La reconstrucción de la dinámica fluvial y su conexión con la variabilidad climática a partir de fuentes documentales y registros instrumentales

Abstract

El estudio analiza los posibles vínculos entre la frecuencia de inundaciones en Suiza con la actividad solar (forzamiento exógeno), erupciones volcánicas, la variabilidad del clima y la dinámica del Atlántico Norte (forzamiento endógeno) durante los dos últimos siglos. La variabilidad de las inundaciones en Suiza para el periodo 1800-2010 se ha determinado a partir de un índice de verano de daños por inundaciones (INU). El índice considera inundaciones graves y catastróficas a partir de los inventarios existentes, que resume tanto la gravedad del evento y su extensión espacial. Se ha puesto especial atención en las diferencias entre la dinámica de inundación en las laderas norte y sur de los Alpes. La influencia del forzamiento solar en las frecuencias de inundación se investiga aplicando un análisis espectral cruzado entre el registro de las manchas solares e INU. Por último, el análisis de los vínculos entre las inundaciones y la dinámica del Atlántico Norte se centra en los patrones de variabilidad atmosférica de baja frecuencia. El clima de verano en el sector norte del Atlántico europeo muestra un patrón principal de la variabilidad de año en año, aunque este patrón es más débil que la Oscilación del Atlántico Norte en invierno y está confinado a latitudes septentrionales. Por analogía, la comunidad climatólogica se refiere a este patrón como la Oscilación de Verano del Atlántico Norte (SNAO), que se define como la principal función ortogonal empírica de las anomalías estandarizadas de la presión atmosférica a nivel del mar para el dominio europeo durante los meses julio y agosto.

El índice de daños por inundación muestra evidencias que los clústeres de inundación encontrados en los periodos 1830-1851, 1881-1927, 1977-1990 y de 2005 hasta la actualidad, ocurren en su mayoría en fase con proxies paleoclimáticos y en la dinámica del Atlántico Norte. Estos episodios coinciden con los reportados para Suiza y en algunas zonas del continente europeo, como la República Checa, Italia y la mitad oriental de la Península Ibérica. Este vínculo no es tan estrecho cuando se compara con la ocurrencia de las inundaciones en Alemania. El análisis espectral cruzado entre la variabilidad solar e INU documenta que los ciclos detectados en el espectro de coherencia y en el de fase de 11 y 110 años están relacionados con una alta frecuencia de inundaciones y una actividad solar baja. Las periodicidades de los llamados "eventos de 100 años" se podrían explicar por los ciclos solares a escala centenaria, los cuales han sido también identificados en otros registros de inundaciones, incluyendo aquellos en el este de Francia, Suiza, Países Bajos, el Reino Unido, España y California. El análisis del modo principal de baja

frecuencia de variabilidad atmosférica muestra que las cuencas fluviales suizas situadas en el centro y en el flanco sur de los Alpes, se ven afectadas por áreas de inestabilidad atmosférica definidas por la fase positiva del patrón SNAO, mientras que las cuencas ubicadas en la vertiente norte de los Alpes están asociadas principalmente con la fase negativa. Además, un cambio en el patrón de variabilidad relacionado con las grandes inundaciones que se produjeron en el periodo 1800- 2010: la SNAO en fase negativa prevalece durante el atmosférica de baja frecuencia de circulación está último pulso frío de la Pequeña Edad de Hielo (clústeres de inundación: 1817-1851 y 1881-1927), y la fase positiva de SNAO emerge durante el clima más cálido en las últimas cuatro décadas (clústeres de inundación de 1977-1990 y de 2005 hasta la actualidad).

The study analyses the possible links between flood frequency in Switzerland and solar activity (exogenic forcing), volcanic eruptions, climate variability and the North Atlantic dynamics (endogenic forcings) over the last two centuries. The variability of floods in Switzerland for the period 1800-2010 has been determined from a high summer flood damage index (INU). The index considers severe and catastrophic floods from existing flood inventories, summarizing both the severity of these events and their spatial extent. Special attention will be focused also on the differences between flood dynamics at the northern and southern slopes of the Alps. The influence of solar forcing on flood frequencies is investigated applying a cross-spectral analysis to the sunspot record and INU. Finally, the analysis of the possible links between floods and North Atlantic dynamics is focused on the low-frequency atmospheric circulation patterns. Summer climate in the North Atlantic-European sector shows a principal pattern of year-to-year variability, although this pattern is weaker than the North Atlantic Oscillation in winter and is confined to northern latitudes. By analogy the climatology community refers to this pattern as the Summer North Atlantic Oscillation (SNAO), which is defined as the main empirical orthogonal function of the standardized anomalies of the European mean sea level pressure during July and August.

The flood damage index provides evidences that the 1830-1851, 1881-1927, 1977-1990 and 2005 to present flood clusters occur mostly in phase with paleoclimate proxies and North Atlantic dynamics. These episodes coincide with those reported from Switzerland and from some areas of the European continent such as the Czech Republic, Italy and the eastern half of the Iberian Peninsula. This link is not so close when compared with the flood occurrences in Germany. The cross-spectral analysis between solar variability and INU documents that the cycles detected in the coherency and phase spectra of 11 and 110 years are related to a high frequency of flooding and solar activity minima. The periodicities of so-called "100-year events" could be explained by centennial-scale solar cycles, which have also been identified in other flood records, including those in eastern France, Switzerland, Netherlands, the UK, Spain and California.

The analysis of the principal mode of low-frequency atmospheric variability shows that the Swiss river catchments situated on the centre and southern flank of the Alps are affected by atmospherically unstable areas defined by the positive phase of the SNAO pattern, while those

basins located in the northern slope of the Alps are predominantly associated with the negative phase of the pattern. Furthermore, a change in the low-frequency atmospheric circulation pattern related to the major floods occurred for the period 1800-2010: the Summer North Atlantic Oscillation persists in negative phase during the last cool pulses of the Little Ice Age (1817-1851 and 1881-1927 flood clusters), whereas the positive phase of SNAO prevail during warmer climate of the last four decades (flood clusters from 1977-1990 and 2005 to present).