Evolución de la precipitación

extrema en España

mediante regionalización estadística

de modelos climáticos del CMIP5

Robert Monjo*, Emma Gaitán, Javier Pórtoles, Luis Torres, Jaime Ribalaygua

Climate Research Foundation

(FIC, Fundación para la Investigación del Clima), Madrid

*e-mail: rma@ficlima.org

XXXIII Jornadas

Científicas de la AME

7-9 Abril 2014, Oviedo

CLIMATE

RESEARCH

FOUNDATION

Contenidos

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

7-9 ABRIL 2014, OVIEDO

INTRODUCCIÓN

ÁREA Y DATOS

METODOLOGÍA

Método de regionalización

Funciones de probabilidad acumulada

Estimación de periodos de retorno

Corrección del error sistemático

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONCLUSIONS

Contenidos

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

7-9 ABRIL 2014, OVIEDO

INTRODUCCIÓN

ÁREA Y DATOS

METODOLOGÍA

Método de regionalización

Funciones de probabilidad acumulada

Estimación de periodos de retorno

Corrección del error sistemático

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONCLUSIONS

Introducción

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

7-9 ABRIL 2014, OVIEDO

01 / 19

Precipitación extrema en España

Introducción

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

7-9 ABRIL 2014, OVIEDO

01 / 19

Lluvias del 3 y 4 de noviembre 1987:

- Registro oficial de 817 mm en Oliva el día 3

- Unos 1000 mm en Gandía entre el 3 y el 4

Pluviómetro

de 200 mm

Precipitación extrema en España

Introducción

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

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02 / 19

Introducción

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

7-9 ABRIL 2014, OVIEDO

02 / 19

Lluvias del 20 de octubre de 1982: Unos 980 mm en Casas del Baró

Contenidos

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

7-9 ABRIL 2014, OVIEDO

INTRODUCCIÓN

ÁREA Y DATOS

METODOLOGÍA

Método de regionalización

Funciones de probabilidad acumulada

Estimación de periodos de retorno

Corrección del error sistemático

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONCLUSIONS

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

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03 / 19

Precipitaciones máximas observadas de AEMET (5217 estaciones)

Área y datos

Datos: Observaciones

Área y datos

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

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04 / 19

Seleccionamos 144 observatorios >250mm/1d (retorno 100 años)

Datos: Observaciones

Área y datos

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

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05 / 19

Datos: Simulaciones

Nombre Institución Estado ReferenciaResolución

(Lon×Lat)

BCC-CSM1-1Beijing Climate Center (BCC),China

Meteorological AdministrationChina Xiao-Ge et al. (2013) 2.8º × 2.8º

CanESM2Canadian Centre for Climate Modelling and

Analysis (CC-CMA)Canada Chylek et al. (2011) 2.8º × 2.8º

CNRM-CM5Centre National de Recherches

Meteorologiques (CNRM-CERFACS)France Voldoire et al. (2012) 1.4º × 1.4º

GFDL -ESM2M Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) USA Dunne et al. (2012) 2º × 2.5º

HADGEM2-CC Met Office Hadley Centre (MOHC)United

KingdomCollins et al. (2008) 1.87º × 1.25º

MIROC-ESM-CHEM

Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), Atmos. and Ocean Res. Inst. (AORI), and Nat. Inst. Env. Studies (NIES)

Japan Watanabe et al. (2011) 2.8º × 2.8º

MPI-ESM-MR Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) GermanyRaddatz et al. (2007)

Marsland et al. (2003)1.8º × 1.8º

MRI-CGCM3 Meteorological Research Institute (MRI) Japan Yukimoto et al. (2011) 1.2º × 1.2º

NorESM1-M Norwegian Climate Centre (NCC) NorwayBentsen et al. (2012) Iversen

et al. (2012)2.5º × 1.9º

9 modelos del CMIP5

Área y datos

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

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05 / 19

Datos: Simulaciones

Nombre Institución Estado ReferenciaResolución

(Lon×Lat)

BCC-CSM1-1Beijing Climate Center (BCC),China

Meteorological AdministrationChina Xiao-Ge et al. (2013) 2.8º × 2.8º

CanESM2Canadian Centre for Climate Modelling and

Analysis (CC-CMA)Canada Chylek et al. (2011) 2.8º × 2.8º

CNRM-CM5Centre National de Recherches

Meteorologiques (CNRM-CERFACS)France Voldoire et al. (2012) 1.4º × 1.4º

GFDL -ESM2M Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) USA Dunne et al. (2012) 2º × 2.5º

HADGEM2-CC Met Office Hadley Centre (MOHC)United

KingdomCollins et al. (2008) 1.87º × 1.25º

MIROC-ESM-CHEM

Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), Atmos. and Ocean Res. Inst. (AORI), and Nat. Inst. Env. Studies (NIES)

Japan Watanabe et al. (2011) 2.8º × 2.8º

MPI-ESM-MR Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) GermanyRaddatz et al. (2007)

Marsland et al. (2003)1.8º × 1.8º

MRI-CGCM3 Meteorological Research Institute (MRI) Japan Yukimoto et al. (2011) 1.2º × 1.2º

NorESM1-M Norwegian Climate Centre (NCC) NorwayBentsen et al. (2012) Iversen

et al. (2012)2.5º × 1.9º

9 modelos del CMIP5 + ERA40

Contenidos

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INTRODUCCIÓN

ÁREA Y DATOS

METODOLOGÍA

Método de regionalización

Funciones de probabilidad acumulada

Estimación de periodos de retorno

Corrección del error sistemático

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONCLUSIONS

Metodología

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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06 / 19

Método de regionalización

Método estadístico de 2 pasos:

Analógico + Transferencia

(Ribalaygua et al., 2012).

1. Distancia pseudo-Euclidiana

con campos predictores

(viento a 1000 y 500 hPa)

2. Reordenación de la

distribución de probabilidad de

la precipitación (transferencia)

Metodología

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

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07 / 19

Funciones de probabilidad acumulada

h

k w

,1

hw exp12Weibull IV

hw expexp3 Gumbel Clásica IV

hw expexp14Gumber Opuesta IV

)·exp(51

1hw

Log-Logística IV

Gamma IV

Metodología

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

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08 / 19

Estimación de periodos de retorno

k k

k

j j

MNAE

y

MNAE

yp2

1

2

)(

1

1

n

i empi

empiki

kp

pp

nMNAE

1 ,

,,1

Periodo de retorno p(y), estimado con ponderación:

Peso: Error Absoluto Normalizado Medio

Metodología

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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CIENTÍFICAS DE LA AME

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09 / 19

Corrección del error sistemático

'' eraobsobs ppp

)(' *

1

'* CMCMobsCM pp

2. Extensión de las series observadas con el reanálisis transformado

3. Corrección de las proyecciones climáticas

1. Transformación del reanálisis ERA40 regionalizado con QQ paramétrico

)(' *

1

* eraeraobsera pp

Contenidos

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

7-9 ABRIL 2014, OVIEDO

INTRODUCCIÓN

ÁREA Y DATOS

METODOLOGÍA

Método de regionalización

Funciones de probabilidad acumulada

Estimación de periodos de retorno

Corrección del error sistemático

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONCLUSIONS

Resultados y discusión

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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11 / 19

Corrección: Error del mejor ajuste teórico

Fit to observations Fit to simulations

00

.10

.20

.30

.40

.50

.6

MN

AE

00

.10

.20

.30

.40

.50

.6

MN

AE

Gamma

Weibull

Classical Gumbel

Reversed Gumbel

Modified Log-Logistic

Best fit

Gamma

Weibull

Classical Gumbel

Reversed Gumbel

Modified Log-Logistic

Best fit

Resultados y discusión

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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12 / 19

Corrección: Error sistemático de la lluvia extrema

1) ERA40 regionalizado

Resultados y discusión

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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CIENTÍFICAS DE LA AME

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13 / 19

Corrección: Error sistemático de la lluvia extrema

10 20 50 100

10 20 50 100

0100

300

500

700

Return period (years)

Pre

cip

itation (

mm

)

Return period (years)

Extended observationsBCC-CSM1-1CanESM2CNRM-CM5GFDL-ESM2M

HADGEM2-CCMIROC-ESM-CHEMMPI-ESM-MRMRI-CGCM3NorESM1

Extended observationsBCC-CSM1-1CanESM2CNRM-CM5GFDL-ESM2M

HADGEM2-CCMIROC-ESM-CHEMMPI-ESM-MRMRI-CGCM3NorESM1

10 20 50 100

10 20 50 100

-100

-50

025

50

75

Return period (years)

Return period (years)

BIA

S (

%)

BCC-CSM1-1CanESM2CNRM-CM5GFDL-ESM2MHADGEM2-CC

MIROC-ESM-CHEMMPI-ESM-MRMRI-CGCM3NorESM1

BCC-CSM1-1CanESM2CNRM-CM5GFDL-ESM2MHADGEM2-CC

MIROC-ESM-CHEMMPI-ESM-MRMRI-CGCM3NorESM1

2) Simulaciones climáticas con modelos

Resultados y discusión

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

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14 / 19

Proyección futura: precipitación extrema

Período de retorno de 10 años

-100

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0.330.5

0.750.9

0.95

> p-value

10-y

pre

cip

itation c

hange (

%)

-100

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0.330.5

0.750.9

0.95

> p-value

10-y

pre

cip

itation c

hange (

%)

-100

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0.33

0.5

0.75

0.9

0.95

> p-value

10-y

pre

cip

itation c

hange (

%)

-100

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0.33

0.5

0.75

0.9

0.95

> p-value

10-y

pre

cip

itation c

hange (

%)

Resultados y discusión

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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CIENTÍFICAS DE LA AME

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15 / 19

Período de retorno de 100 años

-100

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0.330.5

0.750.9

0.95

> p-value

100-y

pre

cip

itation c

hange (

%)

-100

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0.330.5

0.750.9

0.95

> p-value

100-y

pre

cip

itation c

hange (

%)

-100

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0.33

0.5

0.75

0.9

0.95

> p-value

100-y

pre

cip

itation c

hange (

%)

-100

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0.33

0.5

0.75

0.9

0.95

> p-value

100-y

pre

cip

itation c

hange (

%)

Proyección futura: precipitación extrema

Resultados y discusión

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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16 / 19

Discusión

2. Extensión de las series observadas con el reanálisis transformado

3. Corrección de las proyecciones climáticas

1. Transformación del reanálisis ERA40 regionalizado con QQ paramétrico

Resultados y discusión

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

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16 / 19

Discusión

2. Extensión de las series observadas con el reanálisis transformado

3. Corrección de las proyecciones climáticas

1. Transformación del reanálisis ERA40 regionalizado con QQ paramétrico

¿Transformación? Corrige extremos suavizados + extrapolación ponderada

Resultados y discusión

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

CIENTÍFICAS DE LA AME

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16 / 19

Discusión

2. Extensión de las series observadas con el reanálisis transformado

3. Corrección de las proyecciones climáticas

1. Transformación del reanálisis ERA40 regionalizado con QQ paramétrico

¿Transformación? Corrige extremos suavizados + extrapolación ponderada

33

51 mm

41

79 mm

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

12

10

100

12

10

100

1000

12

10

100

12

10

100

1000

Precipitación (mm)

Periodo d

e r

eto

rno

(día

s)

(

años)

Precipitación (mm)

Periodo d

e r

eto

rno

(día

s)

(

años)

Observación 1951-2000

Simulación 1951-2000

Simulación 2051-2100

Resultados y discusión

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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16 / 19

Discusión

2. Extensión de las series observadas con el reanálisis transformado

3. Corrección de las proyecciones climáticas

1. Transformación del reanálisis ERA40 regionalizado con QQ paramétrico

¿Transformación? Corrige extremos suavizados + extrapolación ponderada

¿Extensión? Relleno de lagunas + longitud de series de 40-50 años

Resultados y discusión

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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17 / 19

Discusión

5. Disminución para los periodos de retorno pequeños (1-10 años)

4. Cambios no significativos en general

6. Cambio en las rachas de lluvia y las curvas IDF

Resultados y discusión

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regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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17 / 19

Discusión

5. Disminución para los periodos de retorno pequeños (1-10 años)

4. Cambios no significativos en general

¿No hay señal? Gran variabilidad natural de la lluvia > señal

¿Disminución? 5ºIPCC: disminuye la media pero no lo más extremo

6. Cambio en las rachas de lluvia y las curvas IDF

¿Rachas de lluvia? + duración de las rachas secas y - de las húmedas

Contenidos

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INTRODUCCIÓN

ÁREA Y DATOS

METODOLOGÍA

Método de regionalización

Funciones de probabilidad acumulada

Estimación de periodos de retorno

Corrección del error sistemático

CRESULTADOS Y DISCUSIÓN

CONCLUSIONS

Conclusiones

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

XXXIII JORNADAS

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18 / 19

Sobre la metodología

• La distribución Gambel Opuesta y la Log-Logistica muestran los

mejores ajustes

• El mejor ajuste en cualquier caso socila entre 0,05 y 0,28.

Conclusiones

Evolución de la precipitación extrema en España mediante

regionalización estadística de modelos climáticos del CMIP5

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18 / 19

Sobre la metodología

• La distribución Gambel Opuesta y la Log-Logistica muestran los

mejores ajustes

• El mejor ajuste en cualquier caso socila entre 0,05 y 0,28.

• Las 18 proyecciones muestran cambios en general no significativos.

• Para el retorno de 10 años, en algunas zonas de Valencia se detecta

una disminución del 20%.

• Para el retorno de 100 años, no se observan cambios.

Sobre las proyecciones de la lluvia extrema

Gracias por su atención

Y disculpad por las fórmulas…

Gracias!

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