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Evaluación de modelos climáticos

La evaluación del comportamiento de los modelos climáticos en periodos instrumentales permite, entre otras cosas, progresar en la acotación de las incertidumbres de las proyecciones de clima futuro que se obtienen con ellos. AEMET evalúa los modelos climáticos utilizados para la generación de los escenarios de cambio climático desde diferentes perspectivas.

 

 

Los modelos climáticos son herramientas esenciales para el estudio y avance en la comprensión y predicción de la variabilidad climática y el cambio climático natural y de origen antropogénico. Sin embargo, al ser representaciones simplificadas de los procesos físico-químicos que rigen la evolución del sistema climático, sus resultados están sujetos a errores sistemáticos que, en muchos casos, son de magnitud similar a los cambios que se producen en el clima  y que se quieren simular.

Su evaluación en los periodos de referencia en los que se dispone de observaciones instrumentales resulta prioritaria para comprender y corregir sus deficiencias. Los resultados de  la evaluación de los distintos modelos son también fundamentales en una aproximación probabilística de la predicción de clima futuro, en la que se utiliza un  ensemble  o conjunto de diferentes predicciones climáticas para abordar las incertidumbres de diferente naturaleza asociadas a las mismas.  El objetivo que se persigue en AEMET, es utilizar la información obtenida en la evaluación para ponderar y combinar los diferentes miembros en una predicción por conjuntos.

Ciclo anual de la precipitación
Ciclo anual de la precipitación
Evaluación del ciclo anual de la precipitación simulado por los diferentes modelos climáticos
Evaluación del ciclo anual de la precipitación simulado por los diferentes modelos climáticos

 

 

 

En AEMET se trabaja en la evaluación de los modelos climáticos utilizados para la generación de escenarios de cambio climático regionalizados con diferentes metodologías que buscan caracterizar la habilidad de los modelos para simular determinados aspectos climáticos. Con objeto de obtener una estimación cuantitativa se utilizan diferentes métricas, dependiendo del aspecto que se pretende validar. No es una cuestión obvia discriminar los modelos "buenos" de los "malos" para asignar una credibilidad a las proyecciones climáticas en las escalas seculares.

La figura muestra el ranking de una serie de modelos globales respecto a su  habilidad para reproducir el ciclo anual de la precipitación sobre la península Ibérica, según un código de colores tercílico (verde/rojo representando los mejores/peores modelos).  En  este caso, la métrica utilizada es el coeficiente de correlación con los datos observacionales en rejilla generados por la Climate Research Unit (CRU), de la Universidad de East Anglia.

Simulación de la temperatura y la precipitación

La primera y más inmediata evaluación de un modelo climático se refiere a la precipitación y temperatura en superficie, al tratarse de las variables climáticas que normalmente se utilizan para definir el clima de una determinada región o localidad.

Uno de los proyectos de AEMET en este ámbito consiste en la evaluación sobre la península Ibérica de las salidas directas de precipitación y temperatura de los modelos del proyecto de intercomparación CMIP3 que contribuyeron al Cuarto Informe de Evaluación (AR4) del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático (IPCC).

Precipitación media anual en el periodo 1980-1999
Precipitación media anual en el periodo 1980-1999
La figura muestra los mapas de la precipitación anual (mm) promediada en 20 años (1980-1999) sobre la península Ibérica a partir de los datos observacionales en rejilla del CRU, los datos de los reanálisis del ERA-40, y  del Servicio Meteorológico Norteamericano, NCEP-NCAR, así como por la simulada por cada uno de los modelos participantes en el CMIP3 y el modelo medio.
Evaluación de aspectos físicos de los modelos climáticos
Evaluación de aspectos físicos de los modelos climáticos

 

Representación de los procesos físicos

La representación de las interacciones entre la atmósfera y la superficie del suelo es, en gran medida, responsable de la simulación realista por los modelos de la temperatura en superficie y de la precipitación. Las diferentes formulaciones de las parametrizaciones físicas, que tienen en  cuenta estos procesos entre las componentes del sistema climático en los modelos, constituyen una parte importante de las incertidumbres asociadas a las proyecciones de los modelos climáticos.

Uno de los proyectos que se están llevando a cabo en AEMET consiste en la evaluación de los procesos físicos que intervienen en los balances superficiales de agua y energía en los modelos utilizados para la generación de escenarios regionalizados de cambio climático, entre ellos los modelos climáticos regionales que participaron en el proyecto de 6º Programa Marco de la Unión Europea, ENSEMBLES.

La figura muestra la relación entre el flujo neto de onda larga superficial y la amplitud diurna de la temperatura en un periodo de referencia (1991-2000) para los meses de julio y noviembre en el reanálisis del CEPPM (ERA-40), y en uno de los modelos participantes del proyecto ENSEMBLES.

Modos de variabilidad en los modelos climáticos

Los modos de variabilidad determinan las condiciones climáticas locales, y su probable cambio podrá tener implicaciones importantes en los cambios de clima futuro. A modo de ejemplo, los periodos húmedos invernales en la zona occidental de la Península Ibérica están frecuentemente asociados a valores negativos del índice de la Oscilación del Atlántico Norte.

AEMET lleva a cabo estudios para analizar la capacidad de las simulaciones de los modelos utilizados en el AR4, para simular los principales modos de variabilidad climática sobre la región Euro-Atlántica, como son: la Oscilación del Atlántico Norte, NAO, el modo Escandinavo, SCAND, la Oscilación Este-Atlántica, EA, y el modo Atlántico Oriental/Rusia Occidental, EA/WR.  Los modos obtenidos con los campos diarios de presión a nivel del mar en el periodo 1980-1999 del reanálisis ERA-40 del Centro Europeo de Predicción a Medio Plazo se utilizan como referencia.  Los modelos del AR4 evaluados son capaces de reproducir los principales aspectos espaciales de los modos de variabilidad invernales, si bien algunos presentan mayor correlación y reproducen mejor sus características que otros. La figura muestra el modo de la NAO obtenido a partir del reanálisis ERA-40.

Oscilación del Atlántico Norte
Oscilación del Atlántico Norte

Simulación de los Tipos de circulación

Existe un número creciente de estudios que tratan de relacionar las tendencias climáticas y  la variabilidad de la circulación atmosférica en escalas de tiempo sinópticas. Entre otros motivos, porque los regímenes de circulación a escala de tiempo sinóptica están ligados a la ocurrencia de sucesos extremos.

AEMET realiza estudios para analizar la forma y el grado en  que los modelos que utiliza para generar escenarios regionalizados de cambio climático son aquellos que mejor reproducen los Tipos de Circulación (TC), en concreto, la identificación de la posición e intensidad de los centros de presión, la frecuencia relativa de los tipos de flujo medio zonales y meridionales,  las transiciones entre diferentes tipos de circulación etc.  El reanálisis ERA-40 se utiliza como referencia observacional. En este trabajo ha sido muy útil la participación de AEMET en la Acción COST733 cuyo objetivo ha consistido en la búsqueda de un método numérico de evaluación, comparación y clasificación de Tipos de Circulación, escalable a cualquier región europea y de uso en distintas aplicaciones.

 

 

La figura muestra un diagrama de cajas de las frecuencias expresadas en porcentaje de los 8 Tipos de Circulación (TC) del invierno de los modelos del AR4 para uno de los esquemas de clasificación utilizados (k-medias). Las barras horizontales inferiores (superiores) indican los valores mínimos (máximos). Los  extremos inferiores (superiores) de las cajas señalan el primer (tercer) cuartil y el segmento central la mediana. La frecuencias para el reanálisis ERA40 vienen representadas por el círculo rojo. Todos los modelos sobrestiman las frecuencias de ocurrencia del Tipo de Circulación TC4, ligado a flujo del oeste sobre el continente con altas presiones sobre Canarias y bajas presiones sobre Irlanda predominando la subestimación de las frecuencias de los Tipos de Circulación, siendo más acusada en el tipo TC7, ligado a circulación meridional.

Evaluación de los tipos de circulación simulados por los modelos climáticos
Evaluación de los tipos de circulación simulados por los modelos climáticos
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