El pasado 2021 fue un año de extremos en el que se sucedieron históricas nevadas, intensas tormentas estivales y récords de temperaturas mínimas y máximas absolutas entre otros. Estos eventos no son nuevos pero la frecuencia con la que se repiten algunos de ellos va en aumento y excede a lo que cabría esperar de la mera variabilidad natural. Mención especial ha de hacerse con las temperaturas al ser la variable más afectada por el cambio climático. Tal y como se advierte en el Informe sobre el estado del clima de España 2020 [1], “en un clima más cálido es de esperar que los récords correspondientes a temperaturas altas (récords de calor) sean superiores a los récords de temperaturas bajas (récords de frío). […] Desde 1950 hasta 2020 […] el número real de récords diarios de temperaturas altas es mucho mayor que el que cabría esperar en un clima que no se estuviese calentando, y lo contrario ocurre con el número de récords diarios de temperaturas bajas: es mucho menor que el valor teórico. En la última década, el número de récords de calor es prácticamente once veces superior al de récords de frío. En un clima estable, sin calentamiento, ambos tipos de récord deberían haber tenido un número similar.”
Tanta es la importancia que se le está dando a los extremos climáticos que el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) le dedica un capítulo en su sexto informe [2]. Los gases de efecto invernadero son el factor dominante en el ascenso de los extremos de temperatura. A nivel regional este incremento está modulado por cambios en los patrones de circulación atmosférica, la orografía y realimentaciones que involucran el suelo, la humedad, la evapotranspiración o el hielo entre otros. A nivel local es importante la variabilidad natural en escala de décadas y también han de tenerse en cuenta forzamientos tales como los cambios de uso de suelo, la concentración de aerosoles y la urbanización. Esta última, por ejemplo, ha elevado considerablemente las temperaturas nocturnas.
A nivel global existe robusta evidencia de la disminución del número de noches frías y olas de frío y el aumento del número de noches y días cálidos y de olas de calor. Cada vez es mayor la frecuencia con la que se alcanza el percentil 90 de la climatología y menor con la que se alcanza el percentil 10. En Europa se observa un aumento del número de olas de calor en las franjas mediterránea y central mientras que en el norte se hacen evidentes inviernos cada vez más cálidos hasta el punto de que en la actualidad la probabilidad de sufrir eventos muy fríos es la mitad que si solamente se tuviese en cuenta la variabilidad natural.
Cabe señalar que estos eventos extremos de temperatura no suelen presentarse solos y pueden venir acompañados por otros que los agudizan. Así por ejemplo, los eventos extremadamente fríos suelen llegar tras intensas nevadas y los extremadamente cálidos pueden llevar asociados incendios forestales o la silenciosa y letal sequía.
Examinando la distribución de temperatura y sus posibles cambios
Cuando se estudia la variación de temperaturas acontecida en un punto concreto es muy importante conocer cómo se distribuyen dichas temperaturas. La mera descripción con variables estadísticas tales como la media o la moda resulta insuficiente y puede ocultar un comportamiento mucho más complejo e interesante. Por ejemplo, un aumento de cinco grados en la máxima y una disminución de otros cinco en la mínima son cambios muy profundos y significativos pero dejan la media prácticamente inalterada y pueden llevar a la falsa conclusión de que el clima de ese punto apenas ha cambiado.
La figura 1 ilustra cómo puede variar la distribución de temperaturas en un escenario de calentamiento que, para simplificar, se supone en la forma de una curva gaussiana. [Se recomienda pinchar sobre las imágenes para visualizarlas con más detalle].
- El primer caso es aquel en el cual todas se incrementan el mismo valor: la media y los diferentes percentiles considerados aumentan ese mismo valor, la curva se traslada sin cambiar su forma. Ello se traduce en una disminución de los eventos fríos, un aumento de los cálidos y mayor probabilidad de superación de récords cálidos. El clima se extrema en una sola dirección.
- El segundo caso es el descrito con anterioridad: en la misma medida aumentan la frecuencia de eventos extremos y récords cálidos y fríos de modo que la temperatura media final conserva el mismo valor. En este caso se produce un incremento en la varianza; la curva se estira y se aplana y el clima se extrema en ambas direcciones.
- El tercer caso es una combinación de los dos anteriores: la curva se traslada hacia valores crecientes de temperatura (incremento en la media) a la vez que se estira (incremento en la varianza) lo que se traduce en un aumento de eventos y récords cálidos y pocos cambios en la frecuencia de eventos fríos. El clima se extrema en una sola dirección pero de forma diferente al primer caso.
Cabe preguntarse: ¿Cómo es el comportamiento de las temperaturas en las diferentes localidades de nuestro país? La respuesta dependerá de cada punto pero va a ser parecida en la mayoría de las ciudades seleccionadas: un progresivo aumento de los extremos térmicos y mayor varianza.
Caso particular de Granada
El primer paso consiste en definir qué se considera temperatura extrema. En este artículo se han seleccionado los percentiles 95 y 05 –cálido y frío respectivamente- aunque pueden encontrarse artículos que los establecen en 90/10 o 97/03.
Para el estudio de la evolución de las temperaturas se han tomado los datos del reanálisis ERA5 del programa Copernicus [4] el cual es capaz de simular las condiciones de la atmósfera cada hora desde 1950 hasta el presente con una resolución espacial horizontal de 0.25 grados. El análisis y presentación de la información se resumen en cinco gráficas que se van a describir con detalle para el caso particular de Granada (figura 2). Al final del artículo pueden consultarse otras 21 localidades del país.
La primera gráfica muestra la evolución temporal de la anomalía del percentil 95 (p95) desde 1950 hasta 2021, ambos inclusive. Previamente se calcula el p95 de todos los valores de temperatura comprendidos en el periodo de referencia 1991-2020 que servirá de base para realizar la comparación y analizar la tendencia. A continuación se calcula el p95 de todos los valores de temperatura de cada año y se resta el de referencia obteniéndose la anomalía. Del examen visual se aprecia el paulatino ascenso de la curva indicando que las temperaturas extremas cálidas han ascendido durante el periodo 1950-2021. Más allá de la mera apreciación visual es necesario un análisis estadístico más exhaustivo; de la multitud de tests y pruebas que pueden aplicarse [5] se han escogido dos:
- Recta de regresión: se ofrece el dato de la pendiente m que, en este caso particular, es igual a 0.042 ⁰C cada año o 0.42 ⁰C cada década. Grosso modo se puede inferir que en los 72 años estudiados p95 ha crecido más de tres grados.
- Test de Mann-Kendall: si el coeficiente tau es positivo se considera que la serie es creciente. También se ofrece el estadístico de prueba zs el cual, para un nivel se significancia del 5%, presenta un valor crítico igual a 1.960.
La segunda gráfica muestra la evolución temporal de la anomalía del percentil 05 (p05) desde 1950 hasta 2021, ambos inclusive. El proceder es el mismo que en el caso anterior y también puede deducirse que las temperaturas extremas frías han ascendido durante dicho periodo aunque en menor medida. La tercera gráfica muestra el análisis de la anomalía de temperatura media y también muestra una tendencia ascendente. A priori podría deducirse que la curva de distribución se está estirando puesto que la cola izquierda crece más lentamente que la cola derecha. Sería un caso similar al tercero de la figura 1.
Más interesante es el estudio de la desviación estándar al ser la variable que informa de manera directa si la curva de distribución se está estirando o no. Tanto la recta de regresión como el test de Mann-Kendall indican una ligera tendencia ascendente o, dicho de otra manera, la curva se está estirando. La última gráfica es similar y también informa sobre el estiramiento a través de la diferencia de las colas, p95-p05. Cuanto mayor sea ésta, más extremas serán las temperaturas. La información se ofrece como anomalía con respecto al periodo 1991-2020. La diferencia de interpretación entre estas dos gráficas estriba en que la desviación estándar da información sobre el estiramiento de toda la curva mientras que p95-p05 da cuenta únicamente del estiramiento de las colas.
Si se desea el examen pormenorizado de un año en particular puede acudirse a la figura 3. Superpuesta a la curva de distribución se marcan la región en torno a la media y las áreas de p95 y p05 con un rango de colores similar al de los warming stripes o códigos de barras [6]: tonos azules para anomalías frías y rojos para cálidas. El predominio de los tonos rojos se hace evidente a medida que transcurren los años, es decir, la media y los extremos de la curva se están desplazando hacia valores crecientes de temperatura. Un segundo rango verde-amarillo da cuenta de la anomalía de la diferencia p95-p05. El paso del predominio verde al predominio amarillo da cuenta del leve pero progresivo aumento de la diferencia entre los extremos térmicos.
Un aspecto a tener en cuenta es la resolución espacial horizontal: 0.25⁰x0.25⁰ es una resolución muy buena para un reanálisis pero cada punto en realidad es un cuadrado aproximado de unos 25 km de lado haciendo inevitable cierta suavización de los extremos térmicos. Es probable que las tendencias observadas por el reanálisis puedan estar menos marcadas que en la realidad y que los valores absolutos de los extremos sean más acusados.
Tendencias generales en el país
La figura 4 describe las tendencias del periodo 1950-2021 basándose en la hipótesis de que las rectas de regresión calculadas son una buena descripción de las tendencias reales. Los valores vienen dados en ⁰C/década y para estimar el cambio en todo el periodo ha de multiplicarse por 7.1.
En todos los puntos se registra un progresivo aumento de la temperatura media siendo más marcado en el interior del este peninsular. El ascenso de p95 es acusado en el noreste de la Península con valores en torno a los cinco grados en todo el periodo. El aumento de p05 en general es más suave salvo en áreas de montaña. Como consecuencia, la diferencia entre los extremos máximo y mínimo crece considerablemente en el interior y algo menos en áreas marítimas. En el cuadrante noroccidental y en áreas costeras del sureste la tendencia es opuesta: el ascenso neto de p05 es superior al de p95 y se acortan ligeramente las diferencias entre ambos.
Los diferentes resultados entre la desviación estándar y la diferencia p95-p05 invita a establecer de forma anecdótica una especie de “ley de Hubble para las temperaturas” que se cumple en la mayoría del territorio: puntos de temperatura más distantes entre sí se alejan a mayor velocidad. En efecto, si consideramos todos los puntos de la distribución de una localidad dada, el resultado de la desviación estándar indica que se están alejando de la media. Pero la diferencia entre las colas es más acusada que el valor estándar, es decir, los extremos se alejan mucho más. Este comportamiento es muy claro en el noreste peninsular donde la curva de distribución se está estirando de forma clara en dirección creciente de temperatura.
Pese a que el reanálisis es una modelización de la atmósfera que presenta una resolución limitada, se constata el hecho observado de que existe mayor número de eventos extremos cálidos que de fríos y pone de relieve el valor de esta herramienta para realizar estudios climáticos.
Por último se ofrece una lista de figuras con las variaciones y distribuciones de temperaturas para diferentes localidades.
Este artículo nos lo envía Benito Fuentes López, físico por la Universidad de Granada y meteorólogo en la Agencia Estatal de Meteorología (Aemet). «Mi gran pasión es la divulgación. Me encanta compartir y publicar artículos que no sirven para nada ni ayudarán a nadie pero, quizás, puedan resultar curiosos». Puedes seguir a Benito en twitter a través de su cuenta: @Metbeni
Referencias científicas y más información:
[1] Informe sobre el estado del clima de España 2020, resumen ejecutivo. Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico Agencia Estatal de Meteorología Madrid, 2021. https://doi.org/10.31978/666-21-003-9
[2] IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.
https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/
[3] J. Sillmann, A. S. Daloz, N. Schaller, C. Schwingshackl, Chapter 16 – Extreme weather and climate change, Climate Change (Third Edition), Elsevier, 2021, Pages 359-372. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821575-3.00016-5.
[4] Copernicus Climate Change Service (C3S) (2017): ERA5: Fifth generation of ECMWF atmospheric reanalyses of the global climate . Copernicus Climate Change Service Climate Data Store (CDS).
https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/home
[5] D.F. Aranda, Búsqueda del cambio climático en la temperatura máxima de mayo en 16 estaciones climatológicas del estado de Zacatecas, México. Tecnología y Ciencias del Agua, vol. VI, núm. 3, mayo-junio de 2015.
http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2007-24222015000300010
[6] #ShowYourStripes https://showyourstripes.info/s/globe
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