Uncertainty budget of Mediterranean storm surge projections for the XXIst Century

Trabajo presentado en la EGU General Assemby 2013, celebrada del 7 al 12 de abril de 2013 en Viena (Austria)Peer Reviewe

Regional marine climate scenarios in the NE Atlantic sector close to the Spanish shores

[EN] We present an overview of the changes expected during the 21st century in key marine parameters (sea surface temperature, sea surface salinity, sea level and waves) in the sector of the NE Atlantic Ocean close to the Spanish shores. Under the A1B scenario, open-sea surface temperatures would increase by 1°C to 1.5°C by 2050 as a consequence of global ocean warming. Near the continental margin, however, the global temperature rise would be counteracted by an enhancement of the seasonal upwelling. Sea surface salinity is likely to decrease in the future, mainly due to the advection of high-latitude fresher waters from ice melting. Mean sea level rise has been quantified as 15-20 cm by 2050, but two contributions not accounted for by our models must be added: the mass redistribution derived from changes in the large-scale circulation (which in the NE Atlantic may be as large as 15 cm in 2050 or 35 cm by 2100) and the increase in the ocean mass content due to the melting of continental ice (for which estimates are still uncertain). The meteorological tide shows very small changes, and therefore extreme sea levels would be higher in the 21st century, but mostly due to the increase in mean sea level, not to an increase in the storminess. The wave projections point towards slightly smaller significant wave heights, but the changes projected are of the same order as the natural variability.[ES]En este trabajo se presenta una visión de conjunto de los cambios esperados en el siglo XXI en los principales parámetros marinos (temperatura y salinidad superficiales, nivel del mar y oleaje) en el sector NE del Océano Atlántico más cercano a las costas españolas. Bajo el escenario A1B, se prevé que la temperatura superficial en mar abierto suba del orden de 1-1.5°C para el año 2050, como consecuencia del calentamiento global del océano. Cerca del margen continental, sin embargo, el aumento de la temperatura superficial podría ser contrarrestado por un aumento del afloramiento estacional. La salinidad superficial es probable que disminuya en el futuro, debido principalmente a la advección desde latitudes más altas de aguas provenientes de la fusión de hielos polares. El aumento del nivel del mar obtenido de los modelos se ha cuantificado en 15 a 20 cm para el año 2050, pero esa estima no incluye dos contribuciones adicionales que deben ser añadidas: la redistribución de masa derivada de los cambios en la circulación a gran escala (que en el Atlántico NE se ha estimado en unos 15 cm para 2050 i en 35 cm para 2100) y el aumento de masa debido a la fusión de hielos continentales (para el cual las estimas son todavía inciertas). La marea meteorológica muestra cambios muy pequeños, y por tanto el aumento de los niveles extremos del mar en el siglo XXI serán debidos principalmente al aumento del nivel medio, no a un aumento en la intensidad de las tormentas. Las proyecciones de oleaje apuntan a olas de altura significante ligeramente más pequeñas; de todos modos, los cambios proyectados son del mismo orden que la variabilidad natural.The computational work of this paper was carried out in the framework of two projects: VANIMEDAT-2 (CTM2009-10163-C02-01), funded by the Spanish Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) and the E-Plan of the Spanish Government; and ESCENARIOS, funded by the Agencia Estatal de Meteorología (AEMET). Some of the analysis and summary efforts were carried out in the framework of the subsequent project CLIMPACT (CGL2014-54246-C2-1-R), also funded by MINECO

Vulnerabilidad de los puertos españoles ante el cambio climático. Vol. 1: Tendencias de variables físicas oceánicas y atmosféricas durante las últimas décadas y proyecciones para el siglo XXI

La presente publicación, el primer volumen de dos libros previstos sobre el tema, se centra en describir los resultados de los trabajos que se han realizado desde Puertos del Estado, el IMEDEA y AEMET para la caracterización de la evolución de las variables climáticas a lo largo del Siglo XXI. Los datos expuestos son el resultado de un enorme esfuerzo de computación numérica establecido a lo largo de 7 años en una serie de proyectos de investigación financiados por el Ministerio de Economía y Competitividad y por el Ministerio de Medio Ambiente, y su generación ha sido también posible gracias a la colaboración con multitud de centros internacionales de referencia, como MeteoFrance y Mercatorocean en Francia, o el National Oceanography Centre, en Reino Unido. Estos trabajos se enmarcan, además, en la estrategia española sobre cambio climático, y están coordinados con las actividades de la Oficina Española de Cambio Climático

Skills of different hydrographic networks in capturing changes in the Mediterranean Sea at climate scales

© Inter-Research 2015 . The skills of 5 observational networks are explored in the context of the monitoring of climate signals in the Mediterranean Sea. Namely we explore the capabilities of hydrographic surveys and ships of opportunity, of Argo buoys, of a (virtual) regularly distributed mooring network, of the present-day observational system (which makes use of the 3 kinds of observations) and of a targeted future system. The skills of each observational network are quantified as follows: first, the output of a realistic regional circulation model (considered here as the virtual truth) is sampled at the same time and location of the actual observations gathered by each observational network. An objective analysis scheme based on Optimal Statistical Interpolation is then applied to the pseudo-observations to obtain gridded products, which are compared to the model output in order to infer the capability of each sampling to capture the true fields. We do it for different periods (for 1962-2000 and for the whole 21st century) and for different parameters (temperature, salinity and the rate of deep water formation in the Western Mediterranean). Results indicate that the skills to reproduce large scale climatic signals depend on the depth and variable, ranging from >90% of explained monthly variance and <5% relative trend errors for the upper (0-100 m) and intermediate layer (100-400 m) temperature fields, to <60% of variance and 30% relative trend errors for the upper layer salinity field. When averaging temperature and salinity over the whole basin volume, both annual values and long term trends are properly captured by all the networks, though the deep water formation rate in the Western Mediterranean is largely overestimated. Conversely, regional features are missed by all the sampling networks, since none of them has an adequate spatial distribution to capture small scale processes.Peer Reviewe

Optimal spatio-temporal design of an hydrographic sampling aimed to monitor climate change in the Mediterranean Sea

Póster presentado en la 2012 General Assembly de la European Geosciences Union (EGU), celebrada del 22 al 27 de abril de 2012 en Viena (Austria)Peer Reviewe

Can we trust Mediterranean hydrographic data products (MEDAR, EN3, Ishii) for climate studies?

Trabajo presentado en la EGU General Assemby 2012, celebrada del 22 al 27 de septiembre de 2012 en Viena (Austria)Peer Reviewe

Study of the uncertainties of Mediterranean Sea Climate Monitoring and Projections

[eng] The main goal of the present thesis is the characterization of the uncertainties of the Mediterranean Sea observational and simulation products in order to capture climate variability. Firstly, the capabilities of five marine observational networks to capture temperature and salinity evolution for the last decades of the 20t h Century and for the whole 21s t Century, as well as the characterization of other local processes such as the deep water formation rate in the western basin, have been tested. Results point out that temperature and salinity annual basin averages and long term trends are properly captured by all networks. Conversely, deep water formation rate in the western basin and other regional processes are largely over or underestimated by all networks. Secondly, the uncertainties of an ensemble of regional climate simulation hindcasts, spanning for the last decades of the 20t h century, have been studied. Specifically, we quantified and analyzed the uncertainties linked to the model reproduction of a climatic key process such as the redistribution of heat and salt within the basin. From the characterization of those uncertainties, it has been pointed out that the spread between models is much larger than the ensemble average for the vertical salt transfer and for the heat transfer between 0-150m and 150-600m. At lower layers there is a set of models showing a good agreement between them, while others are not correlated with any other model. The mechanisms behind the ensemble spread are not straightforward. Finally, we explored the reliability of uncertainty estimations in climate simulations when the number of available simulations is limited, which hampers the representativity of the spread as a measure of uncertainty. In those cases, the total uncertainty may be strongly underestimated and a correction factor is recommended to obtain more realistic uncertainty estimates. That corrector factor has been deduced in the case of having single or multiple sources of uncertainty and applied to a real case: the Mediterranean Sea level reconstruction from an ensemble of climate projections. It is shown that the reliability on the uncertainty estimates of each source depends on the number of simulations sampling the source and on the relative contribution to the total uncertainty of the source. This study pretends to draw the attention on the problems associated to uncertainty estimates when the number of simulations is not adequate and give a useful tool to easily correct the uncertainty estimations.[spa] El objetivo principal de la presente tesis consiste en la caracterización de las incertidumbres asociadas a los productos observacionales y a las simulaciones numéricas a la hora de reproducir la variabilidad climática en el Mar Mediterráneo. En primer lugar, se han analizado las capacidades de cinco redes de observación marinas a la hora de reproducir la evolución de la temperatura y la salinidad durante las últimas décadas del siglo XX y para el sigo XXI completo, así como la caracterización de otros procesos locales como la tasa de formación de aguas profundas en la cuenca occidental. Los resultados muestran que todas las redes son capaces de capturar correctamente los promedios de cuenca y las tendencias a largo plazo. Por el contrario, la tasa de formación de aguas profundas en la cuenca occidental y otros procesos locales son, en gran parte, sobre o subestimados por todas las redes. En segundo lugar, se ha estudiado la incertidumbre de un conjunto de simulaciones climáticas regionales en las últimas décadas del siglo XX. Específicamente, se cuantificaron y analizaron las incertidumbres ligadas a la reproducción de un proceso climático clave como es la redistribución de calor y sal en la cuenca. A partir de la caracterización de la incertidumbre del conjunto, se muestra que las diferencias entre modelos son mucho mayores que el promedio en el caso de la transferencia vertical de sal y en el caso de la transferencia de calor entre 0-150 m y 150-600m. En capas inferiores, algunos modelos muestran una alta correlación entre ellos mientras otros no muestran concordancia alguna con ninguno de los demás. Los mecanismos que gobiernan las discrepancias entre modelos han sido estudiados concluyendo que es complicado sacar conclusiones robustas en este sentido. Finalmente, se analizó la fiabilidad en las estimaciones de la incertidumbre en simulaciones numéricas climáticas cuando el número de simulaciones disponibles es limitado, lo cual dificulta la represent at i vidad de las estimaciones de la incertidumbre. En esos casos, la incertidumbre total puede ser subestimada. En este sentido se recomienda usar un factor corrector para obtener estimaciones más realistas de la incertidumbre. Dicho factor corrector ha sido deducido en el caso de tener una o múltiples fuentes de incertidumbre y ha sido aplicado a un caso real: La reconstrucción del nivel del Mar Mediterráneo a partir de un conjunto de proyecciones climáticas. En este estudio se muestra que la fiabilidad en las estimas de la incertidumbre de cada fuente depende del número de simulaciones a partir de las cuales se ha calculado la incertidumbre, así como a la importancia relativa de la incertidumbre de cada fuente respecto a la incertidumbre total. A partir de estos resultados, se pretende llamar la atención respecto a los problemas asociados en las estimas de la incertidumbre a partir de un número limitado de simulaciones.[cat] L'objectiu principal de la present tesi consisteix en la caracterització de les incerteses dels productes observacionals i de les simulations numerics a Phora de reproduir la variabilitat climática al Mar Mediterrani. En primer Hoc, s'lian analitzat les capacitats de cinc xarxes d'observació marines a l'hora de reproduir l'evolució de la temperatura i la salinitat durant les darreres decades del segle XX i per al segle XXI al complet, així com la caracterització d'altres processos locals com la tassa formació d'aigües fondes a la conca occidental. Els resultats mostren que totes les xarxes son capaces de capturar correctament la mitjana de conca i les tendencies a llarg termini. Pel contrari, la tassa de formació d'aigües fondes a la conca occidental així com altres processos regionals son, en gran part, sobre o subestimáis per totes les xarxes. En segon Hoc, s'ha estudiat la incertesa d'un conjunt de simulations climátiques regionals per les darreres decades del segle XX. Específicament, s'han quantificat i analitzat les incerteses lligades a la caracterització d'un procés climatic clau com és la redistribució de calor i sal a la conca. A partir de la caracterització de la incertesa del conjunt, es mostra que les diferencies entre models son molt majors que la mitjan en el cas de la transferencia vertical de sal i en el cas de la transferencia de calor entre 0-150m i 150-600m. En capes inferiors, alguns models mostren una altra correlació entre ells, mentre altres no mostren cap concordanga amb cap deis altres models. Els mecanismes que governen aqüestes discrepancies entre models han estat estudiáis, mostrant que és complicat treure conclusions robustes en aquest sentit. Per últim, s'ha analitzat la fiabilitat en les estimes de la incertesa en les simulations numériques climátiques quan el nombre de simulations disponibles és limitat, dificultant la represent at i vit at de les estimations de la incertesa. En aquests casos, la incertesa total pot ser subestimada. En aquest sentit, es recomana usar un factor corrector per obtenir les estimations mes realistes de la incertesa. Aquest factor corrector ha estat deduit per al cas d'una o múltiples fonts d'incertesa i ha estat aplicat a un cas real: La reconstrucció del nivell del mar al Mediterrani a partir d'una serie de projections climátiques. En aquest estudi es mostra que la fiabilitat en les estimes de la incertesa de cada una de les fonts depén del nombre de simulations a partir de les quals es calcula la incertesa, així com a la importancia relativa de la incertesa de cada font respecte a la incertesa total. A partir d'aquests resultats, es pretén cridar l'atenció respecte ais problemes associats a les estimes de la incertesa quan el nombre de simulations disponible és limitat

Temperature and Salinity in the Mediterranean since 1950. Insights from a new gridded product and its associated uncertainties

Trabajo presentado en la EGU General Assemby 2014, celebrada del 27 de abril al 2 de mayo de 2014 en Viena (Austria)Different hydrographic gridded products are available for the Mediterranean Sea (e.g. MEDATLAS, EN3 or Ishii). These products provide monthly temperature and salinity fields on regular grids that cover the whole basin from the sea surface to the bottom and span from 1950 to present. These features make these products very appealing and have been extensively used in the Mediterranean for a wide range of applications, from process-oriented studies to climate analysis. However, it is important to bear in mind that those products are generated from sparse in-situ observations characterized by a rather irregular coverage in space and time. In this presentation we will introduce a new hydrographic gridded product for the Mediterranean Sea that shows better skills than the existing products when compared to independent observations. Moreover, we have performed a careful analysis in order to quantify the uncertainties associated with the monthly fields and averaged quantities. The new product explains up to 80% of the actual monthly variance for surface temperatures, but less than 40% for surface salinity. At intermediate and deeper levels the performance is even worse. In the light of these results we revisit previous analysis of the evolution of the temperature and salinity since 1950 in order to determine which features are robust and which are notPeer Reviewe

On the use of box models to explain the main features of Mediterranean marine climate projections

Trabajo presentado en el IV Encuentro Oceanografía Física Española, celebrado en Alicante, España, del 20 al 22 de julio de 2016Peer Reviewe

Heat and salt redistribution within the Mediterranean basin in the Med-CORDEX model ensemble

Trabajo presentado en la European Geosciences Union General Assembly, celebrada en Viena, Austria, del 17 al 22 de abril de 2016Peer Reviewe