Les projeccions climàtiques a l’SMC

Des de 2008, l’SMC ha realitzat diversos projectes per tal d’elaborar projeccions regionalitzades del clima per al segle XXI a Catalunya. Tot seguit es mostren detalls d’aquests projectes.

Les variacions projectades dels escenaris ESCAT-2020 dels camps mitjans de temperatura, precipitació i diversos índexs climàtics relacionats per al període 2021-2050 poden ser utilitzades per a aquells investigadors i centres de recerca que ho desitgin, prèvia petició a dades.meteocat@gencat.cat

Primeres projeccions  (2008-2010)

El 2008, l’SMC va iniciar un projecte de tres anys per tal d’elaborar unes primeres projeccions regionalitzades del clima durant el segle XXI a Catalunya. Les projeccions que va realitzar l’SMC es van obtenir a través d’una tècnica de regionalització climàtica dinàmica (dynamical downscaling, en anglès) emprant el model mesoescalar MM5 niat a les condicions de contorn de les simulacions climàtiques del 4t Informe de l’IPCC (2007) obtingudes amb el model de circulació general acoblat atmosfera-oceà ECHAM5/MPI-OM a una resolució d’1,875º (aprox. 275 km). Es varen utilitzar tres dominis niats unidireccionalment de 135, 45 i 15 km de resolució horitzontal i 23 nivells verticals, i es varen emprar dos escenaris d’emissions possibles de l’Informe Especial sobre Escenaris d’Emissions (IEEE, Nakićenović et al., 2000) per a la generació de les projeccions regionalitzades: un de sever (A2) i l’altre moderat (B1). Per a fer l’anàlisi en detall de les principals variables en superfície (temperatura a 2 m, precipitació, humitat relativa de l’aire i velocitat del vent a 10 m), es van utilitzar les sortides del domini de 15 km.

Es va escollir el model MM5 perquè en aquell moment (any 2008) era un dels models numèrics de predicció a curt termini més àmpliament estesos entre la comunitat internacional de modelització atmosfèrica i un dels principals models operatius de predicció del temps a l’SMC. D’altra banda, es va escollir el model ECHAM5/MPI-OM perquè havia mostrat ser un dels models climàtics globals que reproduïen millor el clima actual de la Terra sota els forçaments radiatius coneguts i, en especial, a la zona Mediterrània.

Les dades d’aquestes projeccions van ser utilitzades per a diversos projectes tant d’àmbit català, com espanyol i europeu. Part dels resultats van publicar-se el 2010 al Segon Informe del Canvi Climàtic a Catalunya (SICCC), publicat amb una col·laboració entre l’Institut d’Estudis Catalans (IEC), el Consell Assessor per al Desenvolupament Sostenible (CADS), l’Oficina Catalana de Canvi Climàtic (OCCC) i el Servei Meteorològic de Catalunya (SMC).

Evolució temporal (1850-2100) de les anomalies projectades de temperatura mitjana anual a Catalunya a partir de totes les simulacions globals de l'informe de l'IPCC-AR4
Evolució temporal (1850-2100) de les anomalies projectades de precipitació mitjana anual a Catalunya a partir de les simulacions globals de l'informe de l'IPCC-AR4
Figura 1. Evolució de les anomalies mitjanes anuals de temperatura (a) i precipitació (b) per al conjunt de Catalunya per al període 1850-2100 obtingudes a partir de les simulacions de diferents models climàtics globals desenvolupades en el sí del quart informe de l’IPCC (IPCC-AR4). Període de referència 1961-1990. OBS són les observacions, TMA, temperatura mitjana anual, PMA, precipitació mitjana anual, mit., mitjana, evol., evolució, precip., precipitació, P5, percentil 5 del conjunt de valors anuals de les simulacions i P95, el percentil 95. Dades extretes del World Data Center for Climate (http://cera-www.dkrz.de/CERA/. Elaboració pròpia).

La figura 1 representa l’evolució anual de l’anomalia de temperatura i precipitació pel conjunt de Catalunya durant el període 1850-2100. Les dades són extretes de 40 simulacions realitzades amb 11 models diferents (48 i 13 respectivament pel cas de la precipitació) del quart informe de l’IPCC (2007), que combinen diversos escenaris d’emissions i diverses parametritzacions i sensibilitats climàtiques. Com a referència, també s’hi representen les anomalies mitjanes anuals observades de temperatura de 1869 a 2008 (dades extretes de Brunet et al. 2001, actualitzades amb dades de l’SMC) i de precipitació de 1898 a 2008 (Barrera-Escoda, 2008, actualitzades amb dades de l’SMC). Es pot observar com el rang de variabilitat produït pels models és comparable a l’observat o fins i tot major en el cas de la precipitació. És notable l’increment de temperatura projectat pels diferents models, el qual es troba fitat entre els 1,5ºC i 6ºC, amb un valor mitjà de 3,5ºC per a finals del s. XXI. Per altra banda, es veu que els valors de temperatura des de finals del segle passat es troben en el rang de valors del percentil 95 de les projeccions. Aquest fet posa de manifest que la gran majoria de models globals estan probablement subestimant l’augment en les temperatures i, per tant, l’augment projectat de temperatura per a aquest segle podria estar en la fita superior de les projeccions considerades. Finalment, caldria destacar la gran dispersió de resultats a l’evolució de la precipitació, tot i que malgrat aquesta diversitat de projeccions, domina la seva disminució al voltant d’un 25% cap a finals del s. XXI.

Informe escenaris climàtics segle XXI (2011)

El projecte ESCAT (2011-2012)

A finals de l’any 2011 es va iniciar aquest projecte desenvolupat entre el Barcelona Supercomputer Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) i l’SMC sobre projeccions climàtiques al Mediterrani nord-occidental a 10 km de resolució (1971-2050) mitjançant el model mesoescalar WRF-ARW. Els resultats del projecte es van presentar cap a finals del 2012. Es va escollir aquest model perquè és un dels principals models operatius de predicció a l’SMC i perquè actualment és un dels models numèrics de predicció a curt termini més àmpliament estesos entre la comunitat internacional de modelització atmosfèrica.

Per a desenvolupar les simulacions regionalitzades es van definir dos dominis d’integració niats unidireccionalment de 30 i 10 km sobre l’àrea d’interès i evitant discontinuïtats en els relleus orogràfics principals (veure figura 2). Es van emprar 33 nivells verticals sigma fins a un cim de l’atmosfera situat a 10 hPa, per tal de capturar adequadament els fenòmens de transport entre la troposfera i l’estratosfera. Les simulacions es van realitzar considerant tres escenaris d’emissions diferents: A2 (sever), A1B (intermedi) i B1 (moderat), definits a l’IEEE (2000) i dues simulacions globals del model de circulació general acoblat atmosfera-oceà ECHAM5/MPI-OM a una resolució d’1,875º (aprox. 275 km) de l’IPCC-Ar4.

Dominis d'integració de les simulacions del projecte ESCAT
Figura 2. Dominis d’integració definits al projecte ESCAT.

Aquestes projeccions van ser el conjunt de simulacions climàtiques a major resolució espacial que s’haguessin elaborat fins al moment (any 2015) a nivell de Catalunya i van servir de base per a elaborar l’Estratègia Catalana d’Adaptació al Canvi Climàtic (ESCACC) realitzada per l’Oficina Catalana del Canvi Climàtic (OCCC) a finals de l’any 2012.

Els principals resultats de l’anàlisi d’aquest conjunt de simulacions climàtiques sobre la temperatura de l’aire, la precipitació i la velocitat del vent van publicar-se en diferents articles en revistes de referència internacional (Gonçalves et al. 2014, Barrera-Escoda et al. 2014 i Gonçalves et al. 2015).

Informe escenaris ESCAT (2012)

Cap a finals del 2019 es va elaborar un informe d’avaluació sobre les simulacions de l’ESCAT comparant les projeccions del període 2001-2018 amb les observacions. A la següent figura es pot veure aquesta comparació de manera visual en l’evolució temporal de la anomalies projectades de la temperatura i precipitació mitjanes anuals on es pot observar que si bé les simulacions es van situar dins dels marges de tolerància estadística, és a dir, les projeccions van acotar satisfactòriament la variabilitat i l’evolució temporal d’ambdues variables, aquestes es van situar molt al límit, la realitat observada ha tendit a mostrar-se més extrema.

Figura 3. Evolució temporal (1971-2018) projectada de les anomalies mitjanes anuals de temperatura (en ºC, a dalt) i precipitació (en %, a baix) respecte dels seus valors mitjans (període de referència 1971-2018) per al conjunt de Catalunya a partir de les simulacions ESCAT regionalitzades a 10 km de resolució espacial.

Informe d’avaluació dels escenaris ESCAT (2019) (NOU)

El Tercer Informe del Canvi Climàtic a Catalunya (2014-2016)

L’SMC en col·laboració amb el Departament de Ciències de la Terra del Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), l’Institut Català de Ciències del Clima (IC3) i el Grup de Física Ambiental de la Universitat de Girona va desenvolupar un treball de síntesi de totes les simulacions climàtiques globals i regionalitzades existents (tant pròpies dels diferents membres com de projectes internacionals per al període 1971-2050) a la Mediterrània nord-occidental per a la redacció del capítol sobre simulacions climàtiques del Tercer Informe del Canvi Climàtic a Catalunya (TICCC) que es va publicar a finals de l’any 2016 (Capítol 5 del TICCC). Els principals resultats d’aquest estudi estan sent de gran utilitat per a l’avaluació dels impactes del canvi climàtic en diferents sectors socioeconòmics i per a la presa de decisions per part del Govern de la Generalitat.

Evolucions temporals projectades (1971-2050) de les anomalies mitjanes anuals de temperatura (dalt) i precipitació (baix) per a Catalunya a partir d'un conjunt de simulacions regionalitzades
Figura 4. Variacions projectades de la temperatura (a dalt) i de precipitació (a baix) mitjanes anuals per a Catalunya, com a resultat dels projectes de regionalització considerats al Capítol 5 del TICCC. Es mostra el període de referència (1971-2000) i el que va des de just abans de l’inici del primer horitzó considerat (2011) fins al final del segon (2050). La línia fosca representa la mediana, any a any, mentre que l’ombrejat és limitat pels percentils 5 i 95. La línia discontinua representa els valors observats, extrets del BAIC 2014 (2015).

Capítol 5 del TICCC (2016)

Simulacions regionalitzades estadísticament: Projecte ESAMB (2014-2016) i ESCAT-2020 (2016-2020)

A partir de l’any 2012, l’SMC des l’Àrea de Recerca Aplicada i Modelització va donar un fort impuls en l’ús de tècniques de regionalització estadística a molt elevada resolució espacial per a la predicció meteorològica probabilística municipal de la precipitació i la temperatura de manera operativa i automàtica. Per això va desenvolupar el model PRESCAT (PRedicció EStadística per conjunts a CATalunya). Dins d’aquesta mateixa línia, l’any 2014 es va començar el desenvolupament de noves projeccions climàtiques a molt elevada resolució a Catalunya. El baix cost computacional de la regionalització estadística va facilitar poder treballar amb més d’un model global i simular el clima futur a Catalunya a elevada resolució espacial fins al 2100.

El projecte Generació d’escenaris climàtics futurs a molt alta resolució a l’Àrea Metropolitana de Barcelona (ESAMB, 2014-2016) cofinançat per l’Àrea Metropolitana de Barcelona (AMB) dins del Pla de Sostenibilitat de l’AMB (PSAMB) es va basar també en el concepte de la regionalització estadística per tal d’obtenir projeccions climàtiques futures a 1 km de resolució. La tècnica estadística emprada – el mètode dels anàlegs – es basa en l’analogia entre estats meteorològics: es cerca el conjunt de dies passats amb dades predictores de major similitud amb el dia problema futur (dies candidats), per tal de transferir el valor (predictands) del millor anàleg. Aquesta tècnica es basa en el Mètode Estadístic de Regionalització a Catalunya (MERCAT), desenvolupat durant la tesi d’Altava-Ortiz (2010), però actualitzat i millorat per a l’elaboració del model PRESCAT i l’execució del projecte ESAMB.

Esquema de les interaccions entre la circulació sinòptica, la mesoescalar i l'orografia a Catalunya
Figura 5. Esquema per a Catalunya on es mostra el vincle que s’estableix entre les dades predictores (cercles negres), provinents dels models globals, i les predictands (cercles blaus), corresponents a observacions en superfície per a una situació meteorològica donada. Aquesta relació entre variables predictands i predictores permet estimar els valors de temperatura i precipitació previstos a partir de les simulacions futures dels models globals (Adaptada d’Altava-Ortiz, 2010).

En el projecte ESAMB es van utilitzar les simulacions de tres models globals de l’IPCC-AR5 (2013): MPI-ESM (model alemany), el GFDL-ESM2G (model americà) i CanESM2 (model canadenc), forçades amb les concentracions històriques de CO2 a l’atmosfera per al període 1971-2005 (període de control). Els escenaris d’emissions contemplats són el RCP2.6 (moderat), RCP4.5 (intermedi) i RCP8.5 (intensiu) per al període 2006-21000. Aquests models tenen una resolució horitzontal d’1,9°; 2°x2,5° i 2,8° i un nombre de nivells verticals de 47, 24 i 40, respectivament. El model alemany és un dels que reprodueix millor les característiques espai-temporals del clima actual a Europa i l’Atlàntic nord i, en especial, a la zona Mediterrània.

Al portal web de l’AMB hi ha un visor que mostra en línia com variarà la temperatura, la precipitació i els seus índexs climàtics principals en el territori metropolità segons diferents escenaris climàtics futurs donats per la combinació de les regionalitzacions estadístiques basades en tres models globals (alemany, americà i canadenc) forçats amb tres escenaris d’emissions diferents (RCP2.6, RCP4.5 i RCP8.5).

Dossier d’escenaris climàtics futurs a l’AMB (2017)

Informe final del projecte ESAMB (2017)

Després de realitzar el projecte ESAMB, durant els anys posteriors es van ampliar totes les simulacions realitzades per tal de cobrir tot el territori català (a excepció de les comarques nord-catalanes) així com unes petites millores de les simulacions prèvies. Aquest nou conjunt de simulacions rep el nom d’ESCAT-2020. Aquestes simulacions han de servir per a l’elaboració de la nova Estratègia Catalana d’Adaptació al Canvi Climàtic (ESCACC30) per al període 2021-2030 i per part de l’Oficina  Catalana del Canvi Climàtic, la qual ha de substituir l’estratègia vigent (2013-2020).

Informe complet de les projeccions ESCAT-2020 (NOU)

Resum executiu de les projeccions ESCAT-2020 (NOU)

CMIP5: Simulacions globals de l’IPCC-AR5 (2013)

El conjunt de simulacions globals desenvolupades per a la redacció del cinquè informe de l’IPCC (IPCC-AR5; IPCC, 2013) reben el nom de CMIP5 (Climate Models Intercomparison Project 5, Projecte d’Intercomparació de Models Climàtics 5). En aquest conjunt de simulacions hi ha un total d’entre 20 i 50 models segons l’escenari d’emissions, per al període 1850-2100, les quals s’han anat publicant, parcialment o total, des del 2014 fins al 2017, en els principals repositoris de dades climàtiques del món, com són el CERA-WDCC (-World Data Center for Climate, Centre Mundial de Dades Climàtiques, Alemanya),  CEDA (Centre for Environmental Data Analysis, Centre per a l’Anàlisi de Dades Ambientals, RU), ESGF (Earth System Grid Federation, Federació de Malles de dades del Sistema Terra, IPCC). Les simulacions del CMIP5 combinen diversos escenaris d’emissions i un nombre important de models globals amb diverses parametritzacions i sensibilitats climàtiques.

Una anàlisi del conjunt de simulacions del CMIP5 per a Catalunya (figura 5 dalt) ens permet concloure, comparant amb les anomalies mitjanes anuals observades de temperatura i precipitació de 1950 a 2017 del BAIC (2018), que el rang de variabilitat produït pels models globals és comparable a l’observat o fins i tot major en el cas de la precipitació.

El conjunt de projeccions durant el segle XXI del CMIP5 apunten cap a un augment de la temperatura mitjana anual per a finals de segle es troba entre 0,8 i 6 °C respecte la mitjana climàtica del període 1971-2000, amb un rang més probable per aquest augment d’1,5-4,5 °C.

En canvi, per a la precipitació mitjana anual (figura 5 baix) es projecta una important variabilitat interanual durant tot el segle XXI, amb un ventall de variació per a finals de segle d’entre -40 i +35 % %, respecte la mitjana climàtica del període 1971-2000. Tot i així, el rang més probable de variació és d’entre -5 i -25 %.

Evolució temporal projectada (1850-2100) de les anomalies mitjanes anuals de temperatura (dalt) i precipitació (baix) segons les simulacions globals de l'IPCC-AR5 a Catalunya.
Figura 6. Evolució de les anomalies mitjanes anuals de temperatura (dalt) i precipitació (baix) per al conjunt de Catalunya per al període 1850-2100 obtingudes a partir de les simulacions de diferents models climàtics globals desenvolupades en el sí del cinquè informe de l’IPCC (IPCC-AR5). Període de referència 1971-2000. OBS són les observacions; TM, temperatura mitjana; PPT, precipitació; evol., evolució; mod., models; sim., simulacions; CTROL, simulacions de control (forçades amb els forçaments climàtics mesurats); RCP2.6, simulacions forçades amb l’escenari RCP2.6; RCP4.5, ídem amb l’escenari RCP4.5; RCP6.0, ídem amb l’escenari RCP6.0; RCP8.0, ídem amb l’escenari RCP8.0; p5 és el percentil 5 del conjunt de valors anuals de les simulacions; p50, el percentil 50 i p95, el percentil 95. Dades extretes del World Data Center for Climate (http://cera-www.dkrz.de/CERA/. Elaboració pròpia).

Altres iniciatives sobre regionalització climàtica a la península Ibèrica

Fins a la dècada del 2010 existien pocs treballs a l’àmbit català o de la Mediterrània més occidental que haguessin abordat el tema de la regionalització climàtica a altes resolucions espacials (≤ 15 km). Els últims anys, des de diversos centres d’investigació, s’han desenvolupat i es continuen desenvolupant un conjunt de simulacions regionalitzades, fins a 12,5 km, en el marc del projecte de coordinació internacional CORDEX (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment, Experiment Coordinat de Regionalització Climàtica Regional). Aquest projecte marc va ser iniciat pel World Climate Research Programme (Programa Mundial d’Investigació del Clima, WCRP) de l’OMM el 2009, en resposta a la necessitat d’un marc coordinat per tal d’avaluar i millorar les tècniques de regionalització dinàmica del clima, i produir una nova generació de projeccions climàtiques regionalitzades a gran escala per a diferents zones del món, entre les quals destaquen per als nostres interessos: Europa (Regió 5, EURO-CORDEX) i el Mediterrani (Regió 12, MedCORDEX).

Anteriorment al projecte CORDEX, els treballs que hi havia publicats o que estaven en curs se centraven en l’ús de tècniques estadístiques de regionalització. Així, l’informe de Brunet et al. (2009) presentava projeccions a nivell de tota la Península Ibèrica (PI), a uns 50 km de resolució espacial, i emprant diferents tècniques estadístiques a partir de models globals del Tercer Informe de l’IPCC (2001, IPCC-AR3), els resultats de les quals són comparats amb les simulacions regionals climàtiques del projecte europeu PRUDENCE (Dequé et al. 2005), amb resolucions espacials de 50−70 km. Aquest informe es va ampliar amb una segona fase, amb l’informe de Morata Gasca (2014), en el qual va realitzar-se una nova regionalització estadística a partir de diferents models globals del Quart Informe de l’IPCC (2007, IPCC-AR4), juntament amb una anàlisi dels resultats d’una sèrie de regionalitzacions dinàmiques a una resolució espacial de 25 km, realitzades durant el projecte europeu ENSEMBLES (Van der Linden i Mitchell, 2009).

Entre els pocs treballs que s’havien fet a Catalunya a molt alta resolució, cal citar la tesi doctoral d’Altava-Ortiz (2010), la qual presentava projeccions només per a la precipitació, per a tot el s. XXI i al nord-est de la PI a través d’un mètode d’anàlegs aplicat al model ECHAM5/MPI-OM, a uns 5 km de resolució espacial. A nivell de l’estat espanyol, tampoc hi havia molts estudis per a generar escenaris regionalitzats a alta resolució, però es pot citar el de Gutiérrez et al. (2010), en el qual es van elaborar projeccions de temperatura i precipitació per a Cantàbria, a resolucions espacials de tant sols 1 km, i utilitzant una única tècnica de regionalització estadística a partir de tres models globals de l’IPCC (2007). Un altre exemple, era el treball de Montávez (2008), en el qual es van realitzar un conjunt de projeccions regionalitzades a partir d’una tècnica dinàmica per a tota la PI a una resolució espacial de 30 km i per al SE de la PI fins a 10 km de resolució.

Cap a l’any 2012-2013 cal esmentar la publicació dels resultats dels projectes espanyols ESCENA (Jiménez-Guerrero et al. 2013) i ESTCENA (Gutiérrez et al. 2012) dins del Plan Nacional de Adaptación al Cambio Climático (PNACC), en els quals es van desenvolupar projeccions regionalitzades del clima de la PI per al s. XXI, a uns 20 km de resolució espacial i amb tècniques de regionalització només dinàmiques o estadístiques, respectivament a partir de models globals de l’IPCC-AR5. Finalment, cal destacar també l’estudi realitzat per la Universitat de Granada, que van desenvolupar una regionalització dinàmica a 10 km amb el model WRF-ARW per a finals del s. XXI, niats als models globals de l’IPCC-AR4 ECHAM5/MPI-OM i CCSM3 (Argüeso et al. 2012).

Referències

Data d'actualització: 21.10.2020