Aproximación al comportamiento intraanual de las temperaturas diarias en el suroeste de la península ibérica

R evista de C limatolog´ ıa R evista de C limatolog´ ıa R evista de C limatolog´ ıa R evista de C limatolog´ ıa Vol. 3 (2003): 17-26 ISSN 1578-8768 c Copyright de los autores de cada art´ ıculo. Se permite su reproducci´ on y difusi´ on por cualquier medio, siempre que se haga sin inter´ es econ´ omico y respetando su integridad Aproximaci´ on al comportamiento intraanual de las temperaturas diarias en el suroeste de la Pen´ ınsula Ib´ erica Leoncio Garc´ ıa Barr´ on1y MaFernanda Pita2 1Dpto. de F´ ısica Aplicada II. Univ. de Sevilla <[email protected]> 2Dpto. de Geograf´ ıa F´ ısica y AGR. Univ. de Sevilla (Recibido: 17-Oct-2003. Publicado: 14-Nov-2003) Resumen Con base en los datos de las series temporales de temperaturas diarias, m´ aximas y m´ ınimas, de los observatorios de la regi´ on suroccidental espa˜ nola se realiza el an´ alisis del comportamiento intraanual de las mismas. Se obtienen las funciones de ajuste que representan la evoluci´ on estacional y anual, y se analizan las disimilitudes observadas entre las temperaturas m´ aximas y m´ ınimas. Se muestra que los distintos observatorios de la regi´ on responden a caracter´ ısticas evolutivas similares, lo que permite, desde esta perspectiva, englobarlos en el mismo ´ ambito clim´ atico. Palabras clave: temperaturas diarias, evoluci´ on intraanual, r´ egimen de temperaturas, ´ ambito clim´ atico, suroeste peninsular. 1. Introducci´ on Los estudios clim´ aticos realizados a partir de series de variables meteorol´ ogicas, y en particular de temperaturas, consideran generalmente series mensuales, estacionales o anuales de a˜ nos consecutivos. En realidad, los elementos que constituyen cada serie corresponden a periodos de la misma denominaci ´ on, y por tanto con la misma ubicaci´ on relativa en el ciclo anual, pero no consecutivos en s´ ı mismos. Representan valores de las temperaturas de a˜ nos sucesivos que no hacen referencia a magnitudes observadas sino calculadas matem´ aticamente. Sin embargo, los valores diarios de las temperaturas, m´ aximas o m´ ınimas, se refieren a una magnitud f´ ısica observable y continua, cuyos valores se registran cada d´ ıa. Por tanto, la serie diaria es una sucesi´ on temporal discreta de observaciones e independiente de las agrupaciones que de forma artificial puedan efectuarse. Por otra parte, si deseamos determinar el comportamiento intraanual de las temperaturas a lo largo de un conjunto de a˜ nos, tambi´ en podemos obtener el promedio de las temperaturas correspondientes a las mismas fechas en las distintas anualidades. No son muy frecuentes las referencias bibliogr´ aficas alusivas al r´ egimen intraanual de las temperaturas diarias, sin embargo, pensamos que su consideraci´ on puede poner de manifiesto peculiaridades que de otro modo pasar´ ıan inadvertidas, complementando as´ ı a otros estudios relativos a la evoluci´ on de las temperaturas mensuales y anuales. En consecuencia, hemos decidido realizar aqu´ ı una primera aproximaci´ on a este tema en el suroeste de la pen´ ınsula Ib´ erica a partir del an´ alisis de dos aspectos fundamentales: Las caracter´ ısticas internas de las series estacionales de temperaturas m´ aximas y m´ ınimas en diferentes observatorios de la regi´ on. El grado de asociaci´ on existente entre los valores de temperaturas m´ aximas y m´ ınimas. 18 REVISTA DE CLIMATOLOG´ IA, VOL. 3 (2003) 2. Periodo de registros y observatorios Para establecer la duraci´ on del periodo de observaciones conducente a conclusiones v´ alidas sobre el r´ egimen t´ ermico intraanual, hemos decidido adaptarnos al ciclo de actividad solar, porque, a´ un cuando esta periodicidad no se manifiesta de manera estricta en la evoluci´ on de las temperaturas, puede aceptarse que la energ´ ıa solar recibida es un factor primordial en la regulaci´ on de su comportamiento. Por otro lado, al ser la temperatura una magnitud dotada de una variabilidad temporal relativamente reducida, consideramos que los resultados as´ ı obtenidos no est´ an determinados por posibles comportamientos excepcionales de alguna de las anualidades elegidas, sino que en su conjunto reflejan el comportamiento habitual. En tal sentido, como consecuencia de la compensaci´ on interanual, son esperables an´ alogos resultados si variamos el ciclo de los once a˜ nos consecutivos estudiados, lo cual no es impedimento para ampliar el periodo de an´ alisis en posteriores estudios y, a partir de las conclusiones generales ya obtenidas, profundizar en la evoluci´ on de la distribuci´ on intraanual. Hemos seleccionado para el an´ alisis el periodo de 11 a˜ nos comprendido entre el 1 de septiembre de 1988 y el 31 de agosto de 1999, adoptando pues el criterio de utilizar a˜ nos hidrol´ ogicos en lugar de a˜ nos civiles por sus mayores repercusiones sobre el medio natural y la sociedad. As´ ı mismo, hemos configurado las estaciones a partir de la consideraci´ on del oto˜ no como el periodo formado por los meses de septiembre, octubre y noviembre, el invierno como agrupaci´ on de los meses de diciembre, enero y febrero, la primavera, con marzo, abril y mayo y el verano como el trimestre que agrupa a junio, julio y agosto. Los observatorios analizados son los de Badajoz [4478] (38o53´N, 6o58´W) y Huelva [4246E] (37o15´, 6o57´), ambos completos; C´ ordoba [5402] (37o53´N, 4o47´W) con ausencia de datos en la tercera decena de noviembre y primera y tercera de diciembre de 1988; y Sevilla [5790] (37o22´N, 6o00´W), con valores ausentes en diciembre de 1995 y marzo, abril y julio de 1996. Estas lagunas se han rellenado por regresi´ on ponderada respecto de los dem´ as observatorios. Sometidos a verificaci´ on de homogeneidad interna y relativa no se han detectado inhomogeneidades, por lo que admitimos que las series de temperaturas m´ aximas y m´ ınimas son homog´ eneas. 3. An´ alisis descriptivo Como informaci´ on previa al estudio de comportamiento intraanual, interesa conocer las caracter´ ısticas de las series diarias de temperatura, para lo cual calculamos –en cada una de las estaciones y observatorio– sus valores de promedio, desviaci´ on t´ ıpica y coeficiente de asimetr´ ıa (ver tablas 1 y 2). Dentro de la homogeneidad general que caracteriza a este ´ ambito, cabe destacar la existencia de ciertos matices que introduce la mayor o menor lejan´ ıa al oc´ eano. Se observa que el promedio de las temperaturas invernales, tanto m´ aximas como m´ ınimas, alcanza los valores m´ as bajos en Badajoz (15oC y 4,2oC respectivamente), mientras los inviernos de Huelva son los m´ as suaves (6,8oC de m´ ınima), lo que pone de manifiesto el efecto amortiguador de la proximidad al mar, el cual tambi´ en se refleja en la existencia all´ ı de los veranos con temperaturas m´ aximas menos elevadas. Sin embargo, en promedio, Badajoz alcanza los menores valores de temperaturas m´ ınimas veraniegas; durante el periodo analizado la media de la temperatura (16,9oC) es del orden de 1,5oC inferior a la de Huelva (18,3oC), mientras que la m´ axima es 2,4oC superior (33,6oC frente a 31,2oC). Tabla 1: Promedio estacional de las temperaturas diarias m´ aximas y m´ ınimas (◦C). Temp. m´ aximas Temp. m´ ınimas Bad. C´ ord. Huel. Tabl. Bad. C´ ord. Huel. Tabl. Oto˜ no 24.1 25.2 24.8 25.9 11.3 12.5 13.7 13.9 Invierno 15.0 15.9 16.9 17.2 4.2 4.6 6.8 6.6 Primavera 23.0 24.1 22.8 24.8 9.1 9.5 10.7 11.6 Verano 33.6 35.4 31.2 34.2 16.9 18.4 18.3 18.9 REVISTA DE CLIMATOLOG´ IA, VOL. 3 (2003) 19 Tabla 2: Desviaci´ on t´ ıpica estacional de las temperaturas m´ aximas y m´ ınimas diarias (◦C). Temp. m´ aximas Temp. m´ ınimas Bad. C´ ord. Huel. Tabl. Bad. C´ ord. Huel. Tabl. Oto˜ no 5.9 6.2 4.8 5.6 4.3 4.4 3.8 3.9 Invierno 2.7 2.8 2.3 2.6 3.8 4.6 3.1 2.9 Primavera 4.6 4.6 3.9 4.3 3.4 3.4 3.0 3.0 Verano 4.3 4.3 4.1 4.1 2.7 2.7 2.3 2.4 El segundo aspecto a considerar en cada serie diaria es la dispersi´ on de las medidas alrededor del valor medio, que aparece reflejada en la tabla 2. Si se analizan separadamente las temperaturas m´ aximas y m´ ınimas, se aprecia gran uniformidad entre los observatorios en cada estaci´ on. Destaca Huelva por su menor variabilidad durante todas las estaciones, tanto para temperaturas m´ aximas como m´ ınimas, lo que permite inferir que el efecto del mar no s´ olo repercute en el menor diferencial t´ ermico invierno-verano sino, tambi´ en, estabilizando la amplitud diurna-nocturna. Es tambi´ en destacable el hecho de que en todos los observatorios la varianza de las temperaturas m´ ınimas es menor que la de las m´ aximas durante oto˜ no, primavera y verano, invirti´ endose la situaci´ on, sin embargo, durante el invierno. La situaci´ on invernal es la que resulta m´ as peculiar y parad´ ojica, dado que, en principio, cabe atribuir una mayor variabilidad a las temperaturas m´ aximas o diurnas. Ello ser´ ıa as´ ı fundamentalmente porque, durante el d´ ıa, el comportamiento variable de la insolaci´ on/nubosidad introduce una fuerte dosis de variabilidad en el balance de radiaci´ on solar, que repercute en la propia variabilidad de las temperaturas, fen´ omeno ´ este que no se produce con la misma intensidad durante la noche, supuestamente mucho m´ as homog´ enea desde este punto de vista. El hecho de que estos principios no se reflejen durante el invierno merecer´ ıa alg´ un estudio m´ as detallado sobre el tema, tanto en este ´ ambito, como en otros a los cuales este fen´ omeno fuera extensible y de los que carecemos de referencias bibliogr´ aficas hasta el momento 1. Por lo que respecta a la asimetr´ ıa, cabe destacar que en general las distribuciones de las series est´ an centradas, de modo que mayoritariamente los coeficientes de asimetr´ ıa son inferiores a 0,5 en valor absoluto. Se percibe gran semejanza, con coincidencia de signo, de las series estacionales de los distintos observatorios correspondientes entre s´ ı, y, en menor grado, tambi´ en entre las de temperaturas m´ aximas y m´ ınimas. Se presentan tanto asimetr´ ıas positivas como negativas, pero sobresale el verano, en que el coeficiente es negativo o pr´ oximo a cero (salvo en 1995), lo que indica un desplazamiento preferente hacia valores inferiores a su promedio. 4. El r´ egimen intraanual de las temperaturas diarias Para conocer el r´ egimen intraanual de las temperaturas, hemos obtenido el promedio de los 365 valores diarios registrados durante los 11 a˜ nos que constituyen nuestro periodo de observaci´ on. La obtenci´ on de estos valores medios suaviza ya suficientemente las fluctuaciones aleatorias que los distintos a˜ nos introducen en el ciclo anual, permiti´ endonos esbozar el comportamiento medio o habitual de dicho ciclo. No obstante, para aislar mejor este comportamiento general, hemos procedido a determinar el perfil de la l´ ınea de tendencia correspondiente a este ciclo mediante la funci´ on de variable continua T=f(t) que mejor se ajuste al conjunto de valores observados. Asignamos el “mejor ajuste” a la funci´ on m´ as sencilla, tal que al incrementar el grado de la misma, la varianza explicada no aumente significativamente. En la tabla 3 se exponen los resultados obtenidos en las series de temperaturas m´ aximas y m´ ınimas 1En anteriores estudios, hemos se˜ nalado que la variabilidad de las temperaturas m´ ınimas en invierno es mayor que la del resto de estaciones. Debemos diferenciar el significado de ambas conclusiones de similar enunciado. En tales estudios se hace referencia a la dispersi´ on del conjunto de valores mensuales a lo largo de un siglo, mientras que ahora nos referimos al conjunto de valores diarios durante un trimestre. Interpretamos, por tanto, que ambas conclusiones son correctas pero independientes entre s´ ı. 20 REVISTA DE CLIMATOLOG´ IA, VOL. 3 (2003) correspondientes al observatorio de Badajoz, que es el que comentaremos como ejemplo, si bien el resto de los observatorios tienen comportamientos similares. Tabla 3: Funciones de ajuste estacional/anual de evoluci´ on de temperaturas m´ aximas y m´ ınimas en Badajoz, y varianza explicada por las mismas. (Entre par´ entesis, el valor de R2conseguido con el incremento de un orden en la ecuaci´ on). Temperaturas m´ aximas Funci´ on de ajuste R2(R2) Oto˜ no T=−0,187 t+32,7 0.973 (0.976) Invierno T=1,2 10−3t2−0,078 t+15,25 0.716 (0.719) Primavera T=0,083 t+19,13 0.750 (0.770) Verano T=2,9 10−3t2+0,335 t+26,4 0.853 (0.856) Anual T=7 10−9t4+... 0.964 (0.964) Temperaturas m´ ınimas Funci´ on de ajuste R2(R2) Oto˜ no T=−0,117 t+16,7 0.925 (0.926) Invierno T=1,3 10−3t2−0,13 t+6,54 0.523 (0.532) Primavera T=0,089 t+4,95 0.871 (0.899) Verano T=2,9 10−3t2+0,335 t+26,4 0.771 (0.779) Anual T=10−8t4+... 0.967 (0.967) Podemos observar que, como era previsible, las series de oto˜ no y primavera se ajustan a funciones lineales, pero con mayor inclinaci´ on absoluta en la pendiente de oto˜ no que en la de primavera. Las series de verano e invierno se ajustan a funciones cuadr´ aticas. Los valores altos de R2muestran c´ omo en el conjunto de la variabilidad, la tendencia estacional ocupa un lugar protagonista y, por tanto, los residuos de la series en relaci´ on con los respectivos valores te´ oricos son estables, especialmente en las correspondientes al oto˜ no. Hay que destacar, sin embargo, el peor ajuste registrado en el modelo de la serie invernal de temperatura m´ ınimas, en las cuales la componente irregular y la de tendencia son pr´ acticamente del mismo orden. El r´ egimen intraanual de la temperatura queda bien descrito por funciones de cuarto grado, que en la mayor´ ıa de los casos consiguen explicar un porcentaje de varianza superior al 96 % (ver tabla 3), sin que funciones de grado superior incrementen sensiblemente la calidad del ajuste. Evidentemente, el marcado car´ acter c´ ıclico anual de las variables t´ ermicas, inducido a su vez por el movimiento orbital planetario, queda recogido por la onda representada. De la observaci´ on de la gr´ afica de evoluci´ on anual de temperaturas diarias (figura 1) podemos deducir que la amplitud t´ ermica entre temperaturas diurnas y nocturnas es mayor en verano, lo que confirma la mayor pendiente absoluta de oto˜ no y primavera de las temperaturas m´ aximas. A´ un cuando hay semejanza entre las ondas representativas, las funciones de temperaturas m´ aximas y m´ ınimas muestran ligeros desfases entre s´ ı, como tambi´ en se resalta en la figura 2. Las temperaturas m´ ınimas alcanzan su menor nivel entre el 15-20 de enero con una decena de retraso respecto de las m´ aximas; sin embargo en verano logran su nivel mayor hacia el 31 de julio con una semana de adelanto respecto de las temperaturas m´ aximas. Hay, por tanto, un doble efecto de inercia t´ ermica, en verano e invierno, y de sentidos contrarios. La figura 2 refleja en detalle las gr´ aficas de las temperaturas m´ aximas y m´ ınimas de invierno y pone de manifiesto, en primer lugar, la mayor dispersi´ on de los puntos de las series de temperaturas m´ ınimas diarias respecto a la curva, lo que se traduce en la inferior calidad del ajuste estimado. Tambi´ en, como se ha comentado con anterioridad, se observa claramente el desfase existente entre los puntos m´ as bajos de ambas curvas, lo que conduce a la asimetr´ ıa invertida de las ramas de la curva en ambas figuras de las temperaturas m´ aximas y m´ ınimas. REVISTA DE CLIMATOLOG´ IA, VOL. 3 (2003) 21 Figura 1: Evoluci´ on intraanual de temperaturas m´ aximas y m´ ınimas en Badajoz, con las respectivas l´ ıneas representativas del r´ egimen. 5. Persistencia Hemos hecho referencia a la variabilidad de las series y a su evoluci´ on temporal, pero interesa conocer tambi´ en –inmersa en su propia tendencia estacional– la permanencia de las temperaturas en fechas sucesivas. Para ello empleamos como indicador el coeficiente de autocorrelaci´ on de primer orden que permite detectar la asociaci´ on entre elementos consecutivos de cada serie y saber en qu´ e grado el valor que la variable en un d´ ıa est´ a ligado al valor alcanzado el d´ ıa anterior. Podemos interpretar (tabla 4) que la evoluci´ on se realiza a lo largo del a˜ no de forma gradual, con coeficientes comprendidos entre 0.65 y 0.95, de modo que las variaciones en veinticuatro horas son progresivas sin excesivas oscilaciones de uno u otro signo. El v´ ınculo es menor entre las series de temperaturas m´ ınimas que entre las m´ aximas. En ´ estas Badajoz, C´ ordoba y Tablada presentan coeficientes estacionales muy pr´ oximos, y algo inferiores en Huelva, lo que junto al resto de indicadores anteriormente expuestos induce a agrupar los observatorios en el mismo ´ ambito clim´ atico. Tabla 4: Coeficientes de autocorrelaci´ on –con un retardo de los elementos de las series estacionales– en los distintos observatorios. Temp. m´ aximas Temp. m´ ınimas Bad. C´ ord. Huel. Tabl. Bad. C´ ord. Huel. Tabl. Oto˜ no 0.91 0.92 0.89 0.90 0.79 0.84 0.81 0.86 Invierno 0.63 0.68 0.62 0.63 0.70 0.69 0.68 0.67 Primavera 0.82 0.82 0.77 0.82 0.76 0.74 0.73 0.77 Verano 0.80 0.80 0.77 0.82 0.66 0.74 0.72 0.71 22 REVISTA DE CLIMATOLOG´ IA, VOL. 3 (2003) Figura 2: Comparaci´ on de los comportamientos de evoluci´ on temporal en invierno de las temperaturas diarias m´ aximas y m´ ınimas en Badajoz. REVISTA DE CLIMATOLOG´ IA, VOL. 3 (2003) 23 6. Relaci´ on entre los observatorios En las secciones precedentes se ha hecho impl´ ıcita referencia a la posible definici´ on de un ´ ambito clim´ atico regional que englobe a todos los observatorios, y se han mostrado gr´ aficas de Badajoz, extendiendo sus caracter´ ısticas tambi´ en al resto. Para que tal extensi´ on de resultados sea correcta es preciso comprobar si todos los observatorios presentan una evoluci´ on temporal similar. Con esta finalidad hemos calculado los coeficientes de correlaci´ on existentes entre los registros diarios de los distintos observatorios durante los once a˜ nos del estudio (ver tabla 5). Tabla 5: Promedio de los once a˜ nos de los coeficientes de correlaci´ on estacional entre observatorios, para las temperaturas m´ aximas y m´ ınimas. Temp. m´ aximas Temp. m´ ınimas Oto˜ no Invier. Primav. Verano Oto˜ no Invier. Primav. Verano Bad/C´ ord 0.95 0.73 0.91 0.89 0.87 0.81 0.82 0.73 Bad/Huel 0.93 0.74 0.87 0.73 0.88 0.86 0.84 0.74 Bad/Sev 0.95 0.74 0.91 0.83 0.83 0.71 0.80 0.72 C´ ord/Huel 0.94 0.79 0.87 0.84 0.90 0.85 0.83 0.80 C´ ord/Sev 0.97 0.87 0.95 0.93 0.93 0.81 0.84 0.79 Huel/Sev 0.96 0.78 0.91 0.91 0.92 0.81 0.87 0.80 La conclusi´ on m´ as notable es que los observatorios est´ an bien correlacionados. Las discrepancias m´ as destacadas se producen en las temperaturas diarias m´ aximas invernales y las m´ ınimas estivales, e incluso en estos casos los coeficientes respectivos superan el 0.70. Interpretamos que, en la pr´ actica, coeficientes iguales o superiores a 0.80 (remarcados en la tabla en negrita) significan que las modificaciones de las situaciones meteorol´ ogicas repercuten simult´ aneamente y con similar intensidad t´ ermica en los observatorios regionales, lo que se manifiesta en una evoluci´ on diaria an´ aloga. Como ejemplo se han representado las gr´ aficas de la evoluci´ on diaria de las temperaturas m´ aximas de oto˜ no de C´ ordoba y Sevilla durante el a˜ no 1998, y la evoluci´ on de las temperaturas m´ ınimas de invierno en Badajoz y Huelva. En ellas se puede apreciar no s´ olo la misma tendencia, sino la simultaneidad de las variaciones t´ ermicas (figura 3). 7. Conclusiones De los resultados obtenidos se pueden extraer los siguientes hechos esenciales: Durante todo el a˜ no la variabilidad de las temperaturas m´ ınimas diarias es menor que la de las m´ aximas, salvo en invierno. Las distribuciones seriales est´ an en general centradas, con valores de coeficiente de asimetr´ ıa pr´ oximos a cero. Las l´ ıneas de tendencia estacionales –lineales o cuadr´ aticas– son el factor primordial de la variabilidad de las series diarias. La distribuci´ on intraanual de las temperaturas m´ aximas y m´ ınimas se ajusta adecuadamente a funciones polin´ omicas de cuarto grado, en que la varianza explicada es superior a 0,9. En general, funciones de grado superior no mejoran significativamente el ajuste. Se produce, durante el transcurso anual, un desfase relativo en la evoluci´ on diaria de las temperaturas m´ aximas y de las m´ ınimas: ´ estas sufren un adelantamiento en verano y un retraso en invierno. Las temperaturas diarias presentan persistencia, de forma que los valores de un d´ ıa est´ an fuertemente ligados a los alcanzados el d´ ıa anterior. La alta correlaci´ on entre las temperaturas diarias de todos los observatorios, demuestra que la variaci´ on t´ ermica se produce simult´ aneamente y con similar intensidad en todo el ´ ambito estudiado. Sin embargo, es destacable la menor asociaci´ on entre observatorios en las temperaturas m´ aximas de invierno y las m´ ınimas de verano. 24 REVISTA DE CLIMATOLOG´ IA, VOL. 3 (2003) Figura 3: Comparaci´ on de temperaturas entre distintos observatorios en las mismas fechas. (M´ aximas en la gr´ afica superior, y m´ ınimas en la inferior). REVISTA DE CLIMATOLOG´ IA, VOL. 3 (2003) 25 Figura 4: Comparaci´ on entre las temperaturas m´ aximas y m´ ınimas en la misma fecha y observatorio.