Estudi de les condicions atmosfèriques de l’estiu del 2003

 

Introducció

Antecedents: l’hivern del 2003

Anomalies en la circulació atmosfèrica l’estiu de 2003

Influència de les anomalies de la circulació en els fluxes radiatius i en la temperatura de la superficie oceànica.

Anticicló estacionari i aire descendent sobre Europa Occidental.

Analisi termodinàmic

Balanç radiatiu

L’estiu del 2003 a l’Observatori de l’Ebre, a Roquetes

Conclusions

Bibliografia

 

Introducció

Europa va ser excepcionalment càlida i seca des de Maig fins a finals d’Agost de 2003. Durant les pics de calor , fins i tot les mínimes nocturnes superaven a les mitjanes diàries normals per l’època. Les anomalies tèrmiques van ser més extremes a França i a Suïssa,  tot i que es van trencar els rècords de temperatures màximes a moltes parts d’Europa. Per exemple, Schär et al ( 2004 ) han mostrat que la mitjana de les temperatures  per a quatre estacions suisses, van excedir en 5,1 ºC el valor mitjà per al periode 1864-2000, molt superior a la següent anomalia , de 2,7ºC del 1947.

Beniston i Schär et al, argumenten que un estiu similar al 2003 és molt improbable que es repeteixi si s’assumeixen estacionaris els valors estadistics del passat, però també diuen que les condicions infernals d’aquest estiu , poden ser “normals” a finals del segle XXI , sota un escenari de fortes emissions de gasos d’hivernacle. Donat el greu aument de mortalitat humana observada durant l’estiu de 2003,  això té implicacions importants per a la salut humana futura.

Aquí tenim algunes de les anomalies registrades durant aquest periode:

Anomalies en la temperatura d’Eurasia durant el periode Juny-Agost de 2003

Anomalies en la temperatura global durant el periode Juny-Agost de 2003.

Anomalies en la distribució d’aigua líquida sobre Eurasia durant  Juny-Agost de 2003

 

Antecedents: l’hivern del 2003

Com podem comprovar aquí , l’hivern del 2002-03 , va ser extraordinari en lo sentit de que es va batre el rècord de l’extensió de la neu i el gel sobre l’hemisferi nord, al menys des de 1973, que és l’any en que es van començar a enregistrar aquestes dades des de satèl.lit. Aquesta duresa hivernal va ser causada per un elevat índex de bloqueig a l’HN; és a dir una molt baixa circulació zonal. Aquesta tendència al bloqueig venia anunciada per un NAO negatiu a la tardor , i una AO inusualment baixa ( la més baixa registrada = -1,5).

Segons Joe d’Aleo aquesta tendència al bloqueig i per tant a que l’hivern fos fred, té a veure amb les teleconexions existents entre els index NAO, PDO , QBO i ENSO , tal com podem veure en aquest article.

Pel que sembla , ara estem en una fase negativa de PDO, que facilita condicions més freqüents de NAO negatiu, i en que els ENSO són molt més dèbils i infreqüents. Concretament l’hivern de 2002-2003 teniem un episodi d’ENSO però molt dèbil.

No podem oblidar l’hivern del 2001, que amb un bloqueig persistent al Desembre ( i NAO - ) va produir la famosa nevada a Catalunya, ni molt menys l’hivern actual ( 2004-2005),  amb un bloqueig extraordinariament persistent ( i NAO – molt de temps ) que ha causat un dels periodes més llargs de fred dels últims 100 anys .Sembla ser per tant que tot i que els estius són molt calurosos ultimament, amb els hiverns passa lo contrari.  De fet , de les dades obtingudes pels satèl.lits de NOAA des de 1973, podem comprovar que l’extensió de les superficies nevades a l’hemisferi nord els mesos de tardor ( Octubre Novembre i Desembre)  i d’hivern , no ha deixat de pujar o com a mínim s’ha estabilitzat , mentre que aquesta extensió cada cop és més baixa els mesos d’estiu ( Juliol-Setembre).( Els gràfics anteriors estan filtrats amb un “running average” de finestra = 3 anys ).

En fi, que ens trobem en un periode similar als anys 50, 60 i primers 70, on el PDO era negatiu i el NAO solia ser-ho a l’hivern. Una diferència és que en aquells anys les temperatures globals van sofrir una baixada respecte als anys 30 i 40 del segle XX, mentre que els anys actuals no deixen de ser cada cop més càlids. Cal tenir en compte que l’estiu del 2003 va ser el segon més càlid de la història ( recent ), només per darrera del 1998, segons el NCDC.  L’any en curs, el 2005 ja està trencant rècords també: el Juny ha estat el més càlid , més que el del 1998 i el Juliol el segons més càlid global , però el més càlid en l’hemisferi nord de la història. Evidentment els gasos d’hivernacle tenen alguna cosa a veure, però potser també la superior activitat solar respecte de la dels 60 i 70 tingui un pes important. En aquest cas, tal com diu Theodor Landsheidt, els hiverns poden seguir fent-se cada cop més freds si té raó en la seua teoria que prediu la activitat solar futura??. Lo cert és que el gel de l’Àrtic a l’estiu cada cop està més debilitat com podem veure aquí.

L’estiu del 2003 es va caracteritzar per varies anomalies en la circulació general atmosfèrica en un ambient de NAO negatiu, AO negatiu i PDO en fase freda ,factors que tendeixen a incrementar el número de bloquejos i la seva persistència . Lo que passa és que els bloquejos provoquen hiverns durs, però si es donen a l’estiu, també provoquen estius molt calurosos i secs.

Per a repassar més coses sobre els bloquejos i les teleconexions, clicar aquí i aquí.

 

Anomalies en la circulació atmosfèrica l’estiu de 2003

Europa va estar dominada per una inusual i persistent situació anticiclònica de bloqueig que va començar al Maig amb un marcat desplaçament cap al nord de l’Anticicló de les Assores, extenent-se des del mig Atlàntic fins a Europa de l’est , amb un reforçament general del fluxe de l’Oest en el seu flanc polar sobre UK i Escandinavia. Durant els mesos següents, va persistir un patró d’anomalies sobre el sector de l’Atlàntic caracteritzat per :

 

            Aument de l’activitat ciclònica a la costa nord d’Amèrica del Sud .

            Aument de l’activitat anticiclònica al nordest del Carib.

            Aument de l’activitat ciclònica al centre i nordest de l’Atlàntic.

            Aument de l’activitat anticiclònica sobre Europa continental.

 

L’anomalia anticiclònica  d’Europa va variar a través de l’estiu , de manera que va ser més forta al Juny i Agost, i  més feble a Juliol.

Les anomalies de gran escala de nivells baixos van ser molt similars a les observades als nivells mitjans de la troposfera ( 500 hPa ), indicant una estructura vertical barotròpica a escala mensual. El patró del signe alternant de les anomalies  des de Amèrica del Sud fins Europa sugereix la propagació d’una ona de Rossby des del l’Amèrica tropical.

Les anomalies de circulació estàn associades també a les anomalies de temperatura de la superficie oceànica. Ara bé, qui mana, en aquest acoplament atmòsfera-oceà? Està clar que hi ha una realimentació entre atmòsfera i oceà , però qui porta la iniciativa?  No oblidem que l’atmòsfera  emmagatzema una quantitat de calor ridícula en comparació amb l’oceà. Podria se que els corrents oceànics i les seves variacions juguen un paper molt més important del que pensem  en la configuració de la circulació atmosfèrica .

 

Aquí podem veure la similitud entre

Anomalies en la temperatura global durant el periode Juny-Agost de 2003    i    les

Anomalies en l’alçada de la  superficie de 500 hPa durant el periode Juny-Agost

 

Molt més lluny d’Europa, a Japó, resulta que aquest estiu de 2003 , va ser molt més fred de lo normal, lo qual no és extrany. Lo verdaderament preocupant hauria sigut que les condicions de calor i sequera extremes de la nostra zona haguessin afectat a la major part de l’hemisferi nord, quan no va ser del tot  així.

 

Influència de les anomalies de la circulació en els fluxes radiatius i en la temperatura de la superficie oceànica.

La radiació d’ona llarga de sortida de l’atmòsfera superior  (OLR, obtinguda del Climate Prediction Center) per al periode Juny-Agost de 2003 va ser superior als valors mitjans sobre Europa ( des de 1974 ) , degut a una reducció en la  cobertura dels núvols i en la precipitació.

Si ens fixem en el nord de l’Equador, podem apreciar com la zona de convergència intertropical de l’Oest de l’Àfrica (ITCZ) s’ha desplaçat una mica al nord respecte de la seva posició normal de 8-9 ºN, ja que les temperatures elevades es desplacen cap al nord. Aquest desplaçament cap al nord de la ITCZ va afectar a la resta dels tròpics; a excepció del NW de l’Índic, la ITCZ va ser més dèbil del normal. L’anticicló de les Assores es va intensificar, mentres que al mateix temps, la baixa d’Islàndia es va desplaçar al sud de lo que és normal, desplaçament relacionat amb el reforçament de l’activitat ciclònica al sud d’Islàndia i amb la reducció de l’activitat ciclònica al nord del paral.lel 60 ºN.

L’anomalia de la OLR més gran obtinguda en aquest periode (< -30 Wm-2) es va situar sobre una elevada anomalia tèrmica al NW de l’Oceà Indic. Aquesta anomalia tèrmica es va situar fora de la costa de Somalia al Maig , movent-se cap al nord ,cap al mar Aràbig al Juliol. Va ser màxima al Juny ( 1.5 ºC), i pot estar associada amb el retard de l’arribada del monsó estival asiàtic , un Jet sobre Somalia debilitat sobre la baixa troposfera a lo llarg de la costa est africana i amb una disminució del “upwelling” d’aigües fredes profundes.

 Rodwell i Hoskins ( 1996) van demostrar que la resposta de l’atmòsfera a un escalfament en la zona  del monzó  asiàtic facilita la subsidència sobre el Mediterrani Oriental. Aquesta forta subsidència manté l’aire sobre el Mediterrani particularment sec i suprimeix la convecció, que porta a un estiu sec i calent al Mediterrani. No obstant, el retard en el monzó del 2003 no pot explicar les condicions excepcionalment seques i càlides sobre Europa durant el Maig i el Juny.  Possibles teleconexions estan relacionades amb l’excepcional estiu del 2003 , que inclueixen la intensifiació de l’anticicló de les Assores , així com el desplaçament al nord de la ITCZ de l’Oest de l’Àfrica i l’arribada d’una ona de Rossby des d’Amèrica tropical.

 

Anticicló estacionari i aire descendent sobre Europa Occidental.

Les temperatures  més extremes a l’Oest d’Europa, es van produir principalment entre el 6 i el 12 d’Agost. Durant aquest periode , hi va haver gradients de pressió en superficie molt fluixos , però hi havia discrets indicadors de bloqueig , amb un A sobre UK i el Mar del Nord,  una B sobre la peninsula Ibèrica i un A sobre el Mediterrani Occidental. El sistema de bloqueig estava centrat sobre el nord de França. La continua permanència de l’anticicló va fer que l’aire quedés atrapat sota ell , i que practicament no es deplacés horitzontalment. Les trajectories a les capes altes , llogicament eren descendents , fet que com ja sabem fan que l’aire s’escalfi adiabaticament a mesura que es comprimeix. L’atmòsfera era també molt més gruixuda de lo que és normal a les latituds europees, degut a la seva escasa densitat .

 

Analisi termodinàmic

Durant l’onada de calor, la superficie es va escalfar extraordinariament , lo que va provocar forta turbulencia i convecció seca, és a dir, sense condensació. Aquesta forta convecció diurna va elevar la capa límit fins a 4000m sobre Paris, durant els quals la temperatura potencial gairebé es va mantenir constant ( gràcies a la turbulència ) , o dit d’una altra forma, els primers 4000 m van adquirir un perfil tèrmic equivalent a una atmòsfera neutra , amb un gradient de temperatura practicament igual a γ ( 0.01 ºC / m).

D’aquesta forma, si a la superficie la temperatura era de 40 ºC , a mitja tarda, el punt de congelació el teniem aproximadament a 4000 m, alçada a partir de la qual la temperatura deixava de decreixer tan rapidament . Podriem dir que a sobre del Mont Blanch la temperatura podia ser de pocs graus per sota de 0 ºC. Això va provocar la fusió sobtada i desprediments de terra importants en glaciars d’una altitud inferior , que segurament no patien una fusió tan important des de feia segles.

La turbulència diurna era alimentada pel fet de que la capa límit s’escalfava per sota degut a la radiació solar i es refredava per la seva part superior degut a la pèrdua radiativa de l’aire , alta,  degut a l’elevada transparència de l’atmòsfera anticiclònica.

Per la nit, la superficie es refredava rapidament , resultant en una estreta capa nocturna molt estable d’uns 500 m d’espessor. Per sobre d’aquesta estreta zona d’inversió, permaneixia la capa residual adiabàtica creada de dia. En aquestes condicions no es va produir condensació , degut a la poca humitat que tenia l’aire després de tants de dies de sequera i perque la temperatura no baixava suficient.

 

Balanç radiatiu

L’escalfor emmagatzemat al terra de dia en dia anava aumentant i  feia que el flux radiat pel terra de nit tot i que s’incrementava progressivament , no aconseguís que les temperatures mínimes decreixèssin. És més aquest increment en la cancelació del refredament nocturn  facilitava que la temperatura s’elevés més ràpidament el dia següent a partir de les primeres hores del matí, gràcies a l’escassa humitat del terreny.

 

L’estiu del 2003 a l’Observatori de l’Ebre, a Roquetes

 

Segons les dades de l’Observatori de l’Ebre, a Roquetes, els valors mitjans de les temperatures dels mesos de Juny-Agost van ser :

 

 

Juny

Juliol

Agost

Tmax

33,1

33,7

35,5

Tmit

26

27

27,6

Tmin

20,3

21,8

21,5

 

Per a tindre una idea de lo alts que són aquests valors, podem consultar aquesta pàgina, on tenim un resum tèrmic del segle passat des de 1910 fins a 1999. A partir d’aquelles dades, podem esbrinar quina ha sigut la anomalia tèrmica per a cada mes , prenent com a base, el periode 1910-1999:

 

 

Juny03

Junyb

An.

Juliol03

Juliolb

An.

Agost03

Agostb

An.

Tmax

33,1

27,4

5,7

33,7

30,4

3,3

35,5

30,5

5

Tmit

26

22,1

3,9

27

25,1

1,9

27,6

25,3

2,3

Tmin

20,3

16,8

3,5

21,8

19,7

2,1

21,5

20

1,5

 

Podem apreciar en l’anterior taula lo que ja s’aprecia a l’estudi dels útlims anys de la temperatura de l’estiu: les màximes aumenten  més que les mínimes, o dit d’una altra manera: l’oscil.lació tèrmica mitjana dels dies d’estiu està aumentant.

 

Conclusions

Les temperatures extremes i les minúscules precipitacions a Europa des de Maig fins Agost del 2003, va ser ocasionades per unes condicions anticiclòniques persistents durant aquest periode. En particular, durant el Maig , l’anticicló de les Assores i  la ITCZ de l’Oest de l’Àfrica , van estar desplaçades cap al nord , mentre que la trajectoria de les borrasques d’estiu es va desviar molt més al sud del normal, resultant en un patró de forçament radiatiu i de nula nuvositat al sector Est de l’Atlàntic tant en superficie com en nivells alts. Els cels inusualment clars i l’intens forçament radiatiu van escalfar de manera anòmala la superficie de l’Atlàntic des del SW de Portugal , mentre que l’aigua a l’Oest de les illes Britàniques es feia més freda del normal . Aquesta situació va contribuir a una forta pèrdua d’humitat de la superficie del continent Europeu. Durant el Juny, tot i que l’anomalia anticiclònica va ser més dèbil a l’Atlàntic, va persistir sobre Europa resultant en fortes anomalies radiatives que van provocar  l’escalfament de la superficie continental i el reforçament dels fluxes de calor sensible i latent .La superficie continental es va secar i escalfar en una extensió tal que durant el Juliol, quan el forçament radiatiu va ser més dèbil pel debilitament de l’anticicló, els fluxes de calor latent van ser anomalament baixos degut a l’escassa humitat del sol , facilitant que  els fluxes de calor sensible foren molt superiors a lo normal , degut a les elevades temperatures assolides. Durant l’Agost, es va establir un bloqueig sobre Europa que va provocar un nou forçament radiatiu , donada l’escassa nuvositat ;  la nova pujada de temperatures va ser amplificada per la inoperativitat de la transformació d’energia radiant en calor latent , donada l’escassa humitat del continent.  D’aquesta forma la gran majoria d’energia radiant d’entrada es transformava en calor sensible ( més llogicament sortida d’energia radiant d’ona llarga a l’espai ), fet que va disparar els termòmetres.

 

Observacions preses a la Universitat de Reading , indiquen que el terra va jugar un rol important en l’acumulació de calor durant el dia i el seu gradual alliberament durant la nit. Això va actuar desplaçant el refredament radiatiu nocturn, important per altra banda sota els cels clars anticiclònics , disminuint el descens en la temperatura mínima abans de la sortida del sol. L’impacte en l’aire de  superfície va ser més significatiu degut a que la capa límit nocturna va ser molt estreta, donades les condicions anticiclòniques. D’aquesta manera, el fort fluxe de calor del terra per la nit va contribuir a que les nits foren excepcionalment càlides , mantenint l’estrés tèrmic diurn , cosa que va conduir a un increment extraordinari de la mortalitat a tota Europa.

 

A Catalunya , aquest estiu es va caracteritzar a més a més de per el calor, per les fortes pedregades que es van donar, especialment a la segona part d’Agost, quan l’aire tropical que ens afectava va ser desplaçat per aire més fresc . Aquí podem veure un dels episodis d’aquestes tempestes.

 

 

Bibliografia

 

Estudi de l’estiu del 2003 de la Universitat de Reading

 

 

 

Estudi del efectes sobre la mortalitat a Barcelona de l’ona de calor de l’estiu de 2003

 

 

Temperatures a Barcelona els estius de 2001, 2002 i 2003

 

Al gràfic anterior hem pogut comprovar que l’estiu de 2003 és molt més càlid que els anteriors.

En aquesta taula podem veure els valors mitjans de les màximes, mínimes i mitjanes dels mesos Juny-Agost dels anys 2001,2002 i 2003 :

 

Màximes

Mitjanes

Mínimes

 

27,3

24,2

21,5

2001

27,1

23,5

20,3

2002

31

27,1

23,8

2003

 

Podem veure els valors anteriors en aquest gràfic.  Com podem comprovar, l’estiu del 2003 és prop de 3ºC més càlid que els precedents, durant els tres mesos ! sobretot les màximes que gairebé són uns 4 ºC superiors.

 

Humitat de l’aire de Barcelona els estius de 2001,2002 i 2003

 

Com podem apreciar a l’anterior gràfic, és significativa la baixada d’humitat corresponent al pic de calor de l’11 d’agost del 2003. Ens confirma que es tractava d’aire deshidratat i rescalfat degut a la forta subsidència anticiclònica , procedent del nord de l’Àfrica.

 

Relació de les defuncions a Barcelona segons l’edat durant els estius de 2001,2002 i 2003

 

En els anteriors gràfics podem comprovar lo que ja sabiem: com més edat té un , menys improbable resulta passar a “millor vida”.

 

Relació de les defuncions a Barcelona segons l’evolució de la temperatura els estius de 2001,2002 i 2003

 

En aquests podem apreciar clarament que hi ha una vinculació entre les elevades temperatures i les defuncions.Se veu clarament l’aument de la mortalitat durant el pic de temperatura de l’Agost de 2003, durant el 25 de Juny del 2002 i durant el 3 d’agost de 2001. L’aument de mortalitat d’Agost de 2003 és espectacular, com ho va ser l’aument de la temperatura. Com hem pogut veure abans, la població més sensible a les temperatures extremes és la gent gran. Fins als 44 anys, no sembla que hi hagi una relació clara entre temperatura i defuncions. Per contra a partir dels 80 anys la sensibilitat a la temperatura es fa evident, de forma que els auments de temperatura per sobre de lo habitual fan creixer desproporcionadament les defuncions en aquest sector de la població. També podem observar com després d’un periode d’elevada mortalitat , tenim un periode de certa calma, com el 21 i el 23 d’Agost, lo qual era d’esperar, ja que els dies anteriors va morir més gent de la que tocava, i els que tenien que “caure”, ja ho van fer.

 

Relació de les defuncions a l’Hospital de Sant Pau de Barcelona del Juny-Juliol  des de 1994 fins el 2003

Relació de les urgències mèdiques i els ingressos a l’Hospital de Sant Pau de Juny-Juliol des de 1994 fins el 2003

 

Relació de les defuncions a urgències a l’Hospital de Sant Pau de Juny-Agost de 2002 i 2003

 

En els anteriors gràfics, podem veure una cosa curiosa. El 13 de Juny de 2002 , hi va haver un important aument de la mortalitat a l’hospital de Sant Pau, però les morts són atribuibles a malalts que estaven interns, ja que les morts a urgències no van aumentar en la mateixa proporció. Podriem dir que es tracta probablement d’una fluctuació aleatoria de les defuncions de l’hospital. En canvi no podem dir el mateix per a l’episodi del 12 d’agost de 2003 i els dies següents. En aquest cas, la mortalitat va ser originada basicament a les urgències, lo qual indica que la gent que va morir no estava en principi prou malalta per a estar hospitalitzada, però sí prou dèbil per a que els afectès l’elevat grau d’estrés tèrmic que vam tenir aquells dies, no només per les elevades temperatures màximes diurnes, si no perque per la nit, les mínimes no baixaven, i feien que la gent no tingués descans durant moltes hores seguides. Probablement aquest fet sigue el més important, ja que de dia ,la gent es pot refugiar del calor quedant-se a casa, que normalment pot estar a una temperatura relativament fresca si per la nit deixa de fer calor. Però aquests dies la cosa no va anar així, i l’escalfor s’anava posant a dintre de les cases, cosa que va resultar fatal per a la gent gran.