denominado ERA-interim. La figura muestra la precipitación anual acumulada promedio en el mismo periodo en una rejilla de la misma resolución que la de la simulación del RCA, obtenida a partir de un conjunto de datos de más de 2000 estaciones pluviométricas que han sido controlados en su calidad y homogeneizados previamente, en el marco de la colaboración entre AEMET y la Universidad de Cantabria (Spain02).

Precipitación media anual en el periodo 1989-2004: referencia observacional
Precipitación media anual en el periodo 1989-2004: referencia observacional

Modelo del Sistema Tierra EC-Earth

AEMET contribuye a la producción de proyecciones climáticas para la elaboración del próximo informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático (IPCC), mediante la realización de integraciones del modelo del Sistema Tierra, EC-Earth. El modelo EC-Earth participa en el 5º Proyecto de Intercomparación de modelos acoplados, CMIP5, con predicciones  a escalas decadal y secular.

Logo de EC-Earth
Logo de EC-Earth

 

EC-Earth es un modelo climático global extendido en el que, al modelo acoplado de circulación general océano- atmósfera se incorporan módulos de hielos marinos,  química atmosférica, vegetación interactiva? que representan y simulan las complejas interacciones biogeoquímicas en el sistema climático.  EC-Earth se está construyendo sobre un concepto de modelo "sin costuras", válido para la predicción en todas las escalas temporales y basado en el sistema de predicción estacional del CEPPM.

Los esfuerzos necesarios para llevar a cabo estas tareas son multidisciplinares y necesitan de la colaboración científica a nivel internacional, debido a su tamaño y dificultad. Asimismo, requieren recursos muy importantes de supercomputación y archivo disponibles en muy pocos centros. EC-Earth está siendo desarrollado por un Consorcio europeo formado por 11 Servicios Meteorológicos Nacionales, entre los que se encuentra AEMET, en colaboración con otras instituciones españolas y europeas.

Colaboración con grupos españoles: generación de escenarios oceánicos

Los trabajos realizados en el campo de la investigación climática por los grupos de investigación nacionales se considera de gran interés y complementaria a los esfuerzos que realiza AEMET con sus recursos. En el año 2006, un grupo de expertos que representan las líneas de investigación en España sobre las bases físicas del cambio climático preparó un "Programa Coordinado para Generación de Escenarios Regionalizados de Cambio Climático". En este documento, se señalan varias líneas de trabajo para la participación coordinada de una gran mayoría de los grupos de investigación especializados de nuestro país. Algunas de estas líneas de investigación están siendo financiadas a través de la Convocatoria del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino de Ayudas I+D+i relacionadas con la Acción Estratégica de Energía y Cambio Climático, dentro del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica.

Una de las líneas de investigación identificadas en el "Programa Coordinado para Generación de Escenarios Regionalizados de Cambio Climático" es la referente a la generación de escenarios regionalizados oceánicos. AEMET y el  Organismo Público Puertos del Estado  decidieron intensificar en el año 2009 la colaboración que mantienen desde hace años y extenderla a la elaboración de escenarios de oleaje, residuos del nivel del mar, corrientes y salinidad en el Mediterráneo y  las zonas atlánticas próximas a nuestro país.

Campo de salinidad en el periodo enero-septiembre 1990 (colaboración entre Puertos del Estado y AEMET)
Campo de salinidad en el periodo enero-septiembre 1990 (colaboración entre Puertos del Estado y AEMET)

En esta colaboración AEMET aporta la componente de forzamientos atmosféricos en alta resolución y financiación económica para la realización del proyecto. El Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados, IMEDEA, así como otras instituciones oceanográficas internacionales de prestigio participan también como terceras partes. La figura muestra uno de los primeros resultados de esta colaboración, las simulaciones del modelo oceánico NEMO forzado con las salidas del modelo climático RCA en un periodo de referencia.

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