Caracterització de la precipitació i canvi climàtic en àrees de muntanya. El cas dels Pirineus

Abstract

Per la seva altitud i localització en una àrea de transició climàtica entre el domini temperat i humit de latituds més septentrionals, i el domini càlid i sec de latituds subtropicals, el Pirineu esdevé una àrea d’elevada variabilitat termo-pluviomètrica. El fet anterior, lligat amb l’actual procés de canvi climàtic, reforça l’interès per conèixer els canvis en el comportament dels centres d’acció atmosfèrics que expliquen les dinàmiques pluviomètriques d’aquesta regió. Els objectius generals d’aquesta tesi doctoral s’han centrat a 1) caracteritzar els principals patrons sinòptics que condicionen la pluviometria del Pirineu; 2) construir un entorn repetible que permeti aquesta caracterització mencionada anteriorment, però traslladable a qualsevol indret del planeta; 3) finalment, analitzar les característiques futures del clima pirinenc, centrant la mirada en els períodes perllongats sense precipitació i d’altes temperatures. Els resultats obtinguts han permès caracteritzar sinòpticament les principals situacions sinòptiques que determinen la pluviometria del Pirineu, de forma general, però també per a casos extrems (≥ 100 mm/24h). Fruit d’aquesta relació entre els patrons sinòptics i la precipitació diària, s’ha proposat una metodologia que permet l’obtenció de regions categòriques explicatives dels principals patrons pluviomètrics de la regió, així com establir-ne la seva pròpia tendència pluviomètrica. Precisament, aquestes tendències regionals han permès quantificar un descens estadísticament significatiu de la precipitació anual a l’àrea més meridional del Pirineu. Aquest flux metodològic ha estat implementat en una llibreria en llenguatge de programació R, anomenada synoptReg, la qual cobreix 1) la descàrrega de dades de reanàlisi atmosfèrica; 2) la computació d’una classificació sinòptica; 3) l’espacialització dels valors diaris de precipitació en relació a cada patró sinòptic; i culmina amb 4) la regionalització categòrica d’aquests patrons de precipitació. Finalment, i pel que fa a l’evolució futura de les sequeres meteorològiques –conegudes com a ratxes seques– i de la temperatura màxima extrema que es produeix en el seu interior, en un escenari intermedi d’emissions d’efecte hivernacle (RCP4.5), l’augment del risc induït per aquestes dues variables es veurà incrementat a causa d’un fort augment de la temperatura extrema. En canvi, sota un escenari d'altes emissions (RCP8.5), els riscos futurs induïts per aquests extrems compostos seran conseqüència d'un increment, tant de la temperatura extrema interna, com de la longevitat d’aquests períodes secs de llarga durada, sobretot durant la primavera. D’aquesta manera, aquesta tesi aborda diferents perspectives climàtiques d’elevat interès per a la població pirinenca, però també per a les regions circumdants que es beneficien dels recursos que ofereix la serralada més important de l’Europa central, amb el permís dels Alps.

As a result of their altitude and location within a zone of climatic transition between the warm wet domain of the more northern latitudes, on one hand, and the warm dry domain of the subtropical latitudes, on the other, the Pyrenees now constitute an area of high thermo-pluviometric variability. This fact, together with the current process of climate change, calls for more in-depth study of changes in the behaviour of the atmospheric centres of action accounting for the pluviometric dynamics in this region. The general objectives of the present doctoral thesis focus upon 1) characterising the principal synoptic patterns governing pluviometry in the Pyrenees; 2) constructing a reproducible environment to enable the above mentioned characterisation, which can also be applied to any region on the planet; 3) and lastly, on analysing the future characteristics of the climate of the Pyrenees, highlighting prolonged periods with high temperatures and no precipitation. The results obtained have enabled a synoptic characterisation of the main synoptic situations determining the pluviometry of the Pyrenees in general terms, but also in reference to extreme events (≥100 mm/24h). Resulting from this relationship between the synoptic patterns and daily precipitation, a methodology has been proposed which establishes the categorical regions accounting for the principal pluviometric patterns in the zone and reveals their own pluivometric tendencies. Indeed, these regional tendencies have enabled quantification of a statistically significant decrease in annual precipitation in the southernmost area of the Pyrenees. This Methodological flow has been implemented in a library in the R programming language, known as synoptReg, and which addresses 1) downloading of data on atmospheric reanalysis; 2) computing of a synoptic classification; 3) spatialization of daily precipitation values in relation to each synoptic pattern; and finally, 4) a categorical regionalisation of these precipitation patterns. Lastly, with regard to the future evolution of droughts –known as dry spells– and of the extreme maximum temperatures during these, in an intermediate scenario of greenhouse emissions (RCP4.5), the increased risk caused by the combination of these two variables will be even greater due to a sharp increase in extreme temperatures. On the other hand, within a high-emissions scenario (RCP8.5), the future risks caused by these compound extremes will result from an increase in both the maximum extreme temperature and in the duration of these long-lasting dry periods, particularly during the spring. Thus, the present thesis addresses different climatic perspectives of great interest for the population of the Pyrenees area, but also for the surrounding regions that benefit from the resources provided by this mountain range, which is the most important in central Europe, with the exception of the Alps.