A carregar...
Publicação
Compound dry and hot extreme events in the Mediterranean region
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 11.02 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Nas últimas décadas, tanto a ocorrência de ondas de calor como de secas tem aumentado em número,
duração e intensidade. Esse incremento tem conduzido ao aumento da coocorrência de ondas de calor e
secas. Estes eventos, denominados em português, eventos compostos quentes e secos (ou, em inglês,
compound dry and hot events, CDHEs) têm impactos profundos em vários setores da nossa sociedade
como, por exemplo, na saúde humana, na produção agrícola ou na destruição da biodiversidade e
habitats naturais. Desta forma, o entendimento de como as ondas de calor, as secas e os CDHEs se
desenvolvem e quais são os mecanismos que estão na sua génese, torna-se muito relevante.
Particularmente, na região Mediterrânica, que é caracterizada por ser um potencial foco de
desenvolvimento deste tipo de eventos.
Os objetivos deste trabalho são: 1) fornecer uma caracterização histórica das ondas de calor, das secas
e dos CDHEs, entre 1979 e 2022, fazendo uma caracterização baseada nas análises de tendências da
temperatura, precipitação acumulada e da humidade no solo e também um estudo probabilístico dessas
variáveis; 2) identificar os mecanismos de desenvolvimento desses mesmos tipos de eventos para o
mesmo período de estudo, analisando a circulação atmosférica para cada tipo de evento, identificando
os centros de alta pressão e relacionando-os com o aumento de temperatura e o transporte de humidade,
a fim de analisar os mecanismos que potenciam o desenvolvimento de eventos extremos e identificar as
regiões mais propensas a estes fenómenos; 3) por fim, analisar em detalhe o ano de 2022, que foi
caracteristicamente quente e seco e está definido na literatura como um forte CDHE. Este trabalho focase na Europa Mediterrânica, entre os 13º e 32º W de longitude e os 32º e 60º N de latitude, e em duas
sub-regiões, a Ibéria e a França.
Os dados utilizados neste trabalho, temperatura do ar a 2 metros, precipitação total, volume de água no
solo nas camadas 1, 2 e 3 (correspondendo a 1 metro de profundidade), temperatura aos 850 hPa, a altura
geopotencial aos 500 hPa e integração vertical do fluxo de vapor de água para leste e para norte, foram
extraídos da 5ª geração de dados de reanálise do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts
(Hersbach et al., 2020).
Um determinado período foi considerado como uma onda de calor quando a temperatura máxima se
encontrou acima do percentil 90 durante pelo menos 5 dias. Teve-se também em consideração que os
eventos separados temporalmente por 2 ou menos diassão o mesmo evento. As secas foram identificadas
através do índice de seca, Standardized Precipitation Index (SPI), calculado com base em dados mensais
de precipitação acumulada. Considerou-se um evento de seca sempre que o SPI esteve abaixo de -1
durante, pelo menos, 2 meses. Como nas ondas de calor, também se consideraram eventos separados
temporalmente por apenas 1 mês como o mesmo evento. As ondas de calor foram de seguida
caracterizadas quanto à sua frequência, duração, intensidade e intensidade cumulativa, enquanto as secas
foram caracterizadas quanto à sua duração e tendo em conta os meses sob seca, considerando o período
climatológico 1981-2010. Quanto aos CDHEs, foram obtidos através da interseção das matrizes de
identificação das ondas de calor e secas, i.e. em cada ponto de grelha assinalou-se com o valor 1 a
coocorrência dos dois tipos de eventos num determinado período. Desta forma, apresentaram-se os
resultados sob a forma de área para os três tipos de eventos extremos. Tendo em conta o segundo objetivo
deste trabalho, realizou-se uma análise das tendências decadais, bem como uma análise bivariada com
ajuste de Kernel da temperatura, da precipitação acumulada e da humidade no solo acompanhada por
Probability Density Functions (PDFs) de forma a entender a evolução de cada variável nos dois
subperíodos e como isso pode influenciar o aumento da ocorrência de eventos extremos. As
configurações atmosféricas também foram estudadas de forma a perceber quais as características da
atmosfera que estiveram na génese destes três tipos de eventos. Para isso calcularam-se os compósitos médios da temperatura aos 850 hPa e da altura geopotencial aos 500 hPa, considerando os meses de
cada distribuição cujo valor está acima do percentil 90 da respetiva distribuição. Esta análise foi dividida
em meses de inverno (de dezembro a fevereiro) e de verão (de junho a agosto). O último mecanismo
estudado neste trabalho foi o fluxo de vapor de água que entra pela fronteira oeste da área de estudo,
denominado por Western Moisture Flux (WMF). Neste caso utilizou-se a fronteira oeste devido à maior
influência do movimento atmosférico oeste-este sentida no Atlântico Norte, que afeta as regiões
estudadas. Este fluxo foi correlacionado com quatro teleconexões de forma a identificar a teleconexão
que mais influencia a variação deste fluxo. São elas a fase positiva da North Atlantic Oscillation
(NAO+), a Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), a Eastern Atlantic (EA) e o Niño 3.4 (N3.4). Os
resultados obtidos mostraram que a NAO+ e a EA são as teleconexões que influenciam mais fortemente
a WMF na Europa e também nas duas subregiões. Calcularam-se as anomalias sazonais do Integrated
Water Vapor Transport (IVT) e da divergência de vapor de água.
Os resultados obtidos apresentaram grande variabilidade interanual e tendências decadais positivas.
Também se analisaram estas características tendo em conta dois subperíodos, 1979-2000 e 2001-2022.
Os resultados mostraram que em 2001-2022 houve um aumento dos valores das características estudadas
nas ondas de calor relativamente a 1979-2000, enquanto nas secas essas variações não são tão
percetíveis. Os CDHEs mostraram uma distribuição de valores máximos durante mais meses para as
secas do que para as ondas de calor. Assim, a distribuição dos CDHEs é fortemente influenciada pela
das ondas de calor, devido aos tempos de resposta da atmosfera serem muito mais rápidos do que do
solo, ou mesmo devido aos limites utilizados para identificar cada evento.
Os resultados das tendências decadais evidenciam o aumento de temperatura, e o decréscimo de
precipitação acumulada e de humidade no solo. Após a análise bivariada, também se observou uma
migração dos valores para condições mais secas e mais quentes, demonstrando uma propensão ao
desenvolvimento de ondas de calor, secas e CDHEs. Os resultados mostraram uma persistência de
centros de altas pressões sobre a Europa durante os meses mais intensos. Estas condições anticiclónicas
provocam o aumento da temperatura à superfície e condições de céu limpo através de processos de
subsidência nas regiões afetadas.
Durante o ano de 2022, identificaram-se condições muito quentes, com anomalias superiores a 2 ºC
sobre toda a Europa, promovidas por condições anticiclónicas onde ocorreu subsidência de ar mais
quente na baixa troposfera. Isto levou a condições de céu limpo e, portanto, a défices de precipitação.
Estas condições foram complementadas através de anomalias de precipitação acumulada e de humidade
no solo muito negativas no sul da Europa, que atingiram os -1 mm e -0.1 m3
/m3
, respetivamente. As
anomalias sazonais de IVT e da divergência de vapor de água mostraram que o aumento da divergência
está diretamente relacionado com a subsidência atmosférica, levando à dissipação do vapor de água
sobre a Europa central durante a primavera e sobre a Ibéria no verão. Esta humidade abaixo do esperado
e o aumento da divergência do vapor de água, ao mesmo tempo que se encontraram padrões de
circulação anticiclónica sobre a Europa central, constituiu o mecanismo de desenvolvimento principal
para as condições excecionalmente quentes e secas observadas no ano de 2022.
In recent decades, extreme events such as heatwaves and droughts have increased in number, duration and severity, and these trends are expected to continue to increase under climate change scenarios. These events can occur simultaneously or consecutively, and have severe impacts on ecosystems and human health, with significant reported losses. The objectives of this work are twofold: 1) to make a historical characterization of single and compound dry and hot extreme events (CDHEs) between 1979 and 2022 in Mediterranean Europe, and 2) to analyze the driving mechanisms conducive of CDHEs. The year 2022 is defined in the literature as one of the most severe CDHEs in recent years, and thus is presented here as a case study. For the purpose of this study, ERA5 data of temperature, total precipitation, volumetric soil water layers 1, 2 and 3, temperature at 850 hPa, geopotential height at 850 hPa, and vertical integrate of eastward and northward water vapor flux, with a spatial resolution of 0.25º x 0.25º, is used. Heatwaves were identified when maximum temperature is above its 90th percentile during at least 5 days. The Standardized Precipitation Index (SPI) on a 12-months accumulation scale (hereafter, SPI12) was used to identify drought conditions at a monthly scale. Drought events were identified when SPI-12 was below -1 during at least 2 months. CDHEs were identified with a cooccurrence matrix, with 1 in each grid point under heatwave and drought. The results show positive trends for the duration and intensity of heatwaves and droughts and, conversely, negative trends for soil moisture. Most of the study area show statistically significant negative trends when aggregating spatially for soil moisture. On the other hand, the annual temperature means present an increase and precipitation means show a small decrease on decadal trends. The bivariate analysis shows a shift on temperature and soil moisture towards dry and hot conditions. Heatwaves occupy smaller areas than droughts, which in turn influences the areas of the CDHEs, due to different reaction times of the atmosphere and soil. The combination of the high temperature, low soil moisture and precipitation, and anticyclonic conditions, associated with subsidence and clear-sky conditions, is the main driver to the development and maintenance of extreme events, as in 2022 CDHE event.
In recent decades, extreme events such as heatwaves and droughts have increased in number, duration and severity, and these trends are expected to continue to increase under climate change scenarios. These events can occur simultaneously or consecutively, and have severe impacts on ecosystems and human health, with significant reported losses. The objectives of this work are twofold: 1) to make a historical characterization of single and compound dry and hot extreme events (CDHEs) between 1979 and 2022 in Mediterranean Europe, and 2) to analyze the driving mechanisms conducive of CDHEs. The year 2022 is defined in the literature as one of the most severe CDHEs in recent years, and thus is presented here as a case study. For the purpose of this study, ERA5 data of temperature, total precipitation, volumetric soil water layers 1, 2 and 3, temperature at 850 hPa, geopotential height at 850 hPa, and vertical integrate of eastward and northward water vapor flux, with a spatial resolution of 0.25º x 0.25º, is used. Heatwaves were identified when maximum temperature is above its 90th percentile during at least 5 days. The Standardized Precipitation Index (SPI) on a 12-months accumulation scale (hereafter, SPI12) was used to identify drought conditions at a monthly scale. Drought events were identified when SPI-12 was below -1 during at least 2 months. CDHEs were identified with a cooccurrence matrix, with 1 in each grid point under heatwave and drought. The results show positive trends for the duration and intensity of heatwaves and droughts and, conversely, negative trends for soil moisture. Most of the study area show statistically significant negative trends when aggregating spatially for soil moisture. On the other hand, the annual temperature means present an increase and precipitation means show a small decrease on decadal trends. The bivariate analysis shows a shift on temperature and soil moisture towards dry and hot conditions. Heatwaves occupy smaller areas than droughts, which in turn influences the areas of the CDHEs, due to different reaction times of the atmosphere and soil. The combination of the high temperature, low soil moisture and precipitation, and anticyclonic conditions, associated with subsidence and clear-sky conditions, is the main driver to the development and maintenance of extreme events, as in 2022 CDHE event.
Descrição
Tese de Mestrado, Ciências Geofísicas, 2024, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Ondas de calor Secas Temperatura Humidade no solo e Precipitação Teses de mestrado - 2024