Influence of land cover in the atmospheric water vapor content and the generation of summer storms in the Turia River Basin

Les tronades d'estiu representen una font d’aigua important en la conca mediterrània, ja que aporten aigua durant els mesos més secs de l’any, amb la qual cosa ajuden a mantenir els cabdals dels principals rius. Aquests sistemes convectius estan associats a les circulacions de brisa que dominen durant l'estiu. La brisa es canalitza a través de les valls assolint les capçaleres dels principals rius on es generen línies de convergència, és a dir, zones on les masses d’aire superficials s’injecten a capes més altes de l’atmosfera i donen lloc a aquest tipus de fenòmens meteorològics. A part de la topografia, altres factors que poden influenciar la formació de tronades d'estiu són els fluxos superficials de calor latent i sensible, ja que modifiquen les propietats de les masses d'aire advectades amb la brisa i que intervenen en el desenvolupament d'aquests sistemes convectius. En aquest context, en la present tesi s'estudien les interaccions entre el sòl i l’atmosfera amb l'objectiu principal de quantificar el paper que juguen els usos del sòl en la formació i desenvolupament de tronades d'estiu en situacions de brisa. En aquesta tesi doctoral es du a terme un detallat anàlisi de l’impacte de la brisa en les interaccions sòl-vegetació-atmosfera (SVA) emprant diferents tipus d’observacions, i també exercicis de modelització numèrica. La principal eina de treball és el model meteorològic Weather Research and Forecasting amb el qual es duen a terme simulacions a molt alta resolució espacial i temporal. Dues aproximacions s’han utilitzat en aquesta tesi per a estudiar la rellevància de les interaccions SVA i les contribucions de la superfície a la recàrrega de vapor d’aigua atmosfèric i l’escalfament de l’aire en situacions prèvies a la formació de tronades d’estiu. D’una banda, els intercanvis en el sistema SVA s’han calculat amb els diagrames de mescla que representen les variacions de temperatura potencial en funció de la humitat en l’espai energia per unitat de massa. D’altra banda, les contribucions per part de la superfície al contingut en vapor d’aigua atmosfèric i a l’escalfament de les masses d’aire també s’han analitzat des d’un punt de vista Lagrangià. Concretament, s’han extret trajectòries associades a la formació de tronades d’estiu i a circulacions de brisa i s’han calculat les contribucions des de la superfície i l’efecte de l’entrainment. En general els resultats indiquen un marcat impacte dels fluxos de calor en superfície que representen un 40% de l'increment total en temperatura potencial, de mitjana, en contrast amb l'increment d'humitat associats a la evapotranspiració que representen un 7% de la humitat present abans del desenvolupament de les tronades. A més, l'entrainment, la incorporació d'aire més sec al corrent de brisa, és el principal factor en les variacions de temperatura i humitat durant les circulacions de brisa. Respecte als usos del sòl, les contribucions més marcades al vapor d’aigua atmosfèric i l’escalfament de la brisa es produeixen a la zona litoral en reació al menor desenvolupament de la capa límit. Les zones urbanes són les que generen un major escalfament de l’aire, mentre que els camps de cultiu aporten la major part del vapor d’aigua

What causes a heavy precipitation period to become extreme? The exceptional October of 2018 in the Western Mediterranean

The Mediterranean region is particularly exposed to heavy precipitation and flash flooding. Every autumn the region is affected by these weather-related hazards, frequently with immense costly and deadly consequences. What makes an already potentially damaging period in terms of heavy precipitation, even more intense? This is the underlying question in this study, in which the atmosphere and the ocean conditions in October 2018 are examined to identify anomalies favoring this intensification. Furthermore, the model representativity of the over-averaged precipitation period and underlying anomalies is analyzed across scales using climatological, seasonal, and event-based COSMO high-resolution model simulations. Our investigation shows that October-2018, in the context of the climatological series from 1982 to 2018, could be marked as an unprecedented period because of the presence of intense and numerous low-pressure systems. Additionally, atmospheric moisture values placed this time above the climatological average, mainly for the high percentiles of the TCWV hourly anomalies. Specific humidity showed similar behaviour as TCWV except for pressure levels lower than 700 hPa, probably in relation to the evolution of the former Hurricane Leslie. The atmosphere-ocean interaction presented combined strong sea surface temperature (SST) and evaporation anomalies. April to October SST clearly exceeds climatological values while October-2018 presents both strong monthly anomaly and intense evaporation peaks preceding the most intense precipitation events. These large-scale features’ anomalies were in general well captured by the high-resolution regional climate model simulations at climatic and seasonal scales leading to an accurate representation of accumulated precipitation for the October period. However, the numerical weather prediction simulations on an event scale revealed low predictability, in agreement with former investigations, due to differences at the location and intensity of the cut-off lows and particularly at the atmospheric moisture field. The conclusions of this study show that it is not the most extreme period in terms of single anomalies which lead to extreme wet seasons, but the synergy of atmospheric and oceanic anomaly conditions with a constant interplay which made Autumn/October 2018 an extreme season/month