Predictibilidad estacional en el mediterráneo a partir de teleconexiones con las anomalías en la altura geopotencial de niveles medios de la atmósfera

• Autores: Darío Redolat
• Directores de la Tesis: Robert Monjo Agut (dir. tes.), María Belén Rodríguez de Fonseca (tut. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 97
• Títulos paralelos:
  • Seasonal predictability in the Mediterranean region from teleconections with mid-level atmospheric geopotential height anomalies
• Tribunal Calificador de la Tesis: María Eugenia Pérez González (presid.), Teresa Losada Doval (secret.), Roberto Serrano Notivoli (voc.), Sergi González Herrero (voc.), Shifa Mathbout (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad Complutense de Madrid
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Materias:
  • Física
    • Otras especialidades físicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    La gran variabilidad natural de los climas mediterráneos produce una enorme dificultad para predecir anomalías en todo el rango de escalas, desde subestacionales hasta decadales, en su mayor parte influenciados por las características geográficas y otros factores del acoplamiento océano-atmósfera. Sin embargo, los modelos numéricos de predicción todavía tienen limitaciones en horizontes a largo plazo debido a su sensibilidad no lineal a las condiciones iniciales en océanos profundos, mal asimiladas por falta de datos.

    Esta Tesis propone nuevas técnicas para explicar y predecir anomalías climáticas en la región euromediterránea mediante el diseño de un índice de oscilación en los niveles superiores de la atmósfera (ULMOi). Para ello, el trabajo emplea patrones atmosféricos a una altura de 500hPa sobre el mar Balear y Libia/Egipto, entre otras teleconexiones y métodos de autopredictibilidad (p.e., transformada rápida de Fourier y Wavelet-ARIMA). Las principales hipótesis fueron que (1) existe un acoplamiento parcial de las ondas estacionarias de Rossby en la cuenca mediterránea; (2) los patrones de teleconexión retardada proporcionan información sobre dicho acoplamiento océano-atmósfera, a través de (3) las oscilaciones cuasiperiódicas parcialmente predecibles, ya que (4) las señales de anticipación pueden extraerse suavizando el ruido en un horizonte de tiempo continuo.

    Para probar nuestro enfoque, se definieron dos experimentos en dos escalas de tiempo muy diferentes: a) multianual a decadal, y b) subestacional a estacional. En el primer caso (decadal), la predictibilidad estadística se comparó con nueve salidas de Earth System Models (ESM) corregidos (1951-2035) para 35 series de temperatura y 36 de precipitación de tres ciudades piloto (Barcelona, Bristol y Lisboa). El segundo experimento se aplicó a la predictibilidad subestacional de 11 estaciones de referencia (1993-2021) del Mediterráneo, diseñando un método teleconnection-wavelet-ARIMA (TeWA) y comparándolo con el pronóstico SEAS5.

    El primer experimento obtuvo mejores resultados para la precipitación cuando nuestro enfoque basado en teleconexiones se emplea en horizontes de entre 20 y 30 años, mientras que la temperatura tiene una mejor predictibilidad para horizontes de 5 años utilizando salidas ESM corregidas. Los resultados del segundo experimento muestran que nuestro enfoque TeWA mejora la predictibilidad de la temperatura y precipitación del primer mes entre un 10% y un 20% en comparación con otros métodos basados similares, y entre un 50% y un 70% en comparación con SEAS5. En una escala diaria de promedio móvil, la ventana de predicción óptima es de 30 días para la temperatura y 16 días para la precipitación. Nuestros resultados sugieren que las combinaciones del enfoque TeWA y los modelos numéricos podrían impulsar nuevas líneas de investigación en pronósticos subestacionales a estacionales.

  • English

    Large variability in Mediterranean climates produces a high difficulty in predicting anomalies at subseasonal-to-decadal scales, because of its geographical features and other factors from global oceans via coupling mechanisms. However, numerical weather prediction models still have limitations in long-term horizons due to their nonlinear sensitivity to initial deep oceanic conditions, poorly assimilated because of lack of data. This Thesis proposes new techniques to explain and predict Euro-Mediterranean climate anomalies by designing an Upper-Level Mediterranean Oscillation index (ULMOi). This method is based on atmospheric patterns at 500hPa height over the Balearic Sea and Libya/Egypt, among other teleconnections and self-predictability methods (e.g. Fast Fourier Transform and Wavelet-ARIMA). The main hypotheses were that (1) there is a partial coupling of Rossby stationary waves in the Mediterranean basin; (2) delayed teleconnection patterns provide information about such ocean–atmosphere coupling, through (3) partially predictable quasi-periodic oscillations, since (4) forecast signals can be extracted by smoothing noise in a continuous lead-time horizon...