Desde el a±o 1989 el STAP ha venido recopilando y estudiando, mediante las imßgenes IR del satΘlite Meteosat, los Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM a partir de ahora) que se han formado en oto±o en las proximidades de la Penφnsula IbΘrica. Durante el perφodo 1989-1993 se han estudiado un total de 119 casos con los cuales se ha constituido un banco de datos que contiene informaci≤n acerca del ciclo de vida, tama±os, trayectorias, etc, de cada uno de los sistemas. En este trabajo se presentan los primeros resultados obtenidos del anßlisis de este banco de datos. Para ello, primero se ha procedido a una selecci≤n previa basada en un conjunto de criterios mßs restrictivo que permita una mayor homogeneidad de la muestra, asφ, por ejemplo, s≤lo se han considerado aquellos SCM en una ventana geogrßfica determinada que a lo largo de su ciclo de vida superen un umbral de tama±o (10.000 Km2 medidos mediante la isoterma de -52║C) durante al menos tres horas. Se estudian, entre otros aspectos: sus tama±os, distribuci≤n geogrßfica, zonas de formaci≤n, trayectorias tφpicas, ciclo de vida, etc.
En el ßrea mediterrßnea y especialmente durante la Θpoca de oto±o, se suelen producir intensas precipitaciones que con frecuencia estßn asociadas a estructuras nubosas convectivas asiladas, compactas y de gran extensi≤n, cuya aparici≤n parece estar fuertemente ligada a las condiciones que, en esta Θpoca del a±o, existen en el mar Mediterrßneo actuando como fuente de calor y humedad. Estas estructuras se han denominado SCM, poseen un grado de organizaci≤n y una estructura interna dentro de la mesoescala, tienen su propio ciclo de vida y pueden interactuar con el entorno sin≤ptico, llegando incluso a modificarlo (Fritsch, 1981; Riosalido et al., 1988; Rivera et al., 1986).
Este trabajo muestra parte del estudio climatol≤gico sobre SCM que se estß llevando a cabo en el STAP a partir de la base de datos disponible de 5 a±os (1989-1993) y que serß completado en el futuro con otras sistemas de teledecci≤n (Radar y Red de Detecci≤n de Descargas) disponibles en la actualidad en el INM, asφ como con el estudio del entorno sin≤ptico y mesoescalar favorable a la aparici≤n de estos sistemas. El objetivo fundamental es conseguir un modelo conceptual de evoluci≤n que caracterice a este tipo de fen≤menos y que pueda ser utilizado en la predicci≤n a corto y muy corto plazo.
El estudio se ha realizado a travΘs de las imßgenes semihorarias IR del satΘlite Meteosat. Inicialmente el criterio que se impuso a una estructura nubosa convectiva para ser considerada como SCM y ser incluida en la base de datos era que superara los 100 Km medidos bajo el ßrea de -32║C. La primera parte del trabajo se ha realizado en el McIDAS y consistφa bßsicamente en: aislar el SCM del resto de los sistemas nubosos que lo rodean, medir los ejes mayor y menor bajo la isoterma de -32║C, localizar la posici≤n del tope mßs frφo de la nube y en medir la extensi≤n de las ßreas bajo diferentes isotermas, comenzando por la de -32║C y disminuyendo de 4 en 4 grados. Posteriormente estos datos fueron tratados en PC con programas creados especφficamente para este estudio.
La base de datos disponible es de 119 SCM, desde el a±o 1989 hasta el a±o 1993 y que se produjeron principalmente durante la Campa±a PREVIMET (desde Septiembre a Noviembre, ambos inclusive). El hecho de que no se contabilizaran todos los SCM durante el a±o completo supone omitir de la muestra muy pocos casos, no significativos frente a los 119 casos recogidos durante la Campa±a.
Debido a que el criterio de selecci≤n que se ha venido utilizando hasta ahora (100 Km de longitud bajo la isoterma de -32║C) es un criterio muy amplio, tienen cabida en la muestra sistemas muy peque±os, que pueden ser considerados como grandes tormentas, ≤ muy extensos, similares en tama±o a los complejos convectivos de mesoescala (CCM a partir de ahora) (Maddox, 1980). Se hace necesario un criterio mßs restrictivo que haga mßs homogΘnea la muestra de partida para el estudio climatol≤gico.
No existe un criterio ·nico, ni en duraci≤n ni en tama±o, para la selecci≤n de SCM a travΘs de las imßgenes de satΘlite. Ademßs de las condiciones de Maddox para los CCM existen otras condiciones mas relajadas para caracterizar los SCM, como las de Bartels et al. (1984), que impone que la escala de longitud del ßrea de -52║C sea superior a 250 Km y que se mantenga a lo largo de tres horas; Fritsch (1986), Kane et al (1987) utilizan el criterio de que el ßrea de -32║C debe ser superior a 60.000 km2 durante un perφodo de al menos cuatro horas y Augustine et al (1988) estudian SCM en los que el ßrea de -52║C debe ser superior a 10.000 km2. Todos ellos parecen estar de acuerdo en que los CCM se encuentran dentro de la meso- y los SCM dentro de la meso- y meso- seg·n los criterios de Orlanski (Orlanski, 1975). En nuestro caso hemos elegido la temperatura de -52║C para seleccionar los casos de estudio en el ßrea del Mediterrßneo Occidental por varias razones:
- Parece existir una tendencia general a utilizar el ßrea de -52║C asφ como la de evitar la de -32║C ya que el uso de esta isoterma puede introducir errores (McAnelly y Cotton, 1986) al incluir en ocasiones nubosidad no directamente asociada al SCM. Aunque en el procedimiento manual que se ha utilizado para la obtenci≤n de los datos en este estudio se ha extremado el cuidado en eliminar nubosidad que no pertenecφa al SCM de estudio este apartado ha incluido cierto grado de subjetividad. En procedimientos automßticos de identificaci≤n de SCM la utilizaci≤n de temperaturas cßlidas puede ser muy complicado y no completamente fiable por las razones se±aladas. Es necesario utilizar temperaturas mßs frφas si se tiene como objetivo que el mΘtodo de selecci≤n sea un proceso completamente automßtico, como es nuestro caso.
- Se han hecho pruebas con la muestra total utilizando varias temperaturas "frφas" (-48, -52 y -56║C) y diferentes extensiones. El criterio que mejor se ha adaptado a la muestra disponible de 119 casos es el siguiente: extensi≤n de 10.000 Km2 bajo la isoterma de -52║C mantenidos durante al menos tres horas consecutivas. Con este criterio estamos excluyendo de la muestra los SCM mßs peque±os y de menor duraci≤n.
Se ha reducido tambiΘn el ßrea geogrßfica de estudio a 35║N/45║N de latitud y 10║W/5║E de longitud, incluyΘndose en el estudio todos los SCM que en alg·n momento de su ciclo de vida penetren en la ventana geogrßfica anterior.
Con estos criterios de selecci≤n la muestra total de 119 casos queda reducida a 67. Los resultados que se presentan a partir de ahora corresponden a esta muestra reducida, cuando se quiera comparar con resultados de la muestra completa se mencionarß explφcitamente.
La distribuci≤n de los sistemas por meses (tabla 1) nos indica que el mes mas favorable es Septiembre con gran diferencia respecto a Octubre y Noviembre (existe un 4% restante repartido durante el resto del a±o).
En la tabla 2 aparecen los valores medios de la muestra. La longitud media es de 426 Km, aunque pueden variar entre 200 y mßs de 800 Km (figura 1). La duraci≤n se ha calculado desde la aparici≤n de las primeras tormentas que dan lugar al SCM hasta que desaparece y se obtiene un valor medio de 11:30 horas, aunque existen sistemas que pueden alargarse durante mßs de 24 horas (figura 2). La extensi≤n media es de 93.792 Km2 (utilizando la isoterma de -32║C), si bien el mayor n·mero de casos se encuentra entre 40.000 y 100.000 Km2 (figura 3) y la extensi≤n medio de la nubosidad con topes de temperaturas menores o iguales a -52║C es de 41.443 Km2, superando solamente 8 casos los 60.000 Km2 (figura 4). En la figura 5 se puede observar que las primeras tormentas suelen surgir a primeras horas de la tarde alcanzando su mßxima extensi≤n al final de la tarde y primeras horas de la noche. Por ·ltimo las temperaturas mφnimas que alcanzan los topes nubosos tienen un mßximo entre -60 y -70║C (figura 6).
Figura 1.- Longitud del eje mayor medido bajo la isoterma de -32║C.
Figura 2.- Duraci≤n.
Figura 3.- Mßxima extensi≤n (-32║C).
Figura 4.- Mßxima extensi≤n (-52║C)
Figura 5.- Hora de las primeras tormentas y mßxima extensi≤n (-32║C).
Figura 6.- Temperatura mφnima de las cimas.
Con objeto de tener una idea de la distribuci≤n espacial de SCM en el entorno de la Penφnsula IbΘrica, se ha contabilizado el n·mero de SCM detectados (en cualquiera de sus fases) en cajas de 1║ de latitud por 1║ de longitud utilizando las imßgenes semihorarias IR del Meteosat y teniendo s≤lo en cuenta la posici≤n del centro del tope mßs frφo del sistema.
Figura 7.- Distribuci≤n geogrßfica de la muestra completa de 119 SCM.
Para la muestra de 119 casos (Figura 7) se puede observar como el mßximo de SCM detectados (18 casos) se presenta en pleno Golfo de Valencia, extendiΘndose primero hacia el NE pasando por el norte de las Islas Baleares y despuΘs hacia el norte hacia las costas catalanas y Golfo de Le≤n. Al sur de este mßximo existe un zona de fuerte gradiente con un mφnimo de SCM entre las Baleares y la costa africana. Por ·ltimo, se±alar la presencia de una lφnea de mßximos relativos (aunque con valores peque±os) que se extiende por toda la costa mediterrßnea desde el Golfo de Valencia hasta el Estrecho de Gibraltar. Por otra parte, mßs al este del meridiano 5║E disminuye la frecuencia de SCM comenzando a aumentar de nuevo en las proximidades de los 10║E (no presentado en la figura), pr≤ximo a las costas de C≤rcega y Cerde±a. Quizßs este mφnimo pueda estar algo subestimado debido al hecho de que no se haya incluido en el seguimiento algunos SCM (especialmente los mßs peque±os) que se formasen en esas regiones alejadas de la Peninsula IbΘrica. No obstante, parece que las proximidades de C≤rcega y Cerde±a tambiΘn es una zona proclive para la presencia de SCM. Esta distribuci≤n presenta una diferencia importante con respecto a la distribuci≤n de la muestra reducida (figura 8). El mßximo absoluto se sit·a frente a las costas de Gerona, mientras que el mßximo del Golfo de Valencia pasa a ser un mßximo relativo. Esto es debido a que los SCM mßs peque±os predominan en esta zona y son precisamente estos sistemas los que hemos eliminado en la selecci≤n de la base de datos con los criterios expuestos en el punto 3.
Figura 8.- Distribuci≤n geogrßfica de la selecci≤n de 67 SCM.
Con el fin de estudiar en detalle la trayectoria total de los SCM se ha dividido cada una de ellas en tres partes definidas a partir de cuatro puntos, para cuya elecci≤n se ha tenido en cuenta la extensi≤n del ßrea bajo la isoterma de -52║C:
P1.- Area de -52║C comienza a ser mayor que cero. Se considera como punto de
inicio.
P2.- Area de -52║C comienza a ser mayor de 10.000 Km2.
P3.- Mßxima extensi≤n del ßrea de -52║C.
P4.- Ultimo punto en el que el ßrea de -52║C es mayor de 10.000 Km2.
De esta forma se generan dos trayectorias principales que hemos llamado: trayectoria de crecimiento, desde P1 hasta P3 (tramo13) y trayectoria de disipaci≤n, desde P3 hasta P4 (tramo34). El punto P2 divide a la primera en otras dos mßs peque±as (tramo12 y tramo23) ya que las trayectorias de P1 a P3 resultaban excesivamente largas.
Ademßs se ha clasificado cada tramo de acuerdo con la velocidad de desplazamiento, clasificßndolos en m≤viles y estacionarios seg·n el siguiente criterio:
SCM estacionarios: vel<15K/h
SCM m≤viles: vel>=15K/h
Representan una parte minoritaria de la muestra, solamente el 13% de los tramos son estacionarios. Sin embargo no por ello son menos importantes ya que al permanecer durante mucho tiempo una misma zona pueden producir grandes cantidades de precipitaci≤n acumulada.
De la tabla 3 se deduce que la etapa de disipaci≤n es la menos proclive a la estacionariedad de los sistemas y que existen mas tramos estacionarios en tierra que en el mar (64% frente al 36%). Debido a lo reducido de la muestra en este caso las dos conclusiones anteriores no pueden ser definitivas.
En la figura 9 aparecen las posiciones iniciales de los SCM de acuerdo con el punto P1 definido anteriormente. No se aprecia una tendencia de los SCM a formarse en tierra o en al mar ya que se observa, por el contrario, una distribuci≤n homogΘnea de puntos en la mitad este de la Penφnsula y Mediterrßneo Occidental. Las trayectorias totales apuntan hacia el NE en la mayorφa de los casos. Gran n·mero de ellas se localizan en la lφnea de costa Mediterrßnea, Golfo de Valencia, Baleares y Golfo de Le≤n, recordando los mßximos en la distribuci≤n geogrßfica (figura 8).
Del total de 164 tramos estudiados la inmensa mayorφa de ellos (87%) son m≤viles. Para cada uno de ellos se han estudiado las direcciones, distancias y velocidades.
Figura 9.- Trayectorias totales (tramo14) y posiciones iniciales.
En las figuras 10, 11 y 12 se observa el predominio de los desplazamientos con direcciones hacia el NE, mientras que hacia el oeste son muy pocos, en concreto hacia el SW no se desplaza ning·n SCM de los estudiados.
Figura 10.- Probabilidad de trayectorias en una direcci≤n determinada. Tramo12.
Figura 11.- Probabilidad de trayectorias en una direcci≤n determinada. Tramo23.
Figura 12.- Probabilidad de trayectorias en una direcci≤n determinada. Tramo34.
Dado que la inmensa mayorφa de sistemas se desplazan hacia direcciones entre 0 y 180║ (91% para el tramo12, 91% para el tramo23 y 96% para el tramo34) hemos trazado una trayectoria representativa calculando los valores medios, (teniendo en cuenta solamente los sistemas que se desplazan hacia direcciones entre 0 y 180║), de distancias, direcciones, velocidades y tiempo medio en el recorrer cada uno de los tres tramos (figura 13). Seg·n esta trayectoria mßs probable un SCM se desplazarφa hacia NE desde latitudes mßs bajas hacia las mßs altas, curvßndose a la derecha (la direcci≤n pasa de 53║ en el tramo12 a 70║ en el tramo34) y aumentando su velocidad de traslaci≤n (de 43 Km/h a 53 Km/h) a medida que avanza. La distancia, velocidad y duraci≤n media de la trayectoria es de 377 Km, 48 Km/h y 7.9 horas respectivamente.
Se han calculado las correlaciones entre las ßreas mßximas bajo las isotermas de -32║C y -68║C a intervalos de cuatro grados, el resultado es que estßn fuertemente correlacionadas entre sφ (Tabla 4) por lo que en principio no serφa necesario estudiar todas ellas para caracterizar un SCM.
Tabla 4.- Coeficientes de correlaci≤n entre las ßreas mßximas bajo diferentes isotermas.
Figura 13.- Trayectoria mßs probable.
Con objeto de tener criterios para seleccionar la o las temperaturas que se van a usar como base del estudio, se ha sometido al conjunto de las series de ßreas mßximas a un anßlisis de componentes principales. Su finalidad es reducir el numero de variables (en nuestro caso 10, que como ya se ha visto estßn fuertemente correlacionadas) encontrando una combinaci≤n lineal de ellas que expliquen la mayor parte de la varianza observada (Tabla 5). El resultado es que los dos primeros componentes principales explican el 99.4% de la varianza total de las series, un tercer componente aumentarφa al 99.8% el porcentaje acumulado. Los pesos de cada una de las series en cada uno de los tres componentes principales (Tabla 6) nos indica que son las ßreas mßs cßlidas (-32 y -36║C) las que tienen mayor peso en el primer componente, mientras que temperaturas mas frφas (-52 y -56║C) lo tienen en el segundo.
Tabla 5.- Anßlisis de componentes principales.
Tabla 6.- Pesos de cada una de las series.
De acuerdo con el estudio anterior elegimos dos temperaturas, la de -32║C y la de -52║C para abordar el estudio de las curvas de evoluci≤n. Estas curvas deben describir lo mejor posible el ciclo de vida del SCM, asφ como las distintas fases en las que se pueda dividir. En las figuras 14 y 15 se muestran dos ejemplos para el caso particular del SCM "U" de 1992. La figura 14 muestra la variaci≤n del ßrea con el tiempo y la figura 15 es el tanto por ciento de la variaci≤n del ßrea con respecto a la que en ese momento posee el sistema nuboso, y que hemos llamado velocidad relativa de expansi≤n.
Figura 14.- Evoluci≤n del ßrea total,convectiva y estratiforme. SCM "U/1992".
Figura 15.- Velocidades relativas de expansi≤n. SCM "U/1992".
A partir de estas curvas de evoluci≤n es muy difφcil poder extraer directamente parßmetros de forma sencilla por lo que se han intentado ajustar a curvas te≤ricas. DespuΘs de realizar varios intentos con distintos tipos de funciones se lleg≤ a la conclusi≤n de que un ajuste por mφnimos cuadrados a un polinomio de tercer grado sin termino independiente puede ser suficiente para el caso de evoluci≤n de las ßreas. El polinomio tendrφa la expresi≤n "area = at3 + bt2 + ct" donde "area" viene expresada en miles de Km2 y "t" es el tiempo desde el inicio del sistema, en medias horas. Hay que se±alar que en este caso solamente se incluyen en el estudio aquellos SCM que no presentan interacciones con otros SCM (46 casos), para la mayorφa de los cuales la correlaci≤n encontrada entre la evoluci≤n real y la ajustada es superior a 0.9. Para el caso de las velocidades relativas de expansi≤n la funci≤n analφtica de ajuste vendrφa dada por d/dt(ln(area)).
Figura 16.- Modelo medio de evoluci≤n de las ßreas.
Figura 17.- Modelo medio de velocidades relativas de expansi≤n.
A partir de los valores de los coeficientes a, b y c se han calculado los valores medios y a partir de ellos se obtienen las curvas de evoluci≤n "medias" representadas en la figura 16 y 17. En la primera de ellas se observa por ejemplo el desfase que existe entre los mßximos de las ßreas mßs frφas (-52║C) y mßs cßlidas (-32║C - (-52║C)), al igual que se pueden apuntar dos etapas en el ciclo de vida, una de crecimiento, desde el inicio hasta el punto M1 y otra de disipaci≤n desde este mßximo hasta que la extensi≤n total del sistema, representado por el ßrea de -32║C, alcanza el valor cero. A partir de la figura 17 se podrφa dividir la etapa de crecimiento en otras dos partes, en la primera las velocidades relativas de expansi≤n son muy parecidas para las tres curvas y tienen valores muy altos, aunque disminuyen rßpidamente. A partir del punto "A" comenzarφa otra etapa, el SCM "medio" ha alcanzado gran extensi≤n y las velocidades se estabilizan, decreciendo de forma suave, a la vez que comienzan a ser superiores las asociadas a temperaturas mas cßlidas (-32║C - (-52║C)). La etapa de disipaci≤n comenzarφa en "B" donde las velocidades relativas de expansi≤n pasan a ser negativas (punto "M1" figura 16), a partir de este punto las ßreas mßs cßlidas contin·an a·n creciendo hasta llegar al valor cero (punto "M2" figura 16) donde pasan tambiΘn a ser negativas.
En este trabajo se ha estudiado una base de datos de 5 a±os (119 SCM) en el ßrea de la Penφnsula IbΘrica y Mediterrßneo Occidental. Al ser la primera vez que se realiza una climatologφa satΘlite en esta zona las conclusiones que se muestran en este apartado tienen especial importancia, debiendo tomarse como punto de referencia para trabajos futuros. En el punto 3 de este estudio se ha sugerido un criterio de selecci≤n mßs restrictivo que el que se ha venido utilizando hasta ahora, con el que la muestra se redujo a 67 casos, a partir de los cuales se han obtenido las conclusiones siguientes:
- Las caracterφsticas medias de la muestra son: longitud = 426 Km, ßrea (-
32║C) = 93.792 Km2, ßrea (-52║C) = 41.443 Km2, duraci≤n = 11:30 horas y
temperatura mφnima = -67║C.
- El mes mßs favorable es Septiembre con gran diferencia frente a Octubre y
Noviembre.
- Los SCM surgen indistintamente en Tierra ≤ en el Mar.
- La zona donde mßs frecuentemente se localizan es frente a las costas de
Gerona y Golfo de Le≤n seguido del norte de Baleares y Golfo de Valencia.
- El 13% de los SCM tienen parte de su trayectoria estacionaria.
- Los SCM m≤viles se desplazan en general hacia el NE, desde latitudes mas
bajas hacia las mßs altas, girando a la derecha y aumentando su velocidad de
traslaci≤n a medida que el sistema va completando su ciclo de vida. La
distancia media que recorren es de 377 Km a una velocidad, tambiΘn media, de
47 Km/h.
- Finalmente se ha expuesto un modelo conceptual del ciclo de vida medio de
estos sistemas, en el que se observan tres etapas en su evoluci≤n.
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