Tornadic events in the Iberian Peninsula and Balearic Islands: characteristics and environmental conditions

Abstract

Tornadoes are the meteorological phenomenon which can produce the strongest surface wind on Earth, causing damage, injuries and fatalities. Several studies show that severe storm environments could be more frequent due to global warming, especially during the second half of the century. Thus, it is necessary to deep on tornado knowledge.

The main aim of this thesis is to study tornadic events in the Iberian Peninsula and Balearic Islands both to characterise them and to describe favourable conditions for tornadogenesis. The work is divided into three different blocks.

In the first part, a methodology to conduct wind damage field surveys for high-impact weather events of convective origin has been proposed. Moreover, orthophotographs have been used to identify areas affected by damaging winds, through the comparison of images taken before and after case studies. With both methods it is usually possible to know which phenomenon occurred (i.e. tornado or downburst) by studying the damage pattern, and to provide relevant data to complete severe weather databases.

In the second part, a tornado and waterspout database for Catalonia is built up, containing 434 cases for the period 2000-2019. In addition, an analysis of characteristics of tornadic events is also performed.

In the third part, sounding data has been used to describe different weather types in Catalonia, including days with tornadoes, by the calculation of several thermodynamic, kinematic and composite parameters. Furthermore, vertical temperature, humidity and wind profiles from tornado and waterspout events registered in the Iberian Peninsula and Balearic Islands between 1980 and 2018 have been analysed using ERA5 reanalysis Finally, Szilagyi nomogram has been tested to detect waterspout-related environments.

Results may contribute to enhance the detection and analysis of damaged areas due to strong- convective winds in the Iberian Peninsula and Balearic Islands. The tools presented here help to build up robust and homogeneous databases, and the analysis of favourable conditions for tornadogenesis carried out may be useful for forecasting and surveillance tasks. The improvement of typical tornadic environments detection is especially interesting for the area of study, as contains some of the regions where tornadoes are the most frequent in southern Europe.

Els tornados són el fenomen meteorològic que pot donar lloc als vents més forts en superfície a la Terra. Si bé a les Grans Planes dels Estats Units és on es registren fiblons amb més freqüència, a Europa també se n’observen, fins i tot amb danys milionaris, ferits i víctimes mortals. Diversos estudis apunten que podria augmentar la freqüència d’ocurrència d’entorns favorables per a tempestes violentes a causa de l’escalfament global, especialment durant la segona meitat de segle. Davant d’aquest escenari, cal aprofundir en el coneixement dels fiblons.

L’objectiu d’aquesta tesi és estudiar els tornados a la Península Ibèrica i a les Illes Balears, tant pel que fa a la caracterització dels episodis com pel que fa a les condicions favorables per a la seva formació. Per a aconseguir-ho, el treball s’estructura en tres blocs.

A la primera part s’estudien dos recursos que afavoreixen l’homogeneïtzació de les bases de dades de ventades fortes d’origen convectiu, amb l’objectiu que diferenciïn entre tornados i esclafits. Per una banda, es proposa una metodologia per a dur a terme treballs de camp. Per l’altra, s’utilitzen ortofotografies per a identificar les zones afectades per ventades fortes, mitjançant la comparativa d’imatges anteriors i posteriors als casos d’estudi. El patró de danys observat amb aquests dos mètodes sovint permet conèixer quin fenomen meteorològic ha tingut lloc i aportar dades rellevants per a completar les bases de dades.

A la segona part, es presenta una base de dades de tornados i mànegues marines registrats a Catalunya. En total hi consten 434 episodis observats entre els anys 2000 i 2019 procedents de diverses fonts d’informació, on destaquen mitjans de comunicació, bases de dades anteriors i xarxes socials. A més, s’ha dut a terme un procés de validació per a tots els casos recopilats mitjançant eines de teledetecció. A partir de les dades recollides, es fa una anàlisi de la distribució espacial i temporal dels episodis, de les característiques de les franges de danys i de l'impacte socioeconòmic. D’aquesta manera s’aconsegueix disposar d’una descripció completa d'aquests tipus de fenòmens i de les seves conseqüències.

A la tercera part, es caracteritzen els entorns típics per a diversos tipus de temps, estudiant amb especial atenció els dies de tornado i, sobretot, els episodis més intensos. En una primera anàlisi centrada a Catalunya, s’utilitzen radiosondatges per a estudiar diversos paràmetres termodinàmics, cinemàtics i compostos per a dies sense precipitació, dies de tempesta sense tornado, dies de tornado d’intensitat EF0, dies de tornado d’intensitat EF1 o superior i dies de mànega marina. Tot seguit, s’analitzen els perfils verticals de temperatura, humitat i vent corresponents als episodis de tornados i mànegues marines registrats a la Península Ibèrica i les Illes Balears entre els anys 1980 i 2018, utilitzant dades de la reanàlisi ERA5. A més, es testeja el nomograma de Szilagyi per a detectar els entorns favorables per a la formació de trombes marines.

Els resultats obtinguts contribueixen a millorar la detecció i l’anàlisi de les zones afectades per ventades fortes d’origen convectiu a la Península Ibèrica i les Illes Balears. Les eines que es

presenten demostren ser d’ajut per a elaborar bases de dades robustes i homogènies, les quals afavoreixen poder disposar d’una descripció detallada dels episodis de tornados. Per altra banda, l’anàlisi de les condicions favorables per a la tornadogènesi duta a terme pot ser d’ajut per a la predicció i la vigilància d’aquest tipus de fenòmens de temps violent. La millora en la detecció dels entorns típics d’episodis de tornados és d’especial interès, tenint en compte que l’àrea d’estudi engloba algunes de les regions on més se’n registren del sud d’Europa.