Grupo de Fsica de la Tierra de la Universidad Pablo de Olavide Sevilla

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Grupo de Física de la Tierra de la Universidad
Pablo de Olavide(Sevilla)

• Facultad de Ciencias Experimentales

Seminario sobre Precipitación y Fenómenos
Meteorológicos asociados en Iberoamérica Ourense
8-10 septiembre 2008
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Quiénes somos y qué hacemos?
Identificación de estructuras atmosféricas
mediante métodos objetivos Reconstrucción del
clima (documentos históricos) Variabilidad de
patrones climáticos (NAO, ENSO, QBO) y efectos
asociados
Pedro Ribera (Profesor) David Gallego
(Profesor) Cristina Peña (Contratada)
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Identificación de estructuras atmosféricas
mediante métodos objetivos
Desarrollo de métodos objetivos de detección
Low pressure (1000 hPa)
Influencia de NAO en la precipitación Canaria
Influencia de ENSO en la precipitación Canaria
Tendencias en eventos extremos

• García, R., Gallego, D., Hernández, E., Gimeno,
  L., Ribera, P. 2001 Influence of the North
  Atlantic Oscillation on the Canary Islands
  precipitation. Journal of Climate,14, 3889-3903.
  (SCI 3.250)
• Gallego, D.,García, R. Hernández, E., Gimeno, L.,
  Ribera, P. 2001 An ENSO signal in the North
  Atlantic subtropical area, Geophysical Research
  Letters, 28, 2939-2942. (SCI 2.150)
• Gallego, D.,García, R. Hernández, E., Gimeno, L.,
  Ribera, P. 2001 Major influences on the Canary
  Islands precipitation. Advances in Global Change
  Research (Vol X), pags. 57-73/ Kluwer Academic
  Publishing Co.
• García, R., Gallego, D., Hernández, E., Gimeno,
  L. y Ribera, P. 2003 Precipitation trends in the
  Canary Islands, International Journal of
  Climatology, 23, 235-241. (SCI 1.859)

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Identificación de estructuras atmosféricas
mediante métodos objetivos
Generalización de los métodos objetivos a escalas
hemisféricas
Primera climatología de Cut-off Lows (DANAs) para
el hemisferio norte mostrando tres zonas de
formación preferente y su gran variabilidad.
Climatología objetiva de la corriente en chorro
del HS. Determinación de nº de onda, división del
chorro, etc.

• Nieto, R., Gimeno, L., de la Torre, L., Ribera,
  P., Gallego, D., García-Herrera, R., García,
  J.A., Nuñez, M., Redaño, A. y Llorente, J., 2005
  Climatological features of cutoff low systems in
  the Northern Hemisphere, Journal of Climate, 18,
  3085-3103. (SCI 3.5)
• Gallego, D., Ribera, P, García, R., Gimeno, L.
  and Hernandez, E, 2005 A new look for the
  Southern Hemisphere jet stream, Climate Dynamics,
  24, 607-621. (SCI 3.497)

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Identificación de estructuras atmosféricas
mediante métodos objetivos
Aplicación de los métodos objetivos a la
estratosfera
Caracterización de vórtices estratosféricos
Ejemplo Análisis EOF sobre latitud promedio
Gallego, D., Gimeno, L., Nieto, R.,
García-Herrera, R. A new diagnostic of
stratospheric polar vortices Journal of
Atmospheric Sciences
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Reconstrucción del clima (documentos históricos)
Desarrollo de las reconstrucciones climáticas
aplicadas a Canarias.
Desarrollo de la reconstrucción de la
precipitación en las Islas Canarias a partir de
registros agrícolas.
Aplicación a la reconstrucción del índice de la
Oscilación del Atlántico Norte hasta 1595.

• García, R. Macías, A. Gallego, D. Hernández,
  E., Gimeno, L. y Ribera, P. 2003 Reconstruction
  of the precipitation in the Canary Islands for
  the period 1595-1836, Bulletin of the American
  Meteorological Society, 84, 1037-1039. (SCI 4.5)
• Gallego, D., Garcia, R., Macias, A. y Hernandez,
  E. 2004 Reconstrucciones climáticas, el ejemplo
  de la Oscilación del Atlántico Norte, Física de
  la Tierra, 16, 83-92.

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Reconstrucción del clima (documentos históricos)
Climatological database for the Worlds Oceans
1750-1850
Diarios de navegación
Análisis de contenido (lingüístico
meteorológico)
Diccionario conversión a m/s

• Garcia, R., Prieto, L., Gallego, D., Hernández,
  E., Gimeno, L., Können, G., Koek, F., Wheleer,
  D., Wilkinson, C., Prieto, M.R., Báez, C.,
  Woodroff, S. 2003 CLIWOC, Multilingual
  meteorological dictionary, KNMI publicatie-205.
  De Bilt. ISBN 90-369-2243-7.
• Prieto, M.R., Gallego, D., García-Herrera, R. y
  Calvo, N. 2005. Deriving wind force terms from
  nautical reports through content analysis,
  Climatic Change, 73, 37-55. (SCI 2.035)

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Reconstrucción del clima (documentos históricos)
Trabajos derivados
Reconstrucción de series diarias de viento en
Cádiz desde 1806 a partir de datos de la torre de
vigía. A partir de 1824 combinadas con datos
instrumentales de presión y temperatura.
Primera reconstrucción de SLP sobre el Atlántico
Norte basada en datos oceánicos

• Gallego, D. García-Herrera, R., Ribera, P. y
  Jones, P.D. 2005 Seasonal mean pressure
  reconstruction for the North Atlantic (1750-1850)
  based on early marine data, Climate of the Past,
  1, 19-33.
• Gallego, D. García-Hererra, R. Calvo, N. y
  Ribera, P., 2007 A new meteorological record for
  Cádiz (Spain) 1806-1854. Implications for
  climatic reconstructions, Journal of Geophysical
  Research.

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Variabilidad de patrones climáticos (NAO, ENSO,
QBO) y efectos asociados
Efecto de patrones climáticos (ENSO, NAO, QBO) en
variables locales (precipitación, temperatura,
fenómenos extremos, frecuencia o intensidad de
huracanes, etc).
Modulación de la Oscilación Cuasi Bienal (QBO) en
campos globales (temperatura, viento meridional,
vertical, altura de la tropopausa,
etc.) Aplicación de métodos avanzados
multivariantes (MTM-SVD)
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Combinación de líneas(UPO, UCM, IANIGLA)
Escasez datos instrumentales (series largas y
contínuas) en grandes extensiones de
Sudamérica La recopilación de proxies es
esencial calibración? El eterno problema
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Combinación de líneas(UPO, UCM, IANIGLA)
Frecuencia de ocurrencia de nieve en la carretera
entre Mendoza y Santiago.
Número anual de días de precipitación de nieve
(1895-1996)
Sólo se puede calibrar la reconstrucción con
datos instrumentales entre 1961 y 1976
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Calibration

• Occurrence of precipitation in the Central Andes
  is mainly related to
• Presence of a trough in the subtropical jet
  stream over the area
• Low pressure systems
• Currently, we have tools to look for these
  patterns, thus testing if the expected signal is
  found for the snow days for a longer period than
  the original calibration
• NCEP-NCAR provides reliable atmospheric data
  since 1958 in the Southern hemisphere

While it is not possible to perform a calibration
of a precipitation series, the analysis of the
atmospheric anomalies related to the
reconstruction provides an exigent test of
consistency
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Desplazamientos en el chorro
Anomaly in the jet stream during snow days (grey)
relative to the average jet (black)
1958-1996 Subtropical jet northward displaced and
significantly stronger during the reconstructed
snow days
An opposite change in the polar front jet is also
evidenced
14
Anomalías de geopotencial
B
A
1000 hPa Anomaly in the 1000 hPa Geopotential
during snow days relative to the average 1000 hPa
geopotential (1958-1996) Dipolar structure over
the eastern Pacific (grey areas significant
differences plt0.05)
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Patrones de circulación
The anomaly pattern is clearly similar to the
wave-number 3 Pacific South American mode
triggered by the ENSO
Anomalous SLP (JJA) related to positive ENSO
events (figure from Karoly (1989)
Anomalous 1000-hPa geopotential (JAS) related to
snow events
Karoly, D.J., 1989 Southern Hemisphere
Circulation Features Associated with El
Niño-Southern Oscillation Events. J. Climate, 2,
12391252.
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Chorro-circulaciones en la baja troposfera
B
A
During precipitation days, the advection related
to the 1000 hPa geopotential dipole is clearly
related to the observed displacement in the jet
stream.
It is interesting to note that the anomaly in the
jet stream is rather confined to the area closer
to South America and does not seem to propagate
eastward.
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An Antarctic teleconnection?
The snow events in the Central Argentinean Andes
thus appears related to a dipole of SLP with low
pressure over the precipitation area and a
defined high pressure center next to the
Antarctic Peninsula
Signal in the ice extent around the Antarctic
peninsula?
Anomalous warm advection
Anomalous cold advection
Rayner et al. (2003) have published a monthly
series of the ice extent around Antarctica since
1973
Rayner, N. A., D. E. Parker, E. B. Horton, C. K.
Folland, L. V. Alexander, D. P. Rowell, E. C.
Kent, and A. Kaplan (2003), Global analyses of
sea surface temperature, sea ice, and night
marine air temperature since the late nineteenth
century, J. Geophys. Res., 108(D14), 4407,
doi10.1029/2002JD002670.
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An Antarctic teleconnection?
Autumn
Winter
The anomalous advection related to precipitation
modifies the rate of development of the Ice Sheet
during its formation (autumn) but it is not
related to its maximum extension (not significant
signals in winter)
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Validation

• The reconstructed series shows the expected
  relation to atmospheric disturbances.
• This procedure adds confidence to the goodness of
  the reconstruction for a period significantly
  longer than the original 15-year calibration
  years.
• Therefore, the homogeneity of the series relies
  on
• No changes in the language
• Expected anomalies in the jet
• Expended anomalies in the SLP
• Related (new) anomalies in the Antarctic Ice
• Comparison with instrumental precipitation series

1996
1886
1958
1961
1976
Timeline
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Making sense of it all
Anomalous Precipitation (reconstruction)
Anomalous Pacific SLP dipole
Changes in the Antarctic sea ice
Displacement of the jet stream
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Making sense of it all
El Niño event
Tropical latitudes
Several evidences found in the literature as
different ENSO impact are in fact, part of the
very same phenomenon
Basic extratropical impact of El Niño
Pacific South American pattern
Changes in the jet
Anomalous Pacific SLP dipole
Changes in the Antarctic sea ice
Jacobs Comiso (1997) Renwick (2002) Raphael
(2007)
Mo Guil (1987) Carleton (2003) Etc
Yuan et al. (2004) Liu et al (2002)
Changes in precipitation
Aceituno (1988) Rutlland Fuenzalida
(1991) Montecinos (2000) Haylock et al. (2006)
etc
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Temporal analysis
Trends
23
Temporal analysis
Noise or higher frequency oscillations
Jumps and apparent low frequency periodicities
Wet periods
Dry period
Large jump around 1967 (also seen in the
instrumental series)
Very large upward jump in 1891
Large downward jump in 1900
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Singular Spectrum Analysis (SSA)
The 6 first eigenvalues account for 75.5 of the
variance
PC1 Wet-dry periods. Mostly responsible of the
observed positive trend.
PC2 Oscillation of 28 years Related to the
bidecadal oscillation of the global temperature
associated with changes in the thermocline.
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Singular Spectrum Analysis (SSA)
PC3 PC4 11-year oscillation (approx.) Probably
related to the 9.1 year oscillation in the global
surface temperature
PC5 PC6 5-year oscillation Same timescale than
ENSO