Relationship of Weather Types on the Seasonal and Spatial Variability of Rainfall, Runoff, and Sediment Yield in the Western Mediterranean Basin

[Abstract] Rainfall is the key factor to understand soil erosion processes, mechanisms, and rates. Most research was conducted to determine rainfall characteristics and their relationship with soil erosion (erosivity) but there is little information about how atmospheric patterns control soil losses, and this is important to enable sustainable environmental planning and risk prevention. We investigated the temporal and spatial variability of the relationships of rainfall, runo , and sediment yield with atmospheric patterns (weather types, WTs) in the western Mediterranean basin. For this purpose, we analyzed a large database of rainfall events collected between 1985 and 2015 in 46 experimental plots and catchments with the aim to: (i) evaluate seasonal di erences in the contribution of rainfall, runo , and sediment yield produced by the WTs; and (ii) to analyze the seasonal e ciency of the di erent WTs (relation frequency and magnitude) related to rainfall, runo , and sediment yield. The results indicate two di erent temporal patterns: the first weather type exhibits (during the cold period: autumn and winter) westerly flows that produce the highest rainfall, runo , and sediment yield values throughout the territory; the second weather type exhibits easterly flows that predominate during the warm period (spring and summer) and it is located on the Mediterranean coast of the Iberian Peninsula. However, the cyclonic situations present high frequency throughout the whole year with a large influence extended around the western Mediterranean basin. Contrary, the anticyclonic situations, despite of its high frequency, do not contribute significantly to the total rainfall, runo , and sediment (showing the lowest e ciency) because of atmospheric stability that currently characterize this atmospheric pattern. Our approach helps to better understand the relationship of WTs on the seasonal and spatial variability of rainfall, runo and sediment yield with a regional scale based on the large dataset and number of soil erosion experimental stations.Ministerio de Economía y Competitividad; CGL2014 52135-C3-3-RMinisterio de Economía y Competitividad; ESP2017-89463-C3-3-RMinisterio de Economía y Competitividad; CGL2014-59946-RMinisterio de Economía y Competitividad; CGL2015-65569-RMinisterio de Economía y Competitividad; CGL2015-64284-C2-2-RMinisterio de Economía y Competitividad; CGL2015-64284-C2-1-RMinisterio de Economía y Competitividad; CGL2016-78075-PMinisterio de Economía y Competitividad; GL2008-02879/BTEMinisterio de Economía y Competitividad; LEDDRA 243857Ministerio de Economía y Competitividad; CGL2017-83866-C3-1-RMinisterio de Economía y Competitividad; PCIN-2017-061/AEIGobierno de Aragón; E02_17ROrganización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos; TAD/CRP JA00088807Junta de Castilla y León; CLU-2018-04Ministerio de Economía y Competitividad; FJCI-2017-3365

Evaluación de la enseñanza y el aprendizaje docente

Trabajo Fin de Máste

Creación de una base de datos de la temperatura media estacional para el análisis de su tendencia y variabilidad espacial

The study of climate variations is a line of current and world-wide research. Knowing which are the causes that affect climate variability requires long-term databases, as well as high spatial resolution, which also allows us to know spatial differences. This research describes the generation of a database of the mean seasonal temperature in mainland Spain to study the trend and spatial variability of them. In this study, quality control, reconstruction and spatial interpolation are carried out, and subsequently the trend is obtained with the Mann Kendall statistic test. The analysis shows that in summer the maximum increase in mean temperatures takes place. From a spatial point of view, the greatest increase in temperatures takes place on the east coast of mainland Spain that borders the Mediterranean Sea.  El estudio de las variaciones del clima es una línea de investigación actual y de escala mundial. Conocer cuáles son las causas que afectan la variabilidad climática requiere bases de datos prolongadas en el tiempo y, además, de alta resolución espacial que permitan conocer las diferencias espaciales. En este artículo se describe la creación de una base de datos de temperatura promedio estacional en la España peninsular, para el periodo 1951-2010, con el objetivo de estudiar su tendencia y variabilidad espacial. En esta investigación se realizó un control de calidad, una reconstrucción e interpolación espacial, para, posteriormente, obtener la tendencia con el estadístico de Mann-Kendall. El análisis muestra que en verano tiene lugar el máximo incremento de las temperaturas medias. Desde un punto de vista espacial, el mayor incremento de las temperaturas tiene lugar en la costa este de la España peninsular que colinda con el mar Mediterráneo

MOTEDAS century: A new high-resolution secular monthly maximum and minimum temperature grid for the Spanish mainland (1916–2015)

Information was retrieved from the Annual Climate Summaries (ACS) on average monthly temperatures in Spain for the period 1916–1949, and combined with the digitalized data from the National Climate Data Bank of the Spanish meteorological service (AEMET) to create the new MOTEDAS_century (MOnthly Temperature Dataset of Spain) database of mean monthly maximums (Tmax) and minimums (Tmin). This database was used to calculate a high-resolution (10 × 10 km) grid that allowed to make a detailed analysis of the temporal evolution of temperature in Spain during the period 1916–2015. Over the period, mean Tmax increased by 1.2°C, while Tmin increased by 1.0°C (this ratio is reversed in the second half of the century). In the last 30 years, however, mean annual Tmax and Tmin trends have not been significant. There are some differences between the new mean annual maximum and minimum temperature series and previous versions, which seem to arise from the much higher number of weather stations analysed, their location and the processing used. There is a discussion on the improved spatial representativeness of the new MOTEDAS_century that provides a more detailed representation of the spatial variability of temperatures in continental Spain

A comprehensive spatial-temporal analysis of driving factors of human-caused wildfires in Spain using Geographically Weighted Logistic Regression

Over the last decades, authorities responsible on forest fire have encouraged research on fire triggering factors, recognizing this as a critical point to achieve a greater understanding of fire occurrence patterns and improve preventive measures. The key objectives of this study are to investigate and analyze spatial-temporal changes in the contribution of wildfire drivers in Spain, and provide deeper insights into the influence of fire features: cause, season and size. We explored several subsets of fire occurrence combining cause (negligence/accident and arson), season (summer-spring and winter-fall) and size (100 Ha). The analysis is carried out fitting Geographically Weighted Logistic Regression models in two separate time periods (1988–1992, soon after Spain joined the European Union; and 2006–2010, after several decades of forest management). Our results suggest that human factors are losing performance with climate factors taking over, which may be ultimately related to the success in recent prevention policies. In addition, we found strong differences in the performance of occurrence models across subsets, thus models based on long-term historical fire records might led to misleading conclusions. Overall, fire management should move towards differential prevention measurements and recommendations due to the observed variability in drivers’ behavior over time and space, paying special attention to winter fires.This work has been financed by the Ministerio de Economía y Competitividad; Marcos Rodrigues is a postdoctoral ‘Juan de la Cierva Formación’ research fellow (FJCI-2016-31090); Adrian Jiménez-Ruano is a granted FPU-PhD student (Ref. 13/06618)

Variabilidad espacio temporal de las temperaturas mensuales en la España Peninsular

En este proyecto de investigación se ha estudiado la variabilidad espacio-temporal de las temperaturas mensuales en la España peninsular para el periodo 1951-2010. El tema de trabajo es de gran interés por dos cuestiones fundamentales, la primera es que la escala temporal de análisis incluye el periodo en el que se produjo un fuerte y rápido incremento de las temperaturas en época reciente, y el segundo punto corresponde a las características climáticas del área de estudio, la cual se define como una de las regiones de mayor variabilidad climática por su localización. La tesis se presenta como un compendio de cinco artículos que sucesivamente tratan los objetivos planteados. El primero de ellos fue la creación de una base de datos de temperatura media mensual de máximas y mínimas de alta resolución espacial, mediante un proceso de control de calidad, reconstrucción y elaboración de una malla de 10 km2. En segundo lugar se realizó una actualización de la climatología de las temperaturas mensuales del territorio mediante un método de interpolación local que tiene en cuenta los factores geográficos que influyen en las temperaturas. El tercer objetivo se centró en el estudio de la variación temporal de las temperaturas analizando sus tendencias en diferentes periodos y medidas termométricas (máximas, mínimas, promedios y amplitud). El cuarto lugar se realizó un análisis de la variabilidad espacial de las temperaturas a partir de la estimación de la distancia a la que se mantiene un valor de varianza común predeterminado. Por último se investigaron las relaciones entre las situaciones sinópticas clasificadas como tipos de tiempo y las temperaturas, tanto desde el punto de vista espacial como sus variaciones temporales. El estudio realizado en este proyecto de investigación confirma que en el territorio analizado existe una elevada variabilidad espacial y temporal de las temperaturas. Desde el punto de vista temporal, la temperatura en España Peninsular ha aumentado en el periodo estudiado, especialmente entre 1970 y 1990. Este incremento térmico se produce de manera significativa en verano, y en determinados meses según la temperatura máxima y mínima. La amplitud térmica mensual divide el territorio en la mitad norte con tendencia positiva, y mitad sur y costa mediterránea con tendencia negativa. Por otra parte, se ha podido observar que las temperaturas mínimas son más variables que las máximas lo que parece sugerir el peso que tienen los factores atmosféricos y geográficos en cada una de las variables. Por último, desde el punto de vista espacial, la mayor variabilidad se observa en la costa mediterránea en donde ha tenido lugar las mayores transformaciones en el paisaje debido a la acción antrópica

Do climate teleconnections modulate wildfire-prone conditions over the Iberian Peninsula?

Climate teleconnections (CT) synchronize and influence weather features such as temperature, precipitation and, subsequently, drought and fuel moisture in many regions across the globe. CTs thus may be related to cycles in wildfire activity, and thereby help fire managers to anticipate fire-prone weather conditions as well as envisaging their future evolution. A wide number of CTs modulate weather in the Iberian Peninsula (IP), exerting different levels of influence at different spatial and seasonal scales on a wide range of weather factors. In this work, we investigated the link between the most relevant CT patterns in the IP and fire activity and danger, exploring different spatial and temporal scales of aggregation. We analyzed a period of 36 years (1980–2015) using historical records of fire events (>100 ha burned) and the Canadian Fire Weather Index (FWI). Cross-correlation analysis was performed on monthly time series of CTs and fire data. Results pointed towards the North Atlantic Oscillation (in the western half of the IP) and Mediterranean Oscillation Index (along the Mediterranean coast) as the key CTs boosting burned area (BA) and fire weather danger in the IP. Both CTs relate to the relative position of the Azorean anticlone, fostering hazardous fire weather conditions during their positive phases, i.e. low rainfall and warm temperature leading to low fuel moisture content. The Scandinavian pattern index also played an important role in the western half of the Peninsula, linked to a decrease in rainfall during its negative phases. Nonetheless, the association between the CTs and BA (up to 0.5 Pearson's R p < 0.05) was weaker than the observed between CTs and FWI (up to 0.75 Pearson's R p < 0.05).We would like to thank FCT (Fundação para a Ciência e a Tecnologia, Portugal) under project IMPECAF-PTDC/CTA-CLI/28902/2017, and project UIDB/50019/2020—IDL

La variabilidad espacial de las temperaturas en la Península Ibérica explicada por los tipos de tiempo de circulación zonal: Este y Oeste. Un posible efecto Foehn a escala peninsular

Los tipos de tiempo se definen como situaciones sinópticas específicas, clasificadas según diversos criterios. La clasificación de Jeckinson y Collison es automática, y emplea datos de presión de superficie y diversos algoritmos que definen 26 tipos de tiempo. Se ha estudiado la relación entre los tipos de tiempo y las temperaturas mensuales de la Península Ibérica de la base de datos “MOnthly TEmperature DAtabase of Spain”. El análisis de la relación muestra una respuesta asimétrica entre las costas este y oeste peninsular en presencia de advecciones atlánticas o mediterráneas. Así, las advecciones del Oeste favorecen el descenso de temperaturas en la fachada atlántica del territorio, mientras que en la costa mediterránea se observa un aumento de las mismas. Sin embargo, cuando tiene lugar las advecciones del Este ocurre lo contrario, descenso de temperatura en la costa mediterránea y aumento térmico en la fachada atlántica. La distribución espacial de las principales cadenas montañosas parece ser la clave del reparto espacial de las temperaturas y del efecto foehn que tiene lugar a gran escala en la Península Ibérica.Weather types are defined as specific synoptic situations that can be classified using several criteria. Jeckinson and Collison’s classification is an automatic algorithm that uses surface pressure data to define 26 weather types. In this study, the relationship between weather types and monthly temperatures has been studied for the Iberian Peninsula, based on data from the “MOnthly TEmperature DAtabase of Spain” database. This analysis shows an asymmetric behaviour in the East and West coasts of the peninsula in response to Mediterranean and Atlantic advection. A west advection leads to decreases in temperatures in the Atlantic facade of the studied territory, while an increase of temperatures is observed along the Mediterranean coast. With an East advection the opposite phenomenon occurs: temperatures decay on the Mediterranean coast and increase in the Atlantic facade. The spatial distribution of the main mountain chains in the Iberian Peninsula appears to be the key element explaining the spatial distribution of temperatures and the observed Foehn’s effect occurring at a large scale in this territory.Ministerio de Ciencia e Innovación, Gobierno de España, Proyecto DESEMON, CGL2014-52135-C3-3-R. Gobierno Regional de Aragón DGA-FSE (Grupo de Investigación Consolidado “Clima, Agua, Cambio Global y Sistemas Naturales”). Dhais Peña-Angulo es becaria de doctorado del Programa FPI del Ministerio de Ciencia e Innovación

Técnicas de análisis geomático en la pérdida de humedales urbanos de Bogotá. ¿Qué rol juegan los asentamientos ilegales?

Los humedales urbanos se abastecen del sistema de aguas lluvias y almacenan grandes cantidades de agua por su vegetación y suelos hidromorfos, en tanto contribuyen a la regulación de caudales en las ciudades, sin embargo, se han visto afectados por los procesos de urbanización. Como es el caso de los humedales de Bogotá, que se encuentran invadidos por asentamientos ilegales afectando las zonas de preservación ambiental, por lo que se requiere estudios que permitan analizar: el crecimiento urbano, la tendencia de precipitaciones. Las técnicas de análisis de la urbanización se calculan a partir del Índice de diferencia edificada Normalizada (NDBI), que integra la combinación de imágenes satelitales para su determinación. La tendencia de aguas lluvias se analiza a partir de las curvas IDF (intensidad-duración- frecuencia). Los resultados muestran, que los humedales se encuentran invadidos en promedio en un 7,5% en la ciudad. Con respecto a la intensidad de aguas lluvias se concentra principalmente en los cerros orientales de Bogotá y por efectos de la escorrentía el flujo de agua es de oriente a occidente, llegando hacia los humedales y lagos principales. Luego la información se valida con el cálculo del índice de agua normalizada (NDWI), que muestra altas concentraciones de humedad en el occidente de la ciudad