Precipitació i circulacions mesoescalars en zones d’orografia complexa

Abstract

L’orografia té un impacte molt important en la circulació del vent i en la precipitació a totes les escales, des de la microescala fins a la macroescala. La complexitat i la singularitat de les interaccions entre el relleu i l’atmosfera fan que el seu estudi sigui complicat. En aquesta tesi es pretén aportar nous coneixements sobre aquestes interaccions, posant èmfasi en l’estudi de la microescala i la mesoescala. En la primera part s’ha realitzat una caracterització dels extrems absoluts de precipitació a Espanya a diverses escales temporals. S’ha estudiat que l’escalat d’aquestes dades és compatible amb una llei potencial del tipus R = a Db on R és la precipitació per a una pluja extrema de durada D. Els resultats mostren que la proximitat al mar i la influència orogràfica són elements claus en la localització d’aquests extrems a Espanya. En la segona part s’ha estudiat la precipitació hivernal i les circulacions de muntanya a la vall de la Cerdanya (Pirineus Orientals) des del punt de vista microfísic, utilitzant dades de sensors no convencionals, tant remots com in-situ. En concret, s’ha analitzat les mesures del disdròmetre Parsivel i del Micro Rain Radar (MRR) obtingudes durant la campanya experimental Cerdanya-2017, i s’han desenvolupat i aplicat noves metodologies per a l’anàlisi d’aquest tipus de dades descrivint i examinant els episodis de precipitació ocorreguts durant la campanya, tant de la neu com de la pluja des del punt de vista microfísic. En la tercera part s’ha estudiat com interacciona la circulació atmosfèrica a nivells baixos davant l’orografia costanera del litoral català. En concret, s’ha identificat i analitzat la resposta ageostròfica mesoescalar de l’aire en forma de corrents de densitat atrapades per la costa (CTDs en les seves sigles en anglès). Aquests estudis pretenen contribuir en l’aprofundiment del coneixement de les interaccions orogràfiques tant en la precipitació com en les circulacions mesoescalars induïdes pel relleu, de forma que a la llarga puguin contribuir a la millora les estimacions de precipitació en zones d’orografia complexa així com els models conceptuals i numèrics de predicció.

The orography of a region has a large impact on the precipitation and the circulation of the wind at all scales, from the microscale to the macroscale. However, the study the interactions between the relief and the atmosphere is difficult due to their singularity and complexity. This thesis intends to improve the knowledge of those interactions, with emphasis on microscale and mesoscale. The first part characterizes the absolute extreme precipitation records in Spain on different temporal scales. It has been stablished that these data are compatible with a power-law scaling R = a Db where R is the maximum rainfall record achieved during duration D. The results of this analysis show that the proximity to the sea and the orographic influence are key elements to achieve a record in Spain. Winter microphysical precipitation and mountain circulations in the Cerdanya valley (Eastern Pyrenees) have been studied in the second part of this thesis using non-conventional instrumentation both remote sensing and in-situ measurements. In particular, data from a Parsivel disdrometer and from a Micro Rain Radar (MRR) measured during the experimental campaign Cerdanya-2017 has been analyzed. New methodologies for the analysis of this kind of data have been developed and applied describing and analyzing the precipitation events occurred during the campaign for both the snow and rain have been analyzed from the microphysical perspective. The third part studies the interaction of the low-level atmospheric circulation and the coastal orography on the Catalan coast. Specifically, the mesoscale ageostrophic reaction of the air have been identified as Coastally Trapped Disturbances (CTDs). The results of these studies aim to contribute to a better understanding of the orographic interactions for both the precipitation and the mesoscale circulations in such a way they serve to eventually improve the precipitation estimates in complex orography areas and to make progress in the conceptual models and the numerical weather prediction.