Variabilidad espacio-temporal de la temperatura del aire en Cataluña

Abstract

La tesis tiene un doble objetivo general. En primer lugar, evaluar la evolución experimentada por la temperatura en Cataluña durante la segunda mitad del siglo XX, caracterizando la diversidad espacial y temporal térmica catalana en función de áreas climáticas definidas por una evolución térmica similar. <br/>En segundo lugar, examinar los modos acoplados de variabilidad de la temperatura de superficie en Cataluña con diversos índices teleconectivos que rigen la evolución de la señal térmica en las diferentes áreas climáticas singularizadas en el territorio catalán. <br/>Para ello se parte de una base de datos de temperatura sometida a control de calidad y homogénea (NESATv2) y se aplican diversas técnicas de análisis estadístico. En primer lugar se realiza un Análisis de Componentes Principales para identificar zonas con comportamiento térmico temporal homogéneo en las dos escalas en que se realiza el análisis, anual y mensual. En segundo lugar, se aplica un Análisis de Conglomerados a las variables en escala mensual obtenidas en los análisis anteriores para identificar el periodo intranual en que se diferencian determinados patrones térmicos para cada uno de los tres promedios de temperatura. <br/>Para evaluar la existencia de similitudes entre la evolución de las señales térmicas catalanas y la de los índices teleconectivos se determinan las correlaciones de Pearson entre las series temporales de temperatura y las series temporales de los índices teleconectivos, obteniendo coeficientes de correlación que indican la intensidad, dirección y significación estadística de la relación entre dos variables. Con aquellos modos de variabilidad atmosférica que mayor relación presentan con la temperatura se realiza un Análisis de Regresión Múltiple, con objeto de cuantificar la intensidad de la relación entre la temperatura y los índices teleconectivos escogidos.<br/>A partir de este tipo de análisis, que no se ha realizado con anterioridad para las temperaturas en Cataluña, aunque si en otros territorios o para otras variables climáticas, se derivan las siguientes conclusiones generales.<br/>Se detecta la existencia en el territorio catalán de 4 patrones espaciales de temperatura, que identifican áreas con una evolución térmica interanual homogénea. Estos cuatro patrones espaciales (Litoral, de Montaña, Noroccidental, y de Depresión Occidental) presentan una considerable variabilidad intranual. <br/>Durante los meses estivales se diferencian dos patrones: el patrón Litoral y el patrón Noroccidental. El patrón Litoral es el que tiene una mayor contribución al incremento térmico detectado en la temperatura durante los meses estivales, especialmente durante el mes de agosto. En el sector definido por el patrón Noroccidental, el tercio noroccidental del territorio catalán, el incremento térmico, aunque también se produce, es mucho más moderado. La evolución que presentan las temperaturas catalanas durante los meses de verano se relacionan principalmente con la temperatura superficial del Mediterráneo Occidental, el patrón del Atlántico Este-Jet y el patrón Asiático de Verano.<br/>En los meses de carácter más invernal (noviembre, diciembre y enero) se diferencian dos patrones espaciales de temperatura: el patrón de Montaña y el patrón de Depresión Occidental. El patrón de Montaña agrupa los sectores del territorio catalán situados en zonas de montaña media y alta, mientras que el patrón de Depresión Occidental engloba principalmente las áreas deprimidas de la Depresión Central Catalana y el litoral meridional. Estos patrones térmicos se relacionan con la evolución del patrón del Atlántico Este/Rusia Occidental y con el patrón Polar/Euroasiático.<br/>En los meses comprendidos entre febrero-mayo y septiembre-octubre se produce una transición entre los patrones espaciales de temperatura de características estivales y los propiamente invernales, así como en los patrones teleconectivos que mayor influencia ejercen sobre el comportamiento térmico.<br/>Hay que señalar que en determinados casos la relación entre la evolución térmica catalana y los patrones teleconectivos muestra un desfase de uno o dos meses, con lo que el comportamiento de estos modos de variabilidad atmosférica tiene un valor predictivo sobre la evolución de la temperatura en Cataluña.

This PhD has a double general aim. First, to assess Catalonian temperature's evolutions during the second half of the 20th century, tending to characterize its spatial and temporal patterns by establishing the spatial patterns of Catalonian temperature change; and second, to examine coupled modes of temperature variability in order to establish meaningful relationships between Catalonian temperature variability and large-scale atmospheric anomaly patterns. <br/>In order to reach these aims, I used the NESATv2 (Northeastern Spain Adjusted Temperature) dataset, which includes homogenized monthly values of maximum and minimum temperatures for the 23 longest and available Catalonian stations records. To this data, I applied a Rotated Principal Component Analysis (RPCA) for identifying areas with a homogeneous time signal of temperature. This analysis has been completed using a Cluster Analysis with the Principal Components obtained, in order to identify monthly variability of these spatial temperature patterns. <br/>To evaluate the temperature and teleconnections relationship, I employed, first, Pearson correlations between monthly principal components time-series of temperature and monthly time-series of teleconnections indices for the same month and for the 1st and 2nd former months, for testing any relationship lag. And second, a Multiple Regression Analysis is performed between those atmospheric patterns that present the largest and significant correlation with their corresponding Catalonian temperature series, in order to quantify the magnitude of this relationship.<br/>The main results of this work highlight the existence of 4 temperature's spatial patterns (Littoral, Mountain, North-western, and Western Basin), which identify areas with a homogeneous inter-annual evolution; at the same time, they present a different intraannual variability.<br/>During summer's months two patterns reach a prominent representation differ: the Littoral's pattern and the Noroccidental one. The largest contribution to the regional warming during summertime is due to the Littoral's pattern, especially for August; meanwhile over the so-called North-western's pattern, which is integrated by the most northwestern part of Catalonia, its contribution, although it also takes place, is much more moderate. Catalonian summer's temperature variability is mainly associated to the Western Mediterranean Basin's sea surface temperature evolution, as well as influenced by leading modes of atmospheric variability like the East Atlantic-Jet pattern and Asian Summer pattern.<br/>For November, December and January two main temperature's patterns are identified: the Mountain's pattern and the Western Basin's pattern. The Mountain's pattern integrates areas of mid and high Mediterranean mountains, whereas the Western Basin's pattern principally includes inland lowlands of the Ebro River's western basin and the southernmost coastal areas. These temperature patterns are mainly related to evolution of East Atlantic/Western Russia pattern and North Atlantic Oscillation.<br/>During February and May, as well as for September and October a transition takes place between characteristics attributed to summer temperature's spatial patterns and those established for winter, as well as in the teleconnection indices that exercise the largest influence on the temporal temperature's behavior.