Número de episodios de precipitación superior a umbrales prefijados

El pasado miércoles 17 de febrero nos ha dejado Antonio Mestre Barceló, Jefe del Área de Climatología y Aplicaciones Operativas de AEMET. Siempre que se nos va alguien cercano nos sentimos un poco huérfanos, pero en el caso de Antonio, la sensación de orfandad para todos los que hemos tenido la suerte de trabajar con él se acentúa, porque a sus sobresalientes cualidades profesionales unía una calidad humana excepcional. Sin duda se nos ha ido un gran hombre en todos los sentidos.

Seguidamente, a modo de pequeño homenaje, transcribo el trabajo en que colaboré con él para el Calendario Meteorológico de 2016. ¡Qué difícil resulta hacerse a la idea de que ya no habrá más trabajos conjuntos!


Número de episodios de precipitación superior a umbrales prefijados 
Antonio Mestre Barceló
César Rodríguez Ballesteros
Área de Climatología y Aplicaciones Operativas (AEMET)


Introducción: Antecedentes y objetivos del trabajo.

El disponer de un análisis de la frecuencia de ocurrencia de precipitaciones acumuladas superiores a un cierto umbral durante un determinado intervalo de tiempo, constituye una información de base muy útil para el análisis de riesgos hidrológicos y en general en todas las tareas relacionadas con la planificación a largo plazo y la ordenación del territorio. 

En una colaboración anterior sobre este tema que fue publicada en el calendario meteorológico de 2015 (AEMET, 2014), se calcularon los períodos de retorno de las precipitaciones acumuladas sobre intervalos de tiempo variables desde 1 a 5 días consecutivos, utilizando para ello los datos más actualizados disponibles en el Banco Nacional de Datos Climáticos de AEMET de un conjunto seleccionado de estaciones principales. En este caso se trabajó con los habituales criterios utilizados en anteriores trabajos de este tipo llevados a cabo en AEMET (INM, 1998; INM 2003 e INM, 2007), llevándose a cabo el cálculo de los periodos de retorno mediante el uso de la aplicación actualmente operativa en el Banco Nacional de Datos Climatológicos de AEMET (López, J.A, 2010). En este trabajo se cubrió un ámbito temporal más amplio que en estudios previos, ajustando a una ley de extremos la población de valores máximos anuales de precipitación diaria y acumulada en varios días consecutivos de la serie histórica de cada estación. Se llevó a cabo así mismo un análisis de la distribución geográfica de los cocientes entre las precipitaciones para un determinado período de retorno para diversos períodos de acumulación superiores al día y el valor del correspondiente período de retorno para 24 horas. El análisis de extremos descrito está basado en la hipótesis de que la población de precipitaciones diarias máximas anuales de la que se parte es homogénea, por lo que para contrastar esta hipótesis se llevó a cabo posteriormente un análisis de tendencias de las series temporales de precipitaciones diarias máximas anuales, en el que no se manifestaron en general tendencias estadísticamente significativas a largo plazo en dichas series (A. Mestre y C. Rodríguez).

En esta colaboración se lleva a cabo un análisis complementario al anteriormente citado utilizando la misma muestra de estaciones, en el que se trabaja no con el valor máximo anual de precipitación sobre un cierto intervalo sino con una variable más robusta, el número anual de eventos de precipitación que, acumulada sobre un determinado número de días consecutivos, supera un umbral prefijado, siguiendo el método de trabajo que se presenta en el siguiente epígrafe. Así mismo se ha llevado a cabo un análisis preliminar acerca de la existencia o no de tendencias temporales en las series de número anual de eventos, sobre una selección de aquellas estaciones incluidas en la muestra de trabajo que tengan mayor longitud. 

Metodología

En este trabajo se han utilizado los datos locales de precipitación diaria, referidos al día pluviométrico (de 07 UTC a 07 UTC), de un conjunto de estaciones principales extraídas del BNDC. Estas estaciones, en total 54, se relacionan en la tabla 1. Se han seleccionado aquellas estaciones principales que disponen de series suficientemente largas. En el caso de que hubiera lagunas en los datos diarios el año correspondiente ha sido excluido del cálculo.

Se han definido 3 eventos representativos de los distintos períodos de acumulación de la precipitación. El primero se cumple cuando la precipitación diaria supera un determinado umbral. Se han seleccionado para este umbral los valores de 10, 20 y 50mm.  El segundo evento se cumple cuando la precipitación acumulada en 3 días consecutivos supera los umbrales antes citados; para ello se generó una ventana de tres días, que se fue moviendo a lo largo de todo el período de dato disponible, contabilizándose el número de ventanas en las que se cumplía la condición establecida. El mismo procedimiento se aplicó a las series de datos para el tercer evento, fijando en este caso la condición de que la precipitación acumulada en 5 días consecutivos fuera superior a un umbral determinado (10mm, 20mm, 50mm).

El análisis de posibles tendencias en las series temporales de número anual de eventos se ha llevado a cabo para los eventos definidos mediante regresión simple. Los resultados obtenidos, tanto del número medio de eventos de cada tipo, como de la pendiente de la recta de regresión expresada en número de eventos/año, en este caso sólo para un subconjunto de los eventos considerados en este trabajo, se presentan en el siguiente epígrafe.

Tabla 1. Estaciones mostradas en las tablas del presente artículo
Provincia
Indicativo
Nombre estación
Altitud (m)
Longitud
Latitud (N)
Completo
Abreviado
 (utilizado en las tablas)
A Coruña
1387
A Coruña
A Coruña
58
08-25-17W
43-21-57
Albacete
8175
Albacete/Los Llanos
Albacete
702
01-51-45W
38-57-06
Alicante
8025
Alicante
Alicante
81
00-29-39W
38-22-21
Almería
6325O
Almería/Aeropuerto
Almería
21
02-21-25W
36-50-47
Araba/Álava
9091O
Foronda-Txokiza
Foronda
513
02-44-06W
42-52-55
Asturias
1249I
Oviedo
Oviedo
336
05-52-27W
43-21-12
Ávila
2444
Ávila
Ávila
1130
04-40-48W
40-39-33
Badajoz
4452
Badajoz/Talavera La Real
Badajoz
185
06-48-50W
38-53-00
Baleares
B228
Palma De Mallorca, Cmt
Palma de Mallorca
3
02-37-31E
39-33-12
Barcelona
0076
Barcelona/Aeropuerto
Barcelona
4
02-04-12E
41-17-34
Bizkaia
1082
Bilbao/Aeropuerto
Bilbao
42
02-54-21W
43-17-53
Burgos
2331
Burgos/Villafría
Burgos
891
03-37-17W
42-21-22
Cáceres
3469A
Cáceres
Cáceres
394
06-20-20W
39-28-17
Cádiz
5973
Cádiz, Obs.
Cádiz
2
06-15-28W
36-29-59
Cantabria
1109
Santander/Parayas
Santander
5
03-49-53W
43-25-45
Castellón
8500A
Castellón-Almazora
Castellón
43
00-04-19W
39-57-26
Ceuta
5000A
Ceuta (Monte Hacho)
Ceuta
200
05-17-32W
35-53-44
Ciudad Real
4121
Ciudad Real
Ciudad Real
628
03-55-13W
38-59-21
Córdoba
5402
Córdoba/Aeropuerto
Córdoba
90
04-50-46W
37-50-39
Cuenca
8096
Cuenca
Cuenca
948
02-07-55W
40-04-02
Gipuzkoa
1024E
San Sebastián, Igueldo
San Sebastián
251
02-02-28W
43-18-23
Girona
0367
Girona/Costa Brava
Girona
143
02-45-48E
41-54-42
Girona
9585
La Molina
La Molina
1703
01-56-22E
42-19-57
Granada
5514
Granada/Base Aérea
Granada
690
03-38-00W
37-08-10
Guadalajara
3168C
Guadalajara-El Serranillo
Guadalajara
639
03-10-24W
40-39-33
Huelva
4642E
Huelva, Ronda Este
Huelva
19
06-54-35W
37-16-48
Huesca
9898
Huesca/Pirineos
Huesca
541
00-19-35W
42-05-00
Jaén
5270B
Jaén
Jaén
580
03-48-32W
37-46-39
La Rioja
9170
Logroño/Agoncillo
Logroño
353
02-19-52W
42-27-08
Las Palmas
C649I
Gran Canaria/Aeropuerto
Gran Canaria
24
15-23-22W
27-55-21
León
2661
León/Virgen Del Camino
León
916
05-39-04W
42-35-18
Lleida
9771C
Lleida
Lleida
185
00-35-53E
41-37-34
Lugo
1505
Lugo/Rozas
Lugo
445
07-27-27W
43-06-41
Madrid
3195
Madrid, Retiro
Madrid
667
03-40-41W
40-24-43
Madrid
2462
Navacerrada
Navacerrada
1894
04-00-38W
40-47-35
Málaga
6155A
Málaga/Aeropuerto
Málaga
5
04-28-56W
36-39-58
Melilla
6000A
Melilla
Melilla
52
02-57-23W
35-16-35
Murcia
7031
Murcia/San Javier
Murcia
4
00-48-12W
37-47-20
Navarra
9263D
Pamplona/Noain
Pamplona
459
01-39-00W
42-46-37
Ourense
1690A
Ourense
Ourense
143
07-51-35W
42-19-31
Palencia
2400E
Palencia-Autilla Pino
Palencia
874
04-36-10W
41-59-44
Pontevedra
1484C
Pontevedra
Pontevedra
108
08-36-57W
42-26-18
Salamanca
2867
Salamanca/Matacán
Salamanca
790
05-29-54W
40-57-34
Santa Cruz D
C449C
Sta. Cruz De Tenerife
Sta. Cruz de Tenerife
35
16-15-19W
28-27-48
Segovia
2465
Segovia
Segovia
1005
04-07-35W
40-56-43
Sevilla
5783
Sevilla/San Pablo
Sevilla
34
05-52-45W
37-25-00
Soria
2030
Soria
Soria
1082
02-28-59W
41-46-30
Tarragona
0016A
Reus/Aeropuerto
Reus
71
01-10-44E
41-08-59
Teruel
8368U
Teruel
Teruel
900
01-07-27W
40-21-02
Toledo
3260B
Toledo
Toledo
515
04-02-43W
39-53-05
Valencia
8416
Valencia
Valencia
11
00-21-59W
39-28-50
Valladolid
2539
Valladolid/Villanubla
Valladolid
846
04-51-20W
41-42-43
Zamora
2614
Zamora
Zamora
656
05-44-07W
41-30-56
Zaragoza
9434
Zaragoza/Aeropuerto
Zaragoza
263
01-00-15W
41-39-38

Resultados

A efectos de visualizar los resultados obtenidos se han generados una serie de mapas (figuras 1, 2 y 3) en los que se presentan para cada una de las estaciones del listado de la tabla I, respectivamente: los valores del número medio anual de días en los que la precipitación supera los umbrales de 10, 20 y 50mm (figura 1), el número medio anual de secuencias de 3 días consecutivos en los que la precipitación acumulada supera los valores anteriormente citados (figura 2) y el número medio anual de secuencias de 5 días consecutivos en los que la precipitación acumulada supera los citados valores umbrales (figura 3).

En el mapa de la figura 1 se aprecia que el número de días de precipitación mayor de 10mm alcanza los valores más elevados en Galicia y en las regiones cantábricas, así como en los observatorios de la muestra  de trabajo ubicados en áreas de alta montaña, con valores máximos absolutos de 56 días en Pontevedra y 52 en San Sebastián. Los valores mínimos, iguales o inferiores a 10 días se presentan en los observatorios de Canarias, del sureste peninsular, del Valle del Ebro y en algunos de Castilla y León y Castilla- La Mancha. Para el umbral de 20mm, el número de días que cumplen esta condición alcanza valores por encima de 20 en Pontevedra y en San Sebastián, superándose el valor de 10 días en los observatorios de Galicia y de las regiones cantábricas, así como en los de montaña. Los valores mínimos, por debajo de 3, se aprecian en este caso en Canarias y en las dos mesetas, mientras en las regiones mediterráneas aumentan de sur a norte desde 2 en Almería hasta 10 en Girona. La distribución geográfica del número de días con precipitación mayor de 50 es ya bastante distinta a la de los anteriores umbrales, con valores máximos, superiores a 2 en los dos observatorios de montaña, así como en Pontevedra y San Sebastián, con el máximo absoluto de 3 en La Molina. El número anual de casos es mayor de 1 en los observatorios de la franja norte mediterránea y en  de Málaga, aumentando desde 1,2 días en Valencia a 1,5 en Girona y Málaga. En todo el interior peninsular las precipitaciones diarias superiores a este umbral son muy poco frecuentes, con valores del número medio anual de días con precipitación superior a 50mm por debajo en general de 0,2.

Figura 1: Número medio anual de días en los que la precipitación supera una serie de umbrales (10, 20 y 50mm)

En relación con el número de secuencias de 3 días con precipitación mayor de una serie de umbrales (figura 2) los valores más elevados para todos los umbrales se observan de nuevo, con clara diferencia respecto al resto de las zonas, en Galicia, regiones Cantábricas y en los observatorios de alta montaña. En el caso del umbral de 10mm se aprecian valores superiores a 100 en todas estas zonas, destacando San Sebastián con una media de 138 secuencias (representando el 38% del número anual de secuencias) y Pontevedra con 130 (36% del número anual de secuencias). Tanto para el umbral de 20mm como para el de 50mm los valores más altos de secuencias anuales se registran en Pontevedra con 87 y 26 respectivamente, seguido de San Sebastián con 82 y 18.

En cuanto a los valores mínimos del número de secuencias, para el umbral de 10mm se observan en los observatorios de Canarias y Almería, con menos de 20 secuencias, mientras que se registran valores entre 20 y 40 en las estaciones de las regiones de Murcia y Valencia, y parte de las Aragón, Castilla y León y Castilla-La Mancha. Para el umbral de 20mm la distribución es análoga al caso anterior, con los valores mínimos del número anual de secuencias, por debajo de 10, en Canarias y Almería, y con valores de entre 10 y 15 secuencias en los observatorios del sureste, Valle del Ebro y parte de los de las dos Castillas. Para el umbral de 50mm los valores del número medio de secuencias están por debajo de 2 en todo el interior peninsular, así como en los observatorios de Almería y Las Palmas, con algunos observatorios de las mesetas por debajo de 1. En cambio se aprecia una clara diferencia respecto al mapa de la figura 1, dado el número relativamente elevado de casos, en general superior a 5, que se registran en las regiones mediterráneas, llegando a 9 en el observatorio de Girona, número superior al que se registra en algunas estaciones de Galicia y de las regiones cantábricas.

Figura 2: Número medio anual de secuencias de 3 días consecutivos en los que la precipitación acumulada supera una serie de umbrales (10, 20 y 50mm)

En relación con la distribución geográfica del número medio anual de secuencias de 5 días con precipitación mayor de una serie de umbrales (figura 3), los resultados obtenidos no son muy distintos a los que se observaban para períodos de acumulación más cortos. Los mayores valores de este número se siguen observando en la franja norte y en los observatorios de alta montaña. Para los umbrales de 10mm y 20mm destaca San Sebastián con una media de 200 casos (55% del número total anual de secuencias) y 136 casos (37% del número total anual de secuencias) respectivamente, mientras que para el umbral de 50mm el número máximo corresponde a Pontevedra con 56 casos (15% del número total anual de secuencias).

Para el umbral de 10mm los valores mínimos anuales, por debajo de 50, se registran en los observatorios canarios y en los del extremo sureste peninsular, con un número ligeramente superior a este valor pero próximo al mismo, en el valle medio del Ebro. Para el umbral de 20mm los valores de número anual de secuencias inferiores a 30 se extienden por los observatorios del sureste peninsular y Valle del Ebro, y por parte de los de Castilla y León y Castilla-La Mancha, así como en Teruel. Para el umbral de 50mm el número anual de secuencias está por debajo de 5 en todo el interior peninsular, salvo Extremadura, así como en Canarias, Almería y Granada, con los valores mínimos, por debajo de 2, en Las Palmas y en diversos observatorios de Castilla y León. En los observatorios del oeste de Andalucía y de la costa catalana se observa un número intermedio de casos, entre 10 y 15 en general.

Figura 3: Número medio anual de secuencias de 5 días consecutivos en los que la precipitación acumulada supera una serie de umbrales (10, 20 y 50mm)


Si se representa geográficamente el cociente entre el número de ocurrencias de precipitaciones diarias superiores a los umbrales extremos de 50 y 10mm (figura 4), se aprecia una clara diferencia entre las distintas zonas, de forma que en los observatorios de las regiones mediterráneas y los canarios este parámetro alcanza los valores más elevados, de 0,08 y 0,1 en general. Ello expresa de forma cuantitativa el mayor peso relativo en estas zonas de los eventos de precipitaciones intensas en relación con la precipitación total anual. Los valores más bajos del parámetro (en algunos observatorios es 0, al no haber ningún casos de precipitación diaria mayor de 50mm en la muestra de estudio) se aprecian en las mesetas, apreciándose valores intermedios de 0,02 a 0,04 en Galicia, regiones cantábricas, centro y oeste de Andalucía y Aragón. 

Figura 4: Cociente entre el número medio anual de días en que la precipitación supera los 50mm y el número de días en que supera los 10mm.

Los resultados que se obtienen del cociente entre el número de secuencias de tres días en que se supera el umbral de 50mm y en las que se superan los 10mm (figura 5), son un tanto distintos al caso anterior con los valores máximos de este cociente en Galicia,  regiones cantábricas, oeste de Andalucía y observatorios de alta  montaña, ya un tanto superiores en promedio a los correspondientes a los observatorios de las regiones mediterráneas. Ello se debe a que en este caso tienen ya bastante peso las situaciones asociadas a los temporales de lluvia atlánticos. Como en el caso anterior los valores mínimos de este cociente se aprecian en las mesetas, en especial en los observatorios de Castilla y León.  

Figura 5: Cociente entre el número medio anual de secuencias de 5 días consecutivos en los que la precipitación acumulada supera 50mm y el número medio anual de días en los que se supera dicho umbral.

Finalmente, a partir de las series de número anual de eventos de cada una de las categorías definidas, se ha llevado a cabo un análisis preliminar de tendencias temporales de estas variables. En este caso para poder comparar mejor los resultados sólo se han utilizado aquellas estaciones que tienen más de 50 años de datos. En los mapas de las figuras 6, 7 y 8 se representan los valores de las pendientes de las rectas de regresión expresadas en variación del número de eventos/año para algunos de los eventos considerados, en concreto número de días con p>10mm, número de secuencias de 3 días con p>20mm y número de secuencias de 5 días con p>50mm. Según se puede apreciar los resultados obtenidos son bastante dispares, y en la mayor parte de los casos las tendencias son muy débiles y poco significativas, con un ligero predominio de las pendientes negativas, especialmente en la precipitación diaria y con el umbral más bajo. El porcentaje de estaciones con tendencias positivas alcanza el valor más alto (45%) para el caso de precipitación en 5 días mayor de 50mm, mientras que es del 41% para precipitación diaria mayor de 10mm, y desciende hasta el 31% para el evento de precipitación mayor de 20mm en 3 días consecutivos.

En cuanto a la distribución espacial de las pendientes, se han obtenido valores de las pendientes positivas para todos los eventos en la estación de A Coruña (ver como ejemplo el gráfico de la figura 9 para precipitación diaria superior a un determinado umbral), así como en algunas estaciones de la mitad norte del litoral mediterráneo y en parte de las de las mesetas. En cambio en los observatorios del sur peninsular se aprecian tendencias negativas en casi todos los casos, que son más acusadas en el suroeste (ver gráfico de la figura 10 para el caso de precipitación diaria en Sevilla). 

Figura 6: Pendiente de la línea de tendencia para la serie de 10mm de precipitación en 1 día en las estaciones con al menos 50 años de datos.

Figura 7: Pendiente de la línea de tendencia para la serie de 20mm de precipitación en episodios de 3 días consecutivos de precipitación en las estaciones con al menos 50 años de datos.

Figura 8: Pendiente de la línea de tendencia para la serie de 20mm de precipitación en episodios de 5 días consecutivos de precipitación en las estaciones con al menos 50 años de datos.

Figura 9: Serie temporal de número de días de precipitación superior a 10, 20 y 50mm en el observatorio de A Coruña.

Figura 10 Serie temporal de número de días de precipitación superior a 10, 20 y 50mm en el observatorio de Sevilla-San Pablo.

Bibliografía 

Instituto Nacional de Meteorología. MIMAM (1998). Las precipitaciones máximas en 24 horas y sus períodos de retorno en España: Un estudio por regiones” 1998.

Instituto Nacional de Meteorología. MIMAM (2007). Estudio sobre precipitaciones máximas diarias y sus períodos de retorno.  CD.

Instituto Nacional de Meteorología. MIMAM (2003). Curvas de Intensidad-Duración .Edita Secretaría General Técnica, Centro de Publicaciones del Ministerio de Medio Ambiente. CD.

J. Antonio. López. “Técnicas estadísticas empleadas en el programa de ajuste de extremos y cálculo de períodos de retorno”. Anexo del documento “Guía de usuario de la Aplicación de Periodos Retorno”, AEMET, 2010.

AEMET (2014). A. Mestre y Cesar Rodríguez. Períodos de retorno para la precipitación acumulada en varios días. Calendario Meteorológico 2015. Series Monografías pp. 305-315. 

A. Mestre y Cesar Rodríguez. Análisis de la frecuencia de ocurrencia de eventos de precipitaciones intensas en España en distintos períodos de acumulación. Presentación oral en el 9º Simposio de Meteorología y Geofísica de la Asociación Portuguesa de Meteorología y Geofísica, Tavira (Portugal), marzo de 2015.

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