Organització espacial i temporal de la pluja a l'àrea metropolitana de Barcelona

Abstract

In order to avoid the catastrophes caused by intense or even moderately intense, rainfall episodes, it is essential to have as exhaustive a knowledge as possible of the behaviour of the same. We have a source of information to study these behaviours with the data provided by rain gauges. Our work is based on data obtained from the dense network of rain gauges that the companies CLABSA / BCASA have been managing in the metropolitan area of Barcelona. Chronological series of rainfall data from 1994 to 2019, over 25 years, are currently available. This means that the results obtained with them are beginning to have climatic significance and statistical robustness. With this information we have done three types of studies, temporal, spatial and kinematic. With the first two we have completed and updated previous studies with more data, while the kinematic studies are the first to be obtained in the Barcelona area. Temporality studies are made by obtaining the intensity-duration-frequency (IDF) curves where we present the rainfall intensity as a function of its duration for different return periods. We do this individually for each of the stations in the network as well as for certain groupings of them, for example maximum value groupings. In all cases we can say that the results obtained are compatible and complement the results obtained previously with less data. Having the data from a network of rain gauges allows, among other things, to study the spatial structure of storms. In relation to this study we have calculated the number of independent stations which are equivalent to the network for the different rainfall durations. It is seen that this number is a value that decreases exponentially with the duration of the storms towards the value 1 (an independent station) and that for short durations five independent stations are enough to represent the urban network . We have designed a network of points, with a spacing of 300 m between them, so that with the Barnes interpolation method we assign to each of them a precipitation value. Using the experimental data of the stations we have studied the areal reduction factors (ARF) which should also allow us to obtain estimates of precipitation in a given area as a function of its value at a point. These calculations are again fundamentally compatible with the results obtained previously. We continue our work, taking advantage again that we have data from the network of rain gauges, with a study of the kinematics of rainfall. We assume that the storms are endowed with a constant speed and that the different properties studied, such as the "beginning of the rain" or the "first maximum intensity", have the same speed. The results indicate that not all the properties studied have exactly the same speed and to think that a rain has a constant speed is only an approximation. We end our work by extrapolating the temporary study methods to the data provided by different climate models applied in the Barcelona area and for the 21st century. These models provide data for daily time intervals, and we used downscaling techniques to obtain sub-daily time estimates so that we were able to perform a complete IDF time study.

Per evitar les catàstrofes ocasionades per les pluges intenses, o fins i tot moderadament intenses, és imprescindible tenir un coneixement, tan exhaustiu com sigui possible, del comportament de les mateixes. Una font d'informació, per poder fer els estudis d'aquests comportaments, la tenim amb les dades que ens proporcionen els pluviòmetres. El nostre treball es fonamenta en les dades obtingudes de la xarxa densa de pluviòmetres que les empreses CLABSA i BCASA han estat gestionant a la zona metropolitana de Barcelona. Actualment disposem de series cronològiques de dades pluviomètriques des del 1994 fins el 2019, una mica més de 25 anys, que suposa que els resultats obtinguts amb les mateixes comencen a tenir significació climàtica i robustesa estadística. Amb aquestes informacions hem fet tres tipus d'estudis, temporals, espacials i cinemàtics. Amb els dos primers hem completat estudis anteriors amb més dades i els estudis cinemàtics són els primers que s'han obtingut per l'àrea barcelonina. Els estudis de temporalitat es fan amb l’obtenció de les corbes d’intensitat-duració-freqüència (IDF) on presentem la intensitat de la pluja en funció de la duració de la mateixa per diferents períodes de retorn. Això ho fem individualment per cadascuna de les estacions de la xarxa així com per determinades agrupacions de les mateixes, per exemple agrupacions de valor màxim. En tots els casos podem afirmar que els resultats obtinguts són compatibles i complementen els resultats obtinguts amb anterioritat amb menys quantitat de dades. Disposar de les dades d’una xarxa de pluviòmetres permet, entre d'altres coses, estudiar l'estructura espacial de les tempestes. En relació amb aquest estudi hem calculat el nombre d'estacions independents i equivalents a la xarxa per les diferents durades de les pluges. Es veu que és un valor que decreix exponencialment amb la durada de les tempestes cap al valor 1 (una estació independent) i que per durades curtes es tenen cinc estacions independents. Hem dissenyat una xarxa de punts, amb un espaiat de 300 m entre ells, de forma que amb el mètode d’interpolació de Barnes assignem a cadascun d'ells un valor de precipitació. Fent ús de les dades experimentals de les estacions hem estudiat els factors de reducció areal (areal reduction factors: ARF) que també ens ha de permetre obtenir estimacions de la precipitació a una determinada zona en funció del valor de la mateixa a un punt. Aquests càlculs tornen a ser fonamentalment compatibles amb els resultats obtinguts amb anterioritat. Continuem el nostre treball, aprofitant de nou que tenim dades de la xarxa de pluviòmetres, amb un estudi de la cinemàtica de les tempestes. Suposem que les tempestes estan dotades d'una velocitat constant i que les diferents propietats estudiades, com per exemple el “començament de la pluja” o el “primer màxim d'intensitat”, tenen aquesta mateixa velocitat. Els resultats ens indiquen que no totes les propietats estudiades tenen exactament la mateixa velocitat i pensar que una pluja presenta una velocitat constant és només una aproximació. Finalitzem el nostre treball extrapolant els mètodes d'estudi temporals a les dades proporcionades per diferents models climàtics, aplicats a la zona barcelonina i pel segle XXI. Aquests models proporcionen dades per intervals temporals diaris i hem fet ús de tècniques de downscaling per obtenir estimacions temporals sots-diàries de forma que hem pogut fer un estudi temporal de les IDF complet.