169 research outputs found

    Homogenization of monthly series of temperature and precipitation: benchmarking results of the MULTITEST project

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    The homogenization of climate observational series is a needed process before undertaking confidently any study of their internal variability, since changes in the observation methods or in the surroundings of the observatories, for instance, can introduce biases in the data of the same order of magnitude than the underlying climate variations and trends. Many methods have been proposed in the past to remove the unwanted perturbations from the climatic series, and some of them have been implemented in software packages freely available from the Internet. The Spanish project MULTITEST was intended to test their performance in an automatic way with synthetic monthly series of air temperature and atmospheric precipitation, in order to update inter-comparison results from former projects, especially those of the COST Action ES0601. Several networks representing different climates and station densities were used to test a variety of homogenization packages on hundreds of random samples. Results were evaluated mainly in form of Root Mean Squared Errors (RMSE) and errors in the trend of the series, showing that ACMANT, followed by Climatol, minimized these errors. However, other packages performed also relatively well, even outperforming them when there were simultaneous biases of the same sign in most or all the test series

    Tendencias de la velocidad de la brisa marina en el este de la Península Ibérica, 1961-2019

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    Trabajo presentado en el XII Congreso de la AEC, celebrado en Santiago de Compostela (Espa√Īa) del 19 al 21 de Octubre de 2022.La mayor√≠a de estudios previos del fen√≥meno ¬Ņstilling¬Ņ y el reciente ¬Ņreversal¬Ņ de la velocidad del viento se han enfocado en el estudio de su variabilidad a escala global, mientras que los cambios hist√≥ricos relacionados al tipo de viento a√ļn no han sido cuantificados; p.ej., ponientes, vientos locales, brisas marinas, entre otros. Estudios recientes sobre la Pen√≠nsula Ib√©rica sugieren un posible reforzamiento de las circulaciones de brisa en verano-oto√Īo. En este trabajo desarrollamos un m√©todo automatizado para la identificaci√≥n de episodios de brisa marina en observaciones sub-diarias de viento registradas en 16 estaciones meteorol√≥gicas al este de Espa√Īa. Se identificaron 9,312 episodios de brisa y se analiz√≥ la variabilidad multidecadal y las tendencias en la velocidad media, rachas m√°ximas y ocurrencia durante el periodo 1961-2019. Los resultados evidencian un desacoplamiento entre la velocidad media y las rachas m√°ximas, con un debilitamiento significativo de la velocidad en todas las escalas temporales (excepto en invierno), y un fortalecimiento de las rachas en oto√Īo-invierno. Tambi√©n se evidenci√≥ una intensificaci√≥n en la ocurrencia de la brisa de invierno, la cual podr√≠a deberse a una mayor frecuencia de anticiclones durante esa √©poca del a√Īo. Sin embargo, las causas detr√°s de las tendencias opuestas entre la velocidad media y las rachas m√°ximas son a√ļn desconocidas y requieren de m√°s investigaci√≥n en el futuro. Este trabajo suple una brecha en el conocimiento de la variabilidad a largo plazo de la brisa del mar Mediterr√°neo y las causas que provocan los cambios estacionales de los vientos en superficie

    A deep learning approach for identifying coastal sea breezes globally

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    Trabajo presentado en EMS Annual Meeting, celebrado en Bonn (Alemania) del 04 al 09 de septiembre de 2022.Sea breezes can occur on any coast of the world affecting meteorological variables broadly used to detect sea breeze episodes. To date, there is no universal method to identify sea breezes that works all over the globe. Most existing methodologies develop their own selection methods based on thresholds related to the local characteristics of the study site: e.g. wind direction based on the coastline orientation, cloud cover, precipitation, humidity, land-sea air temperature difference, pressure amplitude, insolation, among others. However, detecting past episodes from well-defined criteria makes sea breeze identification dependent on these criteria. This makes most classified events on the same site differ from each other, as well as making extrapolation to other regions difficult. The scarcity of high-resolution observed historical data over land and sea surfaces has limited the sea breeze understanding in many coastal regions across the world. To address the need of developing a universal method applicable to any coastal region of the globe, here we explore deep learning techniques (e.g. deep convolutional neural networks). We train these models using a time-series of high-resolution physical reanalysis (e.g. ERA-5 Land) gridded and observed data, after identifying 5 years of sea breezes manually for random stations around the globe. Results from this study constitute the first historical sea breeze global database spanning approximately the last 40 years. The ability of machine learning models to detect sea breezes allows the development of a simple and universal approach, which will improve the understanding of sea breeze at spatial scales which has not been addressed before, as far as we know

    Biases in wind speed measurements due to anemometer changes

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    This research presents a case study of the biases and discontinuities that were introduced in observed long-term mean wind-speed and gust data-series due to anemometer changes in a meteorological station in northern Spain, operated by the Spanish State Meteorological Agency: San Sebastian-Igueldo. Field and wind-tunnel experiments with predefined conditions have been presented in the literature, however this research uses a real case study to assess the impact of anemometer changes on wind speed measurements due to three factors being: (i) the 3-cup anemometer model (SEAC vs. THIES companies); (ii) sensor height (‚ąľ19.95 m vs. ‚ąľ20.45 m) and (iii) sensor age (20-years old vs. new). Our results show (a) substantial biases in the measured wind speed and daily peak wind gusts, with the new THIES anemometer reporting stronger surface winds than the old SEAC anemometer; (b) opposing biases under weak (negative) and moderate-strong (positive) winds; and (c) significant breakpoints in the long-term wind data-series, which highlight the importance of data homogenization. National Weather Services and climate assessment groups will benefit from these findings since errors in wind speed and gust measurements can be minimized by implementing systematic observation protocols. Robust anemometer observations provide a basis for accurate quantification of the magnitude of changes and the variability of surface winds.This research was funded by the following projects: IBER-STILLING (RTI2018‚Äď095749-A-I00, MCIU/AEI/FEDER,UE); VENTS (GVA-AICO/2021/023) and the CSIC Interdisciplinary Thematic Platform (PTI) Clima (PTI-CLIMA)

    Observed changes in sea breezes over the Western Mediterranean basin, 1961-2020

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    Trabajo presentado en EGU General Assembly, celebrado en Vienna (Austria) del 23 al 27 de mayo de 2022.Climate change may affect sea breezes in their magnitude and occurrence, having direct implications for the hydrologic cycle and desertification (i.e., development of sea breeze thunderstorms), air pollution dispersal, wind energy production, to name but a few. To date, trends and multidecadal variability of sea breezes have been barely quantified because of the scarcity of long-term series, the low spatial-temporal resolution and the unreliability of observations over land-sea surfaces. Recent studies showed an increase in the occurrence of sea breeze days for the Eastern Spain, as well as opposite trends between the mean speed and gusts. The causes behind these opposite trends remain unknown because of the complexity of thermally driven coastal wind systems. The aim of this study is to advance in the knowledge of the observed changes in sea breezes over the Western Mediterranean area for 1961-2020, and their likely causes. To do so, we will first apply a robust automated algorithm based on alternative criteria to detect potential sea breeze events. Then, we will use homogenized wind speed and gusts data from sub-daily observations across the Mediterranean region to quantify the magnitude and significance of changes in sea breezes for 1961-2020. Finally, we will estimate the relationship with large-scale circulation (e.g., modes of variability, weather types and mean layer vector wind) and physical-local factors (e.g., land use changes and land-sea air temperature gradient) from ERA5 reanalysis to better understand the likely causes behind the observed changes in sea breezes

    Tendencias de la brisa marina en el este de Espa√Īa, 1961-2019

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    [EN]: Most studies on wind stilling and its recent reversal have been addressed at global scales, while changes according to the type of wind have not yet been quantified; e.g. westerlies, local winds, sea breezes, among others. Recent studies over the Iberian Peninsula suggest a hypothetical reinforcement of sea breeze speeds in summerautumn. Here, we developed an automated method for the detection of sea breeze episodes on sub-daily wind observations from 16 weather stations across eastern Spain. After identifying 9.312 days of sea breezes, we analyzed trends and multidecadal variability on their speeds, gusts and occurrence for 1961-2019. We found a decoupled variability between the sea breeze speeds and gusts: the speed declined in most time-scales (excepting winter) while gusts strengthened annually and in autumn-winter. We also found an increased winter occurrence of the sea breeze, which variability is partly explained by more frequent anticyclonic conditions. The causes behind the opposing trend in the speed and gusts remain unclear, requiring further investigation. This work fills a gap in the knowledge of the long-term variability of the Mediterranean Sea breezes and the drivers of seasonal changes in surface winds.[ES]: La mayor√≠a de estudios previos del fen√≥meno ‚Äústilling‚ÄĚ y el reciente ‚Äúreversal‚ÄĚ de la velocidad del viento se han enfocado en el estudio de su variabilidad a escala global, mientras que los cambios hist√≥ricos relacionados al tipo de viento a√ļn no han sido cuantificados; p.ej., ponientes, vientos locales, brisas marinas, entre otros. Estudios recientes sobre la Pen√≠nsula Ib√©rica sugieren un posible reforzamiento de las circulaciones de brisa en verano-oto√Īo. En este trabajo desarrollamos un m√©todo automatizado para la identificaci√≥n de episodios de brisa marina en observaciones sub-diarias de viento registradas en 16 estaciones meteorol√≥gicas al este de Espa√Īa. Se identificaron 9.312 episodios de brisa y se analiz√≥ la variabilidad multidecadal y las tendencias en la velocidad media, rachas m√°ximas y ocurrencia durante el periodo 1961-2019. Los resultados evidencian un desacoplamiento entre la velocidad media y las rachas m√°ximas, con un debilitamiento significativo de la velocidad en todas las escalas temporales (excepto en invierno), y un fortalecimiento de las rachas en oto√Īoinvierno. Tambi√©n se evidenci√≥ una intensificaci√≥n en la ocurrencia de la brisa de invierno, la cual podr√≠a deberse a una mayor frecuencia de anticiclones durante esa √©poca del a√Īo. Sin embargo, las causas detr√°s de las tendencias opuestas entre la velocidad media y las rachas m√°ximas son a√ļn desconocidas y requieren de m√°s investigaci√≥n en el futuro. Este trabajo suple una brecha en el conocimiento de la variabilidad a largo plazo de la brisa del mar Mediterr√°neo y las causas que provocan los cambios estacionales de los vientos en superficie.Esta investigaci√≥n ha sido financiada por los siguientes proyectos: IBER-STILLING (RTI2018-095749-A-I00); y VENTS (GVA-AICO/2021/023). C.A.M ha contado con el apoyo de la beca Ram√≥n y Cajal (RYC-2017-22830).Peer reviewe

    Tendencias de la velocidad media y rachas máximas del viento en superficie sobre la Península Ibérica y su conexión con modos de variabilidad climática en el sector Euro-Atlántico

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    Trabajo presentado en el XII Congreso de la AEC, celebrado en Santiago de Compostela (Espa√Īa) del 19 al 21 de Octubre de 2022.Este estudio analiza en el dominio de la frecuencia series temporales observadas de la velocidad media del viento cerca de la superficie y de las rachas m√°ximas diarias en la Pen√≠nsula Ib√©rica. El objetivo principal ser√° explorar posibles fuentes de predictibilidad a medio-largo plazo para estas variables en la regi√≥n. La densidad espectral de potencia se estima a partir del m√©todo multitaper obteniendo que el comportamiento es ca√≥tico para periodos inferiores al a√Īo y cuasiperi√≥dico para periodos superiores a los dos a√Īos, lo que justifica la posibilidad de encontrar fuentes de predictibilidad. Por otro lado, la transformada continua wavelet permite determinar comportamientos no estacionarios en las series analizadas, localizando en el tiempo las oscilaciones de mayor importancia. Por √ļltimo, se calcular√° la coherencia wavelet entre ambas variables de viento y diversos modos de variabilidad oc√©ano-atm√≥sfera que pueden estar relacionados con la velocidad del viento en la regi√≥n como son: El Ni√Īo-Oscilaci√≥n del Sur, la Oscilaci√≥n del Atl√°ntico Norte, La Oscilaci√≥n del Mediterr√°neo Occidental o, debido a la influencia de los calentamientos s√ļbitos estratosf√©ricos en la troposfera peninsular, el v√≥rtice polar estratosf√©rico. El resultado principal es la alta correlaci√≥n estad√≠sticamente significativa entre las variables de viento y el v√≥rtice polar para periodos cercanos al a√Īo con un desfase temporal de en torno a 2-3 meses con respecto a la antifase, es decir, una correlaci√≥n negativa en la que el v√≥rtice polar modula la velocidad del viento en la regi√≥n con dicho desfase. Este trabajo puede tener aplicaciones directas en √°reas como: la generaci√≥n de energ√≠a e√≥lica, la agricultura, la calidad del aire, los seguros y las industrias pesqueras, entre otros √°mbitos

    Análisis espectral de la velocidad del viento cerca de la superficie y posibles fuentes de predictibilidad en la Península Ibérica

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    Ponencia presentada en: XII Congreso de la Asociaci√≥n Espa√Īola de Climatolog√≠a celebrado en Santiago de Compostela entre el 19 y el 21 de octubre de 2022.[ES]Este estudio analiza en el dominio de la frecuencia series temporales observadas de la velocidad media del viento cerca de la superficie y de las rachas m√°ximas diarias en la Pen√≠nsula Ib√©rica. El objetivo principal ser√° explorar posibles fuentes de predictibilidad a medio-largo plazo para estas variables en la regi√≥n. La densidad espectral de potencia se estima a partir del m√©todo multitaper obteniendo que el comportamiento es ca√≥tico para periodos inferiores al a√Īo y cuasiperi√≥dico para periodos superiores a los dos a√Īos, lo que justifica la posibilidad de encontrar fuentes de predictibilidad. Por otro lado, la transformada continua wavelet permite determinar comportamientos no estacionarios en las series analizadas, localizando en el tiempo las oscilaciones de mayor importancia. Por √ļltimo, se calcular√° la coherencia wavelet entre ambas variables de viento y diversos modos de variabilidad oc√©ano-atm√≥sfera que pueden estar relacionados con la velocidad del viento en la regi√≥n como son: El Ni√Īo-Oscilaci√≥n del Sur, la Oscilaci√≥n del Atl√°ntico Norte, La Oscilaci√≥n del Mediterr√°neo Occidental o, debido a la influencia de los calentamientos s√ļbitos estratosf√©ricos en la troposfera peninsular, el v√≥rtice polar estratosf√©rico. El resultado principal es la alta correlaci√≥n estad√≠sticamente significativa entre las variables de viento y el v√≥rtice polar para periodos cercanos al a√Īo con un desfase temporal de en torno a 2-3 meses con respecto a la antifase, es decir, una correlaci√≥n negativa en la que el v√≥rtice polar modula la velocidad del viento en la regi√≥n con dicho desfase. Este trabajo puede tener aplicaciones directas en √°reas como: la generaci√≥n de energ√≠a e√≥lica, la agricultura, la calidad del aire, los seguros y las industrias pesqueras, entre otros √°mbitos.[EN]This study analyzes in the frequency domain observed time series of mean nearsurface wind speed and daily peak wind gusts over the Iberian Peninsula. The main objective will be to explore possible sources of predictability in the medium-long term for these variables in the region. The spectral power density is estimated from the multitaper method, the spectrum shows that the behaviour is chaotic for periods shorter than one year and quasi-periodic for periods longer than two years, which justifies the possibility of finding sources of predictability. Furthermore, the continuous wavelet transform allows us to determine non-stationary behaviour in the analyzed series, locating the most important oscillations in time. Finally, wavelet coherence will be calculated between both wind variables and various modes of ocean-atmosphere variability that may be related to wind speed in the region, such as: El Ni√Īo-Southern Oscillation, North Atlantic Oscillation, Western Mediterranean Oscillation or, the stratospheric polar vortex due to the influence of stratospheric sudden warmings in the peninsular troposphere. The main result is the high statistically significant correlation between wind variables and the polar vortex for periods close to the year with a time lag of about 2-3 months with respect to the antiphase, i.e., a negative correlation in which the polar vortex modulates the wind speed in the region with such a lag. This work may have direct applications in areas such as: wind power generation, agriculture, air quality, insurance and fishing industries, among others.E.U.-C. was supported by the FPI fellowship (PRE2019-090148), and C.A.-M. by the Ramon y Cajal fellowship (RYC-2017-22830). This study was conducted in the framework of the IBER-STILLING project RTI2018-095749-A-100 (MCIU/AEI/FEDER,UE)

    Tendencias de la brisa marina en el este de Espa√Īa, 1961-2019

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    Ponencia presentada en: XII Congreso de la Asociaci√≥n Espa√Īola de Climatolog√≠a celebrado en Santiago de Compostela entre el 19 y el 21 de octubre de 2022.[ES]La mayor√≠a de estudios previos del fen√≥meno ‚Äústilling‚ÄĚ y el reciente ‚Äúreversal‚ÄĚ de la velocidad del viento se han enfocado en el estudio de su variabilidad a escala global, mientras que los cambios hist√≥ricos relacionados al tipo de viento a√ļn no han sido cuantificados; p.ej., ponientes, vientos locales, brisas marinas, entre otros. Estudios recientes sobre la Pen√≠nsula Ib√©rica sugieren un posible reforzamiento de las circulaciones de brisa en verano-oto√Īo. En este trabajo desarrollamos un m√©todo automatizado para la identificaci√≥n de episodios de brisa marina en observaciones sub-diarias de viento registradas en 16 estaciones meteorol√≥gicas al este de Espa√Īa. Se identificaron 9.312 episodios de brisa y se analiz√≥ la variabilidad multidecadal y las tendencias en la velocidad media, rachas m√°ximas y ocurrencia durante el periodo 1961-2019. Los resultados evidencian un desacoplamiento entre la velocidad media y las rachas m√°ximas, con un debilitamiento significativo de la velocidad en todas las escalas temporales (excepto en invierno), y un fortalecimiento de las rachas en oto√Īoinvierno. Tambi√©n se evidenci√≥ una intensificaci√≥n en la ocurrencia de la brisa de invierno, la cual podr√≠a deberse a una mayor frecuencia de anticiclones durante esa √©poca del a√Īo. Sin embargo, las causas detr√°s de las tendencias opuestas entre la velocidad media y las rachas m√°ximas son a√ļn desconocidas y requieren de m√°s investigaci√≥n en el futuro. Este trabajo suple una brecha en el conocimiento de la variabilidad a largo plazo de la brisa del mar Mediterr√°neo y las causas que provocan los cambios estacionales de los vientos en superficie.[EN]Most studies on wind stilling and its recent reversal have been addressed at global scales, while changes according to the type of wind have not yet been quantified; e.g. westerlies, local winds, sea breezes, among others. Recent studies over the Iberian Peninsula suggest a hypothetical reinforcement of sea breeze speeds in summerautumn. Here, we developed an automated method for the detection of sea breeze episodes on sub-daily wind observations from 16 weather stations across eastern Spain. After identifying 9.312 days of sea breezes, we analyzed trends and multidecadal variability on their speeds, gusts and occurrence for 1961-2019. We found a decoupled variability between the sea breeze speeds and gusts: the speed declined in most time-scales (excepting winter) while gusts strengthened annually and in autumn-winter. We also found an increased winter occurrence of the sea breeze, which variability is partly explained by more frequent anticyclonic conditions. The causes behind the opposing trend in the speed and gusts remain unclear, requiring further investigation. This work fills a gap in the knowledge of the long-term variability of the Mediterranean Sea breezes and the drivers of seasonal changes in surface winds.Esta investigaci√≥n ha sido financiada por los siguientes proyectos: IBER-STILLING (RTI2018-095749-A-I00); y VENTS (GVA-AICO/2021/023)
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