Sumario:
Física de la Tierra
Servicio de Publicaciones de la Universidad Complutense de Madrid
Volumen 21 (2009) ISSN: 0214-4557
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AVANCES RECIENTES EN METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA / RECENT ADVANCES IN METEOROLOGY AND CLIMATOLOGY
Editores: ENCARNA SERRANO y CARLOS YAGÜE
Sumario / Contents
7-11. Prólogo - Dedicatoria a la Profesora Elvira Zurita García
SERRANO MENDOZA, Encarna | YAGÜE ANGUÍS, Carlos
Artículos
UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 13-26
CIBA2008, an experimental campaign on the atmospheric boundary layer: preliminary nocturnal results - CIBA2008, una campaña experimental de la capa límite atmosférica: resultados nocturnos preliminares
YAGÜE, Carlos | SASTRE, Mariano | MAQUEDA, Gregorio | VIANA, Samuel | RAMOS, David | VINDEL, José Mª | MORALES, Gema
Palabras Clave: Nocturnal boundary layer ; Field campaign ; Turbulent parameters ; Intermittent mixing ; Coherent structures ; Particle concentration
Capa límite nocturna ; Campaña experimental ; Parámetros turbulentos ; Mezcla intermitente ; Estructuras coherentes ; Concentración de partículas
Resumen: An Atmospheric Boundary Layer campaign was developed in Spain during June 2008 at the CIBA (Research Centre for the Lower Atmosphere) site which is placed on a fairly homogeneous terrain in the centre of an extensive plateau (41º49’ N, 4º56’ W). Different instrumentation at several levels was available on a new 10m meteorological mast, including temperature and humidity sensors, wind vanes and cup anemometers, as well as one sonic anemometer. Besides, two quartzbased microbarometers were installed at 50 and 100m on the main permanent 100m tower placed at CIBA. Three additional microbarometers were deployed on the surface on a triangular array of approximately 200 m side, and a tethered balloon was used in order to record vertical profiles of temperature, wind and humidity up to 1000m. Finally, a GRIMM particle monitor (MODEL 365), which can be used to continuously measure every six seconds simultaneously the PM10, PM2.5 and PM1 values, was deployed at 1.5m. This work will show some preliminary results from the campaign CIBA2008, analysing the main physical processes present in the atmospheric Nocturnal Boundary Layer (NBL), the different stability periods observed and the corresponding turbulent parameters, as well as the coherent structures detected. The pressure perturbations measured from the surface and tower levels make possible to study the main wave parameters from wavelet transform, and compare the structures detected by the microbarometers with those detected in the wind and particles records.
Durante junio de 2008 se desarrolló una campaña de medidas en la Capa Límite Atmosférica en el CIBA (Centro de Investigaciones de la Baja Atmósfera), que se encuentra sobre un extenso páramo de la meseta norte (41º49’ N, 4º56’ W) de características de terreno homogéneo. Se ha dispuesto de instrumentación sobre una nueva torre meteorológica de 10 m, que incluye en varios niveles sensores de temperatura y humedad, anemómetros de cazoletas y veletas, así como un anemómetro sónico. Se disponía de dos microbarómetros con tecnología de cuarzo en los niveles de 50 y 100m sobre la torre principal (100 m) del CIBA. Además, tres microbarómetros adicionales se situaron en una disposición triangular de unos 200 m de lado en la superficie. Por otra parte, se utilizó un globo cautivo para la determinación de perfiles verticales de temperatura, viento y humedad hasta 1000 m de altura. Finalmente, un monitor de partículas GRIMM (MODELO 365), que permite la medida simultánea y continua de PM10, PM2.5 y PM1 cada 6 segundos, se instaló a 1.5m del suelo. Este trabajo mostrará algunos resultados preliminares de la campaña CIBA2008, analizando los principales procesos físicos presentes en la Capa Límite Nocturna (NBL), los diferentes periodos de estabilidad observados y los correspondientes parámetros turbulentos, así como las estructuras coherentes detectadas. Las perturbaciones de presión medidas en los diferentes microbarómetros permiten estudiar los principales parámetros ondulatorios a través de transformadas wavelet, y comparar dichas estructuras con las detectadas en los registros de viento y de partículas.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 27-39
Evolution and behaviour of the stratospheric and surface ozone in the southwest of Iberian Peninsula (El Arenosillo) - Evolución y comportamiento del ozono estratosférico y superficial en el sudoeste de la Península Ibérica (El Arenosillo)
ADAME, José Antonio | VILAPLANA, José Manuel | DE LA MORENA, Benito
Palabras Clave: Surface ozone ; Total ozone content ; Dobson units ; Sea-land breeze ; Air pollution ; Photochemical pollution ; Brewer spectroradiometer ; Dobson spectrophotometer ; El Arenosillo
Ozono superficial ; Contenido total de ozono ; Unidades Dobson ; Brisa costera ; Contaminación atmosférica ; Contaminación fotoquímica ; Espectrorradiómetro Brewer ; Espectrofotómetro Dobson ; El Arenosillo
Resumen: Atmospheric Sounding Station (ESAt) El Arenosillo is an International Reference Centre dedicated to the observation and analysis of various atmospheric parameters such as surface ozone and precursors, aerosols in situ and in column, stratospheric ozone and solar radiation, and various ionospheric parameters. In this paper the monthly and daily evolution is analysed, with a marked hourly cycle with higher levels in the central hours and in summer months. The surface ozone dynamics is strongly conditioned for the orography (coastal site), atmospheric conditions and sources of ozone precursors. Under mesoscale processes of air masses, surface ozone episodes are recorded with daily maximum up 160 g m-3. Total ozone content (TOC) measurements at El Arenosillo show a marked seasonality, with maximum peaks in spring, minimum values in autumn and yearly mean around 315 Dobson Units. Based on the observations, it has been determined that a marked TOC depletion can be observed during the 80s, stabilizing gradually in the decade of the 90s to get nowadays a positive trend towards the recovery of the ozone layer.
La Estación de Sondeos Atmosféricos (ESAt) El Arenosillo es un Observatorio de Referencia Internacional dedicado a la observación y análisis de parámetros atmosféricos diversos, como el ozono superficial y precursores, aerosoles in situ y en columna, ozono estratosférico y radiación solar, y diversos parámetros ionosféricos. En este trabajo se analiza la evolución mensual y diaria con un claro ciclo con máximos en verano y en las horas centrales del día. La dinámica del ozono superficial está fuertemente condicionada por la orografía, las condiciones atmosféricas y las fuentes de precursores. Bajo situaciones de mesoescala se registran episodios de ozono con valores máximos diarios por encima de los 160 μg m-3. Las medidas del contenido total de ozono (TOC) sobre El Arenosillo muestran un marcado carácter estacional, con valores máximos en primavera y mínimos en otoño y en valor promedio, alrededor de 315 Unidades Dobson. Se ha determinado, en base a las observaciones, que durante la década de los 80 se puede observar una acentuada tendencia a la disminución del TOC, estabilizándose paulatinamente durante la década de los 90, para finalmente poder hablar de una tendencia a la recuperación de la capa de ozono en nuestros días.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 41-49
Study of atmospheric pollution by particulated matter in Madrid (I): source apportionment - Estudio de la contaminación por partículas atmosféricas en Madrid (I): contribución de fuentes
ARTÍÑANO, Begoña | SALVADOR, Pedro | PUJADAS, Manuel
Palabras Clave: Aerosol ; PM10 ; PM2.5 ; Source apportionment ; Factor analysis
Aerosoles ; PM10 ; PM2.5 ; Contribución de fuentes ; Análisis factorial
Resumen: This study is divided into two works included in this issue. They tackle the characterization of different properties and aspects related to the atmospheric aerosol. Both share the same geographical domain, which is the Madrid area. The first one addresses the identification of the main sources of this type of pollution, based on receptor models that use the chemical composition and the typical profile of each source. For that, the chemical composition of the two size fractions PM10 and PM2.5, of great interest form the air quality point of view, has been characterized at three different sites. The main sources and their contribution to aerosol mass have been identified by applying a factor analysis followed by a multilinear regression analysis. The main sources of the atmospheric aerosol inhaled in Madrid are: traffic, crustal material, marine aerosol, a secondary inorganic background and in any particular case, some industrial source besides the biomass burning from forest wild fires. The second part of this study (Pujadas et al., 2009) is focused on the characterization of aerosol transport and transformation processes through the utilization of continuous monitoring techniques of some of its physical-chemical properties.
Este estudio se presenta dividido en dos trabajos incluidos en este mismo número, en los que se aborda la caracterización de distintas propiedades y aspectos relacionados con el aerosol atmosférico. Ambos tienen en común un mismo ámbito geográfico que es el área de Madrid. En el primero de ellos que se presenta a continuación, se aborda el tema de la identificación de las principales fuentes que generan este tipo de contaminación, sobre la base de los modelos de receptor que utilizan la composición química y el perfil típico de cada fuente. Para ello se ha caracterizado la composición química de dos fracciones de tamaño denominadas PM10 y PM2.5 de gran interés en temas de calidad del aire, y en tres diferentes entornos, identificando mediante un análisis factorial seguido de una regresión multilineal, las principales fuentes en ambas fracciones y su contribución a la masa del aerosol. Las fuentes mayoritarias del aerosol atmosférico que se respira en Madrid son el tráfico, la materia crustal o mineral, el aerosol marino, un fondo remanente de aerosol secundario, originado a partir de gases precursores y, en algún caso particular, alguna fuente procedente de actividades industriales además de la quema de biomasa producida en incendios forestales que han tenido lugar durante el estudio. La segunda parte del mismo (Pujadas et al., 2009) está enfocada a la caracterización de los procesos de transporte y transformación del aerosol mediante la utilización de técnicas de monitorización en continuo de algunas de sus propiedades físico-químicas.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 51-63
Study of atmospheric pollution by particulated matter in Madrid (II): transformation and transport processes - Estudio de la contaminación por partículas atmosféricas en Madrid (II): procesos de transformación y transporte
PUJADAS, Manuel | PLAZA, Javier | GÓMEZ-MORENO, Francisco Javier | MOLERO, Francisco | ARTÍÑANO, Begoña
Palabras Clave: Aerosol ; Physico-chemical transformation ; Number size distribution ; Aerosol vertical profile ; Lidar
Aerosoles ; Transformación físico-química ; Distribución por tamaños ; Perfiles verticales ; Lidar
Resumen: The second part of this work dedicated to the atmospheric pollution by particles in Madrid has been devoted to the experimental characterization of aerosol transport and transformation processes by using continuous measuring techniques of some of its physico-chemical characteristics. In this part the interest has been focussed on studying the temporal evolution of certain major components of aerosol (carbonaceous and nitrate content) as well as its number size distribution, trying to establish the relation between both processes when they are analysed in parallel and in real time. Many of the registered changes do not take place due to the transformation of particles and gaseous precursors in urban air but as a result of air masses advection with different aerosol content. The use of active remote sensing techniques like Lidar has allowed studying the spatial and temporal evolution of the transport processes, especially those cases related to long-range phenomena. The future implications of this experimental strategy are also discussed.
En la segunda parte de este trabajo dedicado al estudio de la contaminación por partículas atmosféricas en Madrid se aborda la caracterización experimental de los procesos de transporte y transformación del aerosol mediante la utilización de técnicas de medida en continuo de algunas de sus propiedades físico-químicas. En esta parte el interés se ha centrado en estudiar la evolución temporal de alguno de sus componentes mayoritarios (aerosol orgánico y nitrato) así como su distribución por tamaños, y en intentar establecer los vínculos entre ambos procesos al analizarlos en paralelo y en tiempo real. En muchas ocasiones los cambios registrados no se producen por la transformación de las partículas y gases existentes en el aire urbano sino como consecuencia de la llegada de masas de aire con otro tipo de aerosoles. Estos fenómenos de transporte y en especial los procesos de larga distancia se han podido estudiar mediante el uso de técnicas de teledetección activa como el Lidar, cuya aportación de cara al futuro también es comentada.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 65-78
Application of a method for combining measured data and modelling results in air quality assessment in Spain - Aplicación de un método de combinación de medidas y resultados de modelos en la evaluación de la calidad del aire en España
MARTÍN, Fernando | PALOMINO, Inmaculada | VIVANCO, Marta G.
Palabras Clave: Air quality ; PM10 ; CHIMERE model ; Kriging ; Linear regression
Calidad del aire ; PM10 ; Modelo CHIMERE ; Kriging ; Regresión lineal
Resumen: The use of a method to combine air pollution measurements and CHIMERE model data is presented. This method is to response to the European and Spanish regulatory requirements to provide reliable information about the air quality in Spain. The method consists of using linear regression and kriging interpolation to correct the model results improving the fit to the observations. It was separately applied to the rural and urban air pollution yielding maps for each case, which then were combined by taking into account the distribution of rural and urban areas in the domain. The results for the annual mean of PM10 for 2004 in Spain are shown and discussed
Se presenta la aplicación de un método para combinar las mediciones y los resultados de concentraciones de contaminantes atmosféricos obtenidos con el modelo CHIMERE. Este método tiene por objeto proporcionar información más realista de la calidad del aire en España en respuesta a los requerimientos de la legislación nacional y europea. El método consiste en utilizar técnicas de regresión lineal e interpolación kriging para corregir los resultados del modelo ajustándose mejor a las mediciones. Se aplica de forma separada a la contaminación rural y urbana obteniendo mapas para cada caso, para luego combinarlos según el grado en que cada zona del territorio puede considerarse rural o urbana. Se muestran y discuten los resultados obtenidos para la media anual de PM10 en España para 2004.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 79-91
Diurnal surface wind variations over complex terrain - Variaciones diarias del viento en superficie en terreno complejo
JIMÉNEZ, Pedro A. | MONTÁVEZ, Juan P. | GARCÍA-BUSTAMANTE, Elena | NAVARRO, Jorge | GUTIÉRREZ, Jose M. | LUCIO-ECEIZA, Etor E. | GONZÁLEZ-ROUCO, J. Fidel
Palabras Clave: Diurnal wind variations ; Complex terrain ; PCA ; Mesoscale simulation ; WRF
Variaciones diarias del viento ; Terreno complejo ; PCA ; Simulaciones mesoscalares ; WRF
Resumen: The diurnal surface wind variability during the summer season (June, July and August) over a complex terrain region located in the Northeast of the Iberian Peninsula is investigated using observations and a numerical simulation. Two main modes of variation were identified (96.8 % of the variance) by means of principal component analysis. The first one contributes with a wind speed maximum in the afternoon and a wind speed minimum at the end of the night. The second mode of variation introduces a local behaviour that contributes with a wind speed maximum or minimum at central hours of the day. The specific contributions and relative importance of different physical mechanisms are investigated and discussed. The first mode is related to landand sea-breezes. The second mode seems to be associated with thermal circulations induced by horizontal temperature gradients generated by the orography, and the homogenization exerted by turbulent mixing within the planetary boundary layer.
En este trabajo se presenta un análisis del ciclo diario del viento en los meses estivales (Junio, Julio y Agosto) utilizando observaciones y simulaciones numéricas en una zona de terreno complejo situada al noreste de la Península Ibérica. Mediante un análisis de componentes principales se han identificado dos modos de variación que explican el 96.8 % de la varianza. El primero contribuye con un máximo de viento por la tarde y un mínimo a últimas horas de la noche. El segundo modo de variación introduce un comportamiento local que favorece la aparición de un máximo o mínimo de viento en horas centrales del día. Se han examinado las contribuciones específicas de distintos procesos físicos. El primer modo está relacionado con brisas marinas. El segundo modo parece estar asociado con circulaciones inducidas por los gradientes horizontales de temperatura generados por la orografía, así como la homogenización ejercida por la mezcla turbulenta dentro de la capa límite planetaria.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 93-103
A short-range ensemble precipitation prediction system over the Iberian Peninsula and Balearics - Sistema de predicción por conjuntos a corto plazo sobre la Península Ibérica y Baleares
SANTOS-MUÑOZ, Daniel | MARTÍN, Mª Luisa | VALERO, Francisco | LUNA, Mª Yolanda | MORATA, Ana | PASCUAL, Alvaro
Palabras Clave: Ensemble forecasting ; Short-range prediction ; Precipitation ; Iberian Peninsula ; Balearics
Predicción por conjuntos ; Prediccion a corto plazo ; Precipitación ; Península Ibérica ; Baleares
Resumen: A short-range ensemble precipitation forecast system has been constructed over the Iberian Peninsula and Balearics by means of the fifth-generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Model (MM5). The ensemble system consists of ten members, each run with a different combination of two different initial conditions from global models, IFS-ECMWF and GFS-NCEP, and five different subgrid-scale physics configurations for one month period, October 2006. The mesoscale verification is made by using observational precipitation data of the Spanish Climatic Network. The created short-range ensemble shows high spread-skill correlation values for daily precipitation. However, the asymmetric shape of the rank histogram indicates some underdispersion, suggesting a biased behaviour. The Talagrand shows as well the underdispersive effect because of its asymmetric distribution. The Relative Operating Characteristic curve shows a very outstanding area indicating the good discrimination capacity. The reliability diagrams are also indicative of the good reliability of the forecasting system, depicting in general good agreement between forecast probability and the mean observed frequency. Because of that, the verification proves the usefulness of the forecasting system over the study area.
Un sistema de predicción por conjuntos ha sido desarrollado para la generación de predicciones probabilistas a corto plazo del campo de precipitación sobre la Península Ibérica y las islas Baleares. El sistema está basado en la quinta generación del modelo desarrollado en colaboración entre la Universidad de Pennsylvania State y el National Center for Atmospheric Research (MM5). El sistema se fundamenta en la combinación de dos condiciones iniciales y de contorno provenientes de dos modelos globales, IFS-ECMWF y GFS-NCEP, con cinco configuraciones de parametrizaciones físicas de los fenómenos de sub-rejilla del modelo. De este modo se han obtenido diez miembros del sistema para el mes de Octubre del año 2006. La verificación mesoescalar del sistema se ha llevado a cabo mediante el contraste de las predicciones con los valores observados de precipitación de la Red Climática Española. El sistema de predicción por conjuntos muestra alta correlación dispersión-pericia para los valores de precipitación diaria. El histograma de rango o diagrama de Talagrand indica por su forma un comportamiento infradispersivo y afectado por sesgo del sistema. El área bajo las curvas R.O.C. indica una buena capacidad de discriminación del sistema. Los diagramas de fiabilidad revelan una buena fiabilidad del sistema, sugiriendo, en general, un buen grado de acuerdo entre las probabilidades predichas y las frecuencias promedio observadas. Por todo ello, el sistema se muestra como una herramienta útil para la predicción de la precipitación en el área de estudio.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 105-117
Introduction of a variable Mercator map factor in the spectral part at the HARMONIE model - Introducción de un factor de mapa Mercator variable en la formulación espectral del modelo HARMONIE
MARTÍNEZ-MARCO, Isabel | SANTOS-ATIENZA, Inés
Palabras Clave: Numerical weather prediction ; Semi-Lagrangian methods ; Spectral models ; Mercator map factor ; Fourier series
Predicción numérica del tiempo ; Métodos semi-Lagrangianos ; Modelos espectrales ; Factor de mapa Mercator ; Series de Fourier
Resumen: For large domains, a new formulation of the spectral computation has been implemented in the HARMONIE model. The formulation makes use of the rotated/tilted Mercator projection and of its map factor represented by a linear combination of low-order Fourier harmonics. The reference model uses the maximum value of the map factor over the whole area. The improvement between using the Fourier approximation or the maximum value of the map factor increases with the size of the integration domain. In the spectral part, three coefficients of the Fourier cosine series have been introduced through a simple diagonal multiplicative operator. The first results of these modifications are presented for semi-Lagrangian integrations with long timesteps.
Se ha codificado una nueva formulación del cálculo espectral en el modelo HARMONIE para grandes dominios. Dicha formulación utiliza la proyección Mercator rotada y su factor de mapa representado por una combinación lineal de armónicos de Fourier. El modelo de referencia emplea el valor máximo de dicho factor de mapa sobre todo el área. La mejora, entre usar la aproximación de Fourier o el valor máximo del factor de mapa, aumenta con el tamaño del dominio de integración. En la parte espectral, se han introducido tres coeficientes de la serie de cosenos de Fourier mediante el uso de una matriz multidiagonal simple. Se muestran los primeros resultados de estas modificaciones en integraciones semi-Lagrangianas con largos pasos de tiempo.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 119-129
Montaje experimental para el estudio de la mezcla generada por penachos turbulentos - An experimental setup for the research of turbulent plumes mixing
LÓPEZ, Pilar | CANO, José L. | REDONDO, José M. | CANO, Daniel | TIJERA, Manuel
Palabras Clave: Mezcla turbulenta ; Penachos turbulentos ; Montaje experimental ; Sondas de conductividad ; Técnica de “sombras” ; Tubo Ventura ; Digitalización
Turbulent mixing ; Turbulent plumes ; Experimental setup ; Conductivity probes ; Shadowgraph ; Venturimeter ; Digitalisation
Resumen: Se presenta un sencillo modelo de laboratorio para generar mezcla turbulenta entre dos fluidos miscibles que están en una situación inicial inestable en un campo gravitatorio. El proceso de mezcla se genera por medio de la evolución de un conjunto discreto de penachos turbulentos forzados. Se describe el modelo experimental, los instrumentos de laboratorio y la forma de proceder. También se describen algunas características de los instrumentos que pueden clasificarse utensilios para la generación de los flujos fluidos, instrumentos eléctricos y aparatos para el registro en video y la digitalización. Este modelo de laboratorio permite medir los perfiles de densidad y las alturas de las capas fluidas por medio de la técnica shadowgraph y la visualización directa de los flujos fluidos.
A simple laboratory model of turbulent mixing between two miscible fluids under an initial situation of top heavy stratification in a gravitational field has been performed. The mixing processes are generated by the evolution of a discrete set of unstable forced turbulent plumes. We describe the experimental setup, the laboratory instruments and the way the mixing processes are. We also describe the characteristic and construction of the instruments that are classified fluid flow instruments, electric instruments and video-digitalisation instruments. This laboratory model lets the corresponding turbulent mixing processes measuring the density profiles and the heights of the fluid layers by means of shadowgraph and direct flow visualization.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 131-141
Extreme low ozone episodes over the sub-Arctic region of Keflavik - Episodios extremos de bajo contenido de ozono en la región sub-ártica de Keflavik
PARRONDO, Mª Concepción
Palabras Clave: Ozone mini-hole ; Ozonesondes ; Isentropic back trajectories ; Lower stratosphere
Mini-agujero de ozono ; Perfiles verticales de ozono ; Retro-trayectorias isentrópicas ; Baja estratosfera
Resumen: The present work presents a study of the anomalous low ozone events observed over Keflavik (Iceland) during the winter and spring months from 1992 to 2005 years. Ozone profiles from balloons sounding carried out from Keflavik were used to identify the extreme ozone events and to classify them according to different parameters. Ten days backward trajectories at different isentropic levels in the lower stratosphere have been employed to investigate the dynamical and chemical processes involved. Two types of extreme low ozone events have been found: type A, characterized by low ozone content from the tropopause up to 22 km; and type B, associated to laminated ozone structures in the lower stratosphere. Results indicate that the mechanisms responsible for each type of profile vary depending on the position of the station with respect to the polar vortex.
En el presente trabajo se realiza un estudio sobre los episodios extremos con bajo contenido en ozono observados desde la estación de Keflavik (Islandia) durante los meses de invierno y primavera entre los años 1992 y 2005. Para la identificacion de estos episodios se han utilizado los perfiles verticales de ozono realizados desde la estación, clasificando los mismos de acuerdo a distintos parámetros. Con objeto de identificar los mecanismos dinámicos y químicos responsables de estos episodios, se han analizado las retrotrayectorias isentrópicas para esos días en distintos niveles de la baja estratosfera. Se han identificado dos tipos de episodios extremos: el tipo A, caracterizado por valores bajos de ozono desde la tropopausa hasta los 22 km; y el tipo B, con una distribucion vertical de ozono en la baja estratosfera en forma laminada. Los resultados del estudio indican que los mecanismos responsables de cada tipo de perfil varían en función de la posición relativa de la estación respecto al vórtice polar.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 143-153
¿Cómo distintas clasificaciones de tipos de circulación discriminan las fases de la NAO? - How different circulation-type classifications can discriminate NAO phases?
PASTOR SAAVEDRA, María Asunción | CASADO CALLE, María Jesús | DOBLAS REYES, Francisco Javier
Palabras Clave: Oscilación del Atlántico Norte ; Fases de la NAO ; Modos de variabilidad ; Clasificaciones ; Tipos de circulación ; Algoritmos de clasificación ; Χ2 de Pearson
North Atlantic Oscillation ; NAO phases ; Modes of variability ; Classifications ; Circulation types ; Classification algorithms ; Χ2 -Pearson statistics
Resumen: En este estudio se establece un ranking entre un conjunto de clasificaciones de tipos de circulación atmosférica procedentes del Proyecto Europeo Acción COST733, atendiendo a su mejor discriminación de las fases positiva y negativa de la Oscilación del Atlántico Norte (NAO). Como medida de evaluación se utiliza el estadístico χ2 de Pearson. En segundo lugar, se analiza el impacto de utilizar diferentes números de tipos de circulación en la discriminación de dichas fases. El interés de este estudio radica en la utilización conjunta de dos enfoques extensamente empleados en el estudio de la circulación general: modos de variabilidad y tipos de circulación, que normalmente, se estudian de forma separada. Su relación nos permitirá establecer un ranking entre clasificaciones. Entre los resultados encontrados se observa que, como regla general, las clasificaciones discriminan mejor la fase negativa que la positiva de la NAO, y tanto más cuanto mayor sea el número de tipos de circulación considerados. Las clasificaciones que mejor discriminan la fase positiva de la NAO pertenecen a la misma familia de algoritmos de clasificación (Optimización) Por el contrario, las clasificaciones que mejor discriminan la fase negativa de la NAO pertenecen a dos familias de algoritmos (Optimización y Análisis en Componentes Principales) y muestran un impacto positivo más claro con el número de tipos de circulación que en el caso de la fase positiva.
In this study, a ranking between a variety of atmospheric circulation classifications from the European Action COST733 is established attending to the best discrimination of positive and negative North Atlantic Oscillation (NAO) phases. As an evaluation measure, the x2 –Pearson statistics has been used. Secondly, the impact of using different number of circulation types in the discrimination of NAO phases has been analysed. The main interest of the study is in the joint use of two general circulation approaches: modes of variability and circulation classification methods, which usually are studied in a separate way. Their relationship will allow us to establish a ranking among classifications. As a general rule, the classifications discriminate the negative NAO phase better than the positive NAO phase, and the larger the number of circulation types, the better the discrimination is. The classifications that best discriminate positive NAO phase belong to the same family of classification algorithms (optimization) and turn out to be independent of the number of circulation types considered. By contrast, the classifications that best discriminate negative NAO phase encompass two families of algorithms (optimization and principal component analysis) showing a more clear impact with the number of circulation types.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 155-166
The upward propagation of the ENSO signal towards the stratosphere: An Overview - Propagación vertical de la señal de ENSO hacia la estratosfera: una síntesis
CALVO, Natalia | HERNÁNDEZ, Emiliano | GARCÍA-HERRERA, Ricardo
Palabras Clave: ENSO ; Stratospheric dynamics ; Stratospheric mean meridional circulation ; Rossby waves ; Wave-mean flow interaction
ENSO ; Dinámica de la estratosfera ; Circulación meridiana media estratosférica ; Ondas de Rossby ; Interacción ondas-flujo de fondo
Resumen: The study of El Niño-Southern Oscillation (ENSO) phenomenon above the troposphere has traditionally been difficult because of the lack of global observations at high altitudes and also because of the presence of other sources of variability whose signals are difficult to disentangle from ENSO effects. Recent works with general circulation models that isolate the ENSO signal have demonstrated its upward propagation into the stratosphere. Here we use a recent version of the Whole Atmosphere Community Climate Model to illustrate the propagation and mechanisms whereby the signal manifests itself in the stratosphere. The ENSO signal propagates upwards to about 40 km at middle latitudes in Northern Hemisphere boreal winter months by means of large-scale Rossby waves. The ENSO signal is also identified at tropical latitudes in the form of a zonally homogeneous cooling during strong El Niño events and at polar latitudes in the Northern Hemisphere winter as a zonally homogeneous warming accompanied by weaker winds during a strong El Niño event and winter boreal months. This signal is the result of the intensification of the stratospheric meridional circulation forced by anomalous propagation and dissipation of Rossby waves at middle latitudes during strong El Niño events.
Hasta esta ultima década, el estudio del fenómeno ENSO (El Niño-Oscilación del Sur) en la estratosfera no ha sido muy exhaustivo, debido principalmente a la falta de observaciones globales en altura y a la presencia de otras fuentes de variabilidad en la estratosfera cuyas señales se solapan con la generada por ENSO. Los últimos estudios con modelos de circulación general, capaces de aislar la señal de ENSO, han mostrado su impacto en la estratosfera. En este trabajo, utilizamos el Modelo Climático Comunitario de Atmósfera Completa (WACCM) para ilustrar su propagación y los mecanismos por los que ENSO se manifiesta en la estratosfera. Los resultados muestran que la señal de ENSO se propaga hasta aproximadamente 40 km de altura en latitudes medias del Hemisferio Norte durante el invierno boreal, a través de ondas de Rossby ultra largas. La señal de ENSO también se identifica en latitudes tropicales en forma de enfriamiento zonal homogéneo durante su fase cálida o El Niño y en latitudes polares como un calentamiento zonal acompañado por vientos más débiles durante episodios extremos de El Niño en los meses del invierno boreal. Esta señal es el resultado de la intensificación de la circulación meridiana estratosférica forzado por la propagación y disipación anómalas de ondas de Rossby en latitudes medias durante episodios El Niño intensos.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 167-178
ENSO influence on the variability modes of the boreal winter stratosphere - Influencia de ENSO en los modos de variabilidad de la estratosfera boreal en invierno
DE LA CÁMARA, Álvaro | GARCÍA-SERRANO, Javier | AYARZAGÜENA, Blanca | ÁBALOS, Marta | GONZÁLEZ, Beatriz | SERRANO, Encarna
Palabras Clave: El Niño-Southern Oscillation ; Variability modes ; Stratospheric circulation
El Niño-Oscilación del Sur ; Modos de variabilidad ; Circulación estratosférica
Resumen: The stratospheric circulation has been recently proposed to play an important role in transmitting the ENSO signal to the Euro-Atlantic region. In this context, the influence of ENSO on the boreal stratospheric modes of variability in winter is studied. A Principal Component Analysis of the geopotential height at 20 hPa is performed partitioning the data into El Niño and La Niña winters (1957/58-2001/02 period). It is found that the stratospheric annular mode retains almost a 10% more variance of the field for cold-La Niña than for warm-El Niño winters. On the other hand, zonal-wave-number-one modes accumulate more variability for warm-El Niño winters. Our results support the presence of more stratospheric wave-like anomalies coming from the troposphere during warm-El Niño conditions. Statistical linear correlation between ozone and stratospheric variability is restricted to the annular mode, being the signal stronger for warm- ENSO winters.
Se ha propuesto recientemente que la circulación estratosférica puede estar jugando un papel importante en la transmisión de la señal de ENSO al sector Euro-Atlántico. En este contexto, en el presente estudio se analiza la influencia de ENSO en los modos de variabilidad de la estratosfera del Hemisferio Norte en invierno. Se ha llevado a cabo un Análisis de Componentes Principales del geopotencial en 20 hPa separando los datos en inviernos El Niño y La Niña (periodo 1957/58-2001/02). El modo anular en la estratosfera retiene un 10% más de la variancia total del geopotencial durante inviernos La Niña. Este primer modo estratosférico es el único con el que, con significación estadística, el ozono en 20 hPa correlaciona linealmente, siendo esta relación más alta en los inviernos El Niño. Por otra parte, los modos con estructura de onda zonal uno acumulan más variabilidad durante inviernos El Niño. En nuestros resultados se muestra una mayor presencia de anomalías de carácter ondulatorio en la estratosfera durante condiciones El Niño.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 179-189
The Equatorial Mode. A new regional and global perspective from the 70’s - La historia de Chubachi y el Agujero de Ozono: El Modo Ecuatorial. Nueva perspectiva regional y global desde los 70’s
RODRÍGUEZ-FONSECA, Belén | POLO, Irene | GARCÍA-SERRANO, Javier | LOSADA, Teresa | MOHÍNO, Elsa
Palabras Clave: Tropical Atlantic Variability ; Atlantic Equatorial Mode ; Ocean-Atmosphere interactions ; Tropical teleconnections ; El Niño ; Tropical convection ; Sahelian rainfall
Variabilidad del Atlántico Tropical ; Modo Ecuatorial Atlántico ; Interacciones océano-atmósfera ; Teleconexiones tropicales ; El Niño ; Convección tropical ; Precipitación en la región del Sahel
Resumen: The Equatorial Mode, also called Atlantic Niño, is the leading mode of the Tropical Atlantic Variability, explaining a high percentage of the anomalous boreal summer rainfall over the coast of the Gulf of Guinea. The evolution of the sea surface temperature anomalies associated with this mode from the 70’s show a starting point in the Santa Helena High Pressure System and in the related alongshore winds in the Angola/Benguela coast. The development of the mode is associated with a Bjierknes feedback mechanism, and the surface heat fluxes help to restore the surface temperatures. This mode, apart from having an important impact on the boreal summer West African Monsoon, is an important agent of extratropical teleconnections in association with the weakening of the mode from the end of summer to the next winter. From the 1970’s the origin, development and damping of the Equatorial Mode or Atlantic Niño leads the development of a Pacific La Niña through changes in the zonal Walker circulation. There are lot of references reporting a climate shift in the last decades of the XX century, not only in the Pacific but also in the rest of the globe. The cause of these changes and its relation to the Equatorial mode is a debated topic that does not rule out the role of the natural climate variability or the anthropogenic influence.
El Modo Ecuatorial, o también llamado Niño Atlántico, es el modo más importante de variabilidad del Atlántico Tropical y explica gran parte de la lluvia anómala sobre la costa del Golfo de Guinea en el verano boreal. Este trabajo analiza el Modo Ecuatorial, su dinámica, impactos y teleconexiones, tanto regional como globalmente, desde finales de la década de los 70. La evolución de las anomalías de la temperatura de la superficie del mar asociadas a este modo desde los años 70 muestran un origen relacionado con anomalías del sistema de Altas presiones de Santa Helena y de los vientos superficiales a lo largo de la costa de Angola/Benguela. El desarrollo se asocia con el mecanismo de realimentación de Bjerknes mientras que los flujos de calor superficiales turbulentos ayudan a restaurar las temperaturas superficiales. Este modo además de tener un fuerte impacto en el monzón de Africa del Oeste en el verano boreal, es un agente importante de teleconexiones atmosféricas extratropicales asociadas con el debilitamiento del modo desde el final del verano boreal al siguiente invierno. Asimismo, se ha comprobado que, desde los años 70, el origen, desarrollo y decaimiento del Modo Ecuatorial lidera el desarrollo de una Niña en el Pacífico mediante cambios en la circulación zonal de Walker. Muchos trabajos han documentado como, durante las últimas décadas del siglo XX ha tenido lugar una transición climática importante tanto en el Pacífico como en el resto del globo. La causa de estos cambios y su relación con el Modo Ecuatorial es un tema de debate que no descarta el papel de la variabilidad climática natural o la influencia antropogénica.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 191-205
Angola rainfall reconstruction and rainfall variability during the war period: 1979-2003 - Reconstrucción de la precipitación en Angola en el periodo de Guerra
RODRÍGUEZ-FONSECA, Belén | ADOLFO XAVIER, Joaquim
Palabras Clave: Angola rainfall ; South African climate variability ; Southern Atlantic variability ; Tropical Atlantic variability ; Reconstruction of rainfall time series ; Statistical downscaling
Precipitación en Angola ; Variabilidad climática en el Atlántico Sur ; Variabilidad climática en África meridional ; Reconstrucción de series de precipitación ; Regionalización estadística
Resumen: The Republic of Angola has a dramatic lack of in situ precipitation and temperature data since 1979 up to 2003 due to a civil war. Due to this fact, there are only a few and old studies about the climate of the region being the improvement of the state of the Art of the rainfall climatology and its variability, a hot point for the understanding of the tropical climate. The period without data occurs after the climate shift of the 70’s, for which important changes in the global climate have been documented. For all these reasons, the reconstruction of the Angola precipitation timeseries is of great interest. Using the commonly used methodology of statistical downscaling, the 1979- 2003 rainfall timeseries have been reconstructed for the rainy season, taking into account the available atmospheric information from the NCEP reanalysis and documented teleconnection indices with an important influence in Southern African continent. Also, new indices have been calculated on the basis of the teleconnections established with the available data and the analysis of the work done by other authors. The variability of the reconstructed precipitation has been characterized by calculating the principal modes of the anomalous rainfall and a comparison with a satellite-based rainfall data set has been also performed. The information obtained in this study is very useful and adds new insight for the improvement of the knowledge of the Angola climatology and its variability.
La república de Angola posee una importante falta de datos en las series de precipitación y temperatura observadas in situ desde 1979 y hasta 2003, debido a la guerra civil que asoló el país durante dicho periodo. Este motivo acentúa el hecho de que existan sólo unos pocos y obsoletos estudios describiendo el clima de la región, por lo que la mejora del Estado del Arte de la climatología de la lluvia y de su variabilidad es un punto esencial de estudio para el entendimiento del clima tropical reciente. El periodo sin datos tiene lugar tras el climate shift de los 70’s, tras el cual se han documentado cambios importantes en el clima global. Por todos estos motivos, la reconstrucción de las series de precipitación de Angola es de gran interés. Mediante un conocido método de regionalización estadística, las series de precipitación de Angola se han reconstruido para la estación lluviosa del periodo 1979-2003. Para ello, se ha tenido en cuenta la información atmosférica disponible a través de los reanálisis del NCEP y de índices de teleconexión conocidos con influencia en el Sur del continente Africano. Asimismo, nuevos índices se han calculado en base a las teleconexiones establecidas con los datos disponibles. Las estructuras que definen la variabilidad de la precipitación en Angola en base a las series reconstruidas se han comparado con las obtenidas con datos recientes de precipitación estimados a partir de observaciones de satélite. La información obtenida de este estudio es de gran utilidad y constituye un paso en la mejora del conocimiento de la climatología de Angola y de su variabilidad.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 207-218
Dynamical downscaling of daily precipitation over the Iberian Peninsula: a spatial resolution analysis for present and future climate conditions - Regionalización dinámica de la precipitación diaria sobre la Península Ibérica: análisis de la resolución espacial en la descripción del clima actual y clima futuro
SÁNCHEZ, Enrique | GAERTNER, Miguel Angel | GALLARDO, Clemente
Palabras Clave: Precipitation ; Dynamical downscaling ; Climatic change ; Regional climate models
Precipitación ; Regionalización dinámica ; Cambio climático ; Modelos regionales de clima
Resumen: The analysis of daily precipitation over the Iberian Peninsula as modelled by a global climate model (GCM) and a regional climate model (RCM) forced by the GCM, at two resolutions for present climate and A2 scenario of greenhouse gases emissions for the end of 21st century is presented. The spatial structure of total annual precipitation, with a maximum in the northwest of the region and a minimum in the southeast is described by both the GCM and the RCMs, although the GCM is not able to reproduce neither the magnitude of both extremes, nor other more local characteristics, such as the ones related to the complex orography of the Iberian Peninsula mountain chains, or coastal features. Important differences in the spatial structure are also seen in the number of days of precipitation. For climate change conditions, the GCM and the RCMs show a general decrease in the total precipitation and in the number of rainy days.
Se presenta el análisis de la precipitación diaria sobre la Península Ibérica modelizada por un modelo global de clima (GCM) y un modelo regional de clima (RCM) forzado por éste, con dos resoluciones, para clima presente y el escenario A2 de emisiones de gases de invernadero para final del siglo XXI. La estructura espacial básica de la precipitación total anual, con un máximo en el noroeste de la región y un mínimo en el sureste es descrita tanto por el GCM como los RCMs a ambas resoluciones, aunque el GCM no es capaz de mostrar los valores correctos de ambos extremos, ni tampoco diversos aspectos más locales, asociados a la compleja orografía de las cordilleras de la Península, o a efectos costeros. Otro aspecto en el que se obtienen más diferencias es en la estructura espacial del número de días de precipitación. Para condiciones de cambio climático, tanto el GCM como los RCMs muestran un descenso generalizado en la precipitación total y del número de días de lluvia.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 219-224
Towards a new generation of seasonal forecasting systems - Hacia una nueva generación de sistemas de predicción estacional
ARRIBAS, Alberto | GLOVER, Matthew | MAIDENS, Anna | PETERSON, Kenneth Andrew | GORDON, Margaret | MACLACHLAN, Craig
Palabras Clave: Ensemble prediction ; Seasonal forecasting ; Climate ; Model development
Predicción por conjuntos ; Predicción estacional ; Clima ; Desarrollo de modelos
Resumen: Seasonal forecasting systems – and their extension to decadal timescales – are crucial in the development of adaptation strategies to climate change. However, despite important achievements in this area, significant levels of skill are only generally found over regions strongly connected with the El Nino-Southern Oscillation. With the aim of improving the skill of regional climate predictions at seasonal and decadal timescales, a new Met Office seasonal forecasting system (GloSea4) has been developed. The new system has been designed to be a flexible and easy-to-upgrade system, fully integrated within the Met Office model development infrastructure. Preliminary results from GloSea4 are positive, showing a significant increase in the skill of the forecasts over the El Niño regions.
Los sistemas de predicción estacional – y su extensión a predicción decadal – son cruciales en el desarrollo de estrategias para la adaptación al cambio climático. Sin embargo, a pesar de los importantes avances en este área, las predicciones solo alcanzan niveles significativos de calidad en las regiones cuyo clima esta claramente influenciado por ENSO (El Niño -South Oscillation). El Met-Office ha desarrollado un nuevo sistema de predicción estacional (GloSea4) con la intención de mejorar la calidad de las predicciones estacionales y decadales a nivel regional. El nuevo sistema ha sido diseñado con el objetivo de crear un sistema más flexible y fácil de desarrollar, mejor integrado con la estructura de desarrollo de modelos del Met-Office. Los resultados preliminares de GloSea4 son positivos, mostrando un aumento significativo en la calidad de las previsiones en la región de El Niño.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 225-236
Impact of ocean observations on decadal climate prediction with the ECMWF coupled forecast system - Impacto de las observaciones oceánicas en predicciones climáticas decadales realizadas con el sistema de predicción acoplado del ECMWF
DOBLAS- REYES, Francisco Javier
Palabras Clave: Decadal prediction ; Ensemble forecasting ; Ocean heat content ; Thermohaline circulation
Predicción decadal ; Predicción por conjuntos ; Contenido de calor del océano ; Circulación termohalina
Resumen: Decadal forecasting is a new field that aims at providing useful interannual climate information making the most of the best available observations. Initialising the ocean-atmosphere coupled models employed in dynamical decadal forecasting is a requirement. Two commonly used strategies for initializing seasonal forecasts have been employed in a set of ten-year ensemble reforecasts carried out with the ECMWF coupled model. The forecast system is similar to the one used for seasonal forecasting, except for a refined treatment of greenhouse gas concentrations and sulphate aerosols. The interannual predictions formulated from the set of simulations show that the system has skill in predicting global and regional mean temperature up to several years in the future, especially over the tropics, where the influence of the skilfully predicted ocean heat content directly influences the atmosphere aloft. The interpretation of the estimates of the beneficial impact of the ocean observations found over the tropics and for certain ocean variables suffers from the shortness of the sample (typical of the experiments devised for the fifth Coupled Model Intercomparison Project), the lack of reliable observations and the sizeable model systematic error.
La predicción decadal es un nuevo campo que intenta proporcionar información climática interanual útil maximizando la información de las observaciones. La inicialización de los modelos acoplados océano-atmósfera utilizados en la predicción decadal dinámica es un requisito primordial. En este trabajo se han empleado dos estrategias típicas de la inicialización usada en predicción estacional para ejecutar una serie de predicciones por conjuntos de diez años con el modelo acoplado del ECMWF. El sistema es semejante al usado en predicción estacional, aunque con un mejor tratamiento de la concentración de gases de efecto invernadero y de los aerosoles sulfatados. Las predicciones interanuales formuladas a partir del conjunto de simulaciones demuestran que el sistema tiene capacidad predictiva para la temperatura a escala global y regional con una antelación de varios años. Esto ocurre especialmente sobre los trópicos, donde la influencia de una buena predicción del contenido de calor influye directamente sobre la atmósfera. La interpretación de las estimaciones del impacto positivo de las observaciones oceánicas sobre las predicciones tropicales y de ciertos aspectos del océano se ven limitadas por el pequeño tamaño de la muestra (que es típico de los experimentos previstos para el quinto Coupled Model Intercomparison Project), la falta de observaciones fiables y el error sistemático.
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UCM - Física de la Tierra, Vol. 21 (2009): 237-248
Floods in the province of Toledo. Meteorological analysis and social impact - Riadas e inundaciones en la provincia de Toledo. Análisis meteorológico e impacto social LÓPEZ-REY, David | YAGÜE, Carlos
Palabras Clave: Precipitation ; Floods ; Toledo ; Historic climatology
Precipitación ; Inundación ; Toledo ; Climatología histórica
Resumen: There are two main objectives in this work. On the one hand, it will be characterize, from the climatological point of view, the precipitation in the province of Toledo taking as a reference a set of stations belonging to the State Agency of Meteorology (AEMET) that represent each one its respective geographical zone. The second objective is the synoptic analysis of the severest historical floods that have happened in the province of Toledo.
El objetivo de este trabajo es doble. Por un lado, se tratará de caracterizar desde el punto de vista climatológico la precipitación en la provincia de Toledo tomando como referencia un conjunto de estaciones pertenecientes a la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) que representen cada una su respectiva comarca geográfica. El segundo fin es el análisis sinóptico de las inundaciones históricas más severas que se han dado en la provincia de Toledo.
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