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Una cuarentena en penumbra

  1. Cuarentena en penumbra

La séptima acepción de cuarentena del diccionario de la lengua española la define como el “aislamiento preventivo a que se somete durante un período de tiempo, por razones sanitarias, a personas o animales”. Desde un punto de vista climático y meteorológico, lo que vamos a exponer en este artículo de lo ocurrido durante las semanas de confinamiento es el análisis de un aspecto que ha llamado la atención a los que hemos vivido preventivamente aislados en nuestros domicilios durante el periodo de cuarentena decretado en España a partir del 15 de marzo de 2020: la escasa insolación.

¿Dónde estaba el sol? ¿Teníamos más tiempo para fijarnos en aspectos de la naturaleza que en nuestra vida previa pasaban desapercibidos, o realmente se concatenaron una serie de configuraciones meteorológicas persistentes que dieron lugar a que se produjese un extraordinario periodo de, literalmente, penumbra sobre España? Vamos a analizar todos los datos registrados y a compararlos con series históricas y, además, vamos a ofrecer una visión más amplia comparando los registros de insolación en España con los de otras ciudades y países europeos y del norte de África.

  1. Cuarentena, tiempo de cuarenta días: justificación del periodo de datos y variables a analizar

Acepción quinta de cuarentena del diccionario de la Real Academia Española de la Lengua: tiempo de cuarenta días, meses o años. La definición de la palabra cuarentena que hace el diccionario de la lengua española, nos sirve para fijar para nuestro estudio un periodo de cuarenta días que transcurriría entre el 15 de marzo y el 23 de abril de 2020, ambos incluidos, y que son los días posteriores a la declaración del Estado de Alarma por el Gobierno de España. De ese periodo de cuarenta días vamos a analizar fundamentalmente la insolación.

Según la Organización Meteorológica Mundial, el término “insolación” está vinculado al brillo del disco solar que rebasa la luz difusa del fondo del cielo, o a la aparición de sombras por detrás de los objetos iluminados, fenómeno que el ojo humano puede observar mejor (OMM, 2012). El registro de la insolación total diaria está muy relacionado con la radiación directa ya que, históricamente, desde finales del siglo XIX, se ha utilizado el heliógrafo de Campbell-Stokes para medirla. Aunque actualmente la mayoría de los datos de insolación diaria provienen de radiómetros en los que se establece un umbral de radiación solar directa de 120 W/m2, que fue el que se propuso hace décadas como equivalente a la radiación necesaria para comenzar a quemar la banda del heliógrafo. Los instrumentos de medida por tanto son muy heterogéneos, ya que conviven aún registros realizados mediante heliógrafos, con otros provenientes de distintos tipos y marcas de radiómetros.

La primera mitad del mes de marzo, al igual que ocurrió en febrero, transcurrió en general con ambiente soleado en gran parte de España, sin embargo, a partir del 15 de marzo se produjo un brusco cambio de tiempo y durante gran parte de los cuarenta días siguientes predominó el cielo nuboso y la escasa insolación, que fue más acusada en las comunidades del Mediterráneo. En el gráfico siguiente se representa las horas de sol registradas en el observatorio del aeropuerto de València durante los meses de marzo y abril. En él, claramente aparece un largo periodo de días con insolación por debajo del promedio normal a partir del 15 de marzo, e incluso 14 días con insolación nula o inferior a una hora.

Imagen 1: número diario de horas de sol. Observatorio del aeropuerto de València. Año 2020 frente al promedio normal

¿Resulta anómalo en las series climáticas un periodo con tanto déficit de insolación? Para responder a esa pregunta hemos comparado el número de horas de sol registradas entre el 15 de marzo y el 23 de abril de 2020 con el mismo periodo de tiempo de varias series históricas, y la respuesta es que en observatorios como València, Castelló o Málaga ha sido, con diferencia, el periodo equivalente de cuarenta días con menos horas de sol registradas, y en otros muchos se sitúa entre los tres más bajos de la serie, como por ejemplo en el observatorio del aeropuerto Madrid-Barajas Adolfo Suárez, que tiene datos digitalizados de insolación desde 1951 y el registro de insolación durante la cuarentena, 178.6 horas de sol, es el segundo más bajo tras el mismo periodo de 1968 (176.7 horas).

Para ilustrarlo adjuntamos en la imagen 2 la evolución del número de horas de sol registradas en el aeropuerto de Málaga en el periodo de la cuarentena desde el año 1948. En el periodo equivalente de 40 días de la serie, nunca se había bajado de 200 horas de sol; el mínimo se había registrado en 1982, con 201,7 horas, en 2020 el número de horas de sol en el aeropuerto de Málaga ha sido de 168.4.

Imagen 2: número total de horas de sol en el observatorio del aeropuerto de Málaga. 15 de marzo al 23 de abril (1948-2020)

  1. La insolación a través de datos de satélite

¿Qué ocurrió en Europa en ese mismo periodo? Para el análisis continental de la insolación vamos a emplear los datos del Servicio de Aplicaciones Satelitales de EUMETSAT para la vigilancia del clima (CM SAF), que es un servicio que desarrolla, genera, archiva y distribuye productos derivados de datos de satélite para la vigilancia, comprensión y adaptación a la variabilidad climática y al cambio climático.

Los Servicios de Aplicaciones Satelitales de EUMETSAT (SAF), son centros de excelencia dedicados al tratamiento de datos satelitales y forman parte integrante del segmento terrestre distribuido de aplicaciones de EUMETSAT.

Imagen 3: logotipos de los servicios de aplicaciones SAF de EUMETSAT

Hay ocho servicios de aplicaciones, y cada uno de los ocho SAF está compuesto por un consorcio que incluye expertos de los Estados miembros de EUMETSAT. Como ejemplo, el NWCSAF es el consorcio liderado por España a través de AEMET e incluye expertos de Meteo France (servicio meteorológico francés), ZAMG (servicio meteorológico austriaco), NMA (servicio meteorológico rumano) y SMHI (servicio meteorológico sueco), y su cometido es proporcionar productos que presten apoyo a las actividades operativas y de investigación en pronósticos de muy corto plazo y “predicción inmediata” o nowcasting, que se trata de una extrapolación a unas pocas horas (en general hasta 3), de un fenómeno ya existente.

Los ocho SAF de EUMETSAT proporcionan a los usuarios datos operativos y productos de software, cada uno para una comunidad de usuarios y un área de aplicación dedicados. Cada producto o servicio que suministran los SAF debe responder a un requerimiento explícito del público. En este sentido, el motor que dirige a los SAF son sus usuarios. Tras ser capturado un requisito, un exhaustivo sistema de gestión garantiza que los productos o servicios entregados cumplen con los más altos estándares a nivel científico y técnico. La Secretaría de EUMETSAT supervisa y coordina las actividades generales de la red SAF, velando para que los SAF en funcionamiento presten servicios operativos fiables y oportunos en relación con las cuestiones meteorológicas y medioambientales.

Imagen 4: valores normales de horas de sol en el periodo de 40 días que transcurre entre el 15 de marzo y el 23 de abril (1983-2010).

Para este estudio se ha usado el producto SDU (sunshine duration) del CM SAF, cuyo algoritmo de cálculo puede consultarse en este enlace. En primer lugar se han obtenido los datos brutos diarios desde 1983 del disco completo, con una resolución espacial de 0.05º, aproximadamente 5 km para nuestra latitud, lo que representa un rejilla de 25 km2 de área en cada celda. En la imagen 4 se puede ver un ejemplo de la cobertura espacial utilizada.

Cada uno de los 13630 archivos diarios tienen un tamaño aproximado de 16 MB de datos. Una vez descargados, procesados y separados los datos en un fichero para cada día, se han ido agrupando para calcular valores promedio y acumulados en diversos periodos de tiempo y así se han podido comparar los datos históricos con los datos diarios del periodo de cuarentena del año 2020. Con los datos calculados se han realizado varias representaciones gráficas de los resultados, y se han extraído los valores medios de todos los países de Europa (salvo los de la península escandinava, Rusia e Islandia, ya que la cobertura de datos del satélite de sus territorios es incompleta, como muestra la imagen 4) y de algunos del norte de África, también se han obtenido los valores medios de cada provincia de España y de las Ciudades Autónomas.

Una vez procesados los datos y antes de comenzar el trabajo gráfico, hemos realizado una validación de los datos del SAF con los datos registrados en aquellos observatorios de España que tienen completos los datos de insolación del periodo de cuarentena y, además, hemos incluido algunos observatorios de Europa y del norte de África para hacer una validación en un área más extensa. Los observatorios de fuera de España de los que se han empleado datos para la validación del modelo son: París, Berlín, Praga, Ginebra, Viena, Bratislava, Bruselas, Londres, Dublín y Rabat. En total son datos de 112 observatorios, y para cada observatorio hemos extraído el valor de insolación estimada por el CM SAF para poder comparar el registro real con el estimado.

Antes de comentar los resultados del modelo de regresión realizado, hay que tener en cuenta que no sólo se trata de dos fuentes de datos distintas, sino también que son datos que representan a extensiones espaciales diferentes. Mientras que los datos de observación se refieren al punto donde está ubicado el radiómetro o heliógrafo, los datos de satélite se refieren a una superficie de 25 km2, dentro de la cual se sitúa el observatorio, y el valor medio de esa celda se le ha asignado al del punto. Es muy importante tener esto en cuenta para comprender que el ajuste no puede ser perfecto, y no sólo porque se trata de instrumentos distintos y extensiones espaciales diferentes, sino también porque en días de nubosidad variable, donde dentro de una celda de 25 km2 pueden convivir zonas soleadas con otras nubosas, el radiómetro o heliógrafo pueden permanecer durante todo el periodo en zona de sol o de sombra, mientras que el resto de la celda puede presentar una situación diferente, o incluso hay observatorios, como Izaña, que frecuentemente se sitúan por encima de un mar de nubes y, por tanto, el radiómetro está detectando cielo despejado, mientras que el satélite están detectando una capa continua de nubes.

Tabla I: insolación registrada y estimada durante la cuarentena (año 2020), insolación estimada normal del periodo del 15 de marzo al 23 de abril y anomalía de insolación durante la cuarentena

La tabla con los datos de insolación realmente registrada, la estimada a través de satélite extraída de la rejilla del periodo de cuarentena del año 2020, la estimada normal calculada con los datos de satélite para el  periodo 1983-2010, y la anomalía de algunos de esos 112 observatorios es la que se reproduce en la tabla I.

Sin necesidad de realizar un modelo de regresión entre los datos observados y estimados, de un vistazo rápido de la tabla se deduce que la estimación de la insolación total durante la cuarentena registrada y estimada son muy parecidas.

Los datos de los observatorios seleccionados se han ajustado a un modelo de regresión lineal. La imagen 5 muestra el resultado de ajustar el modelo lineal para describir la relación entre la insolación registrada en diversos observatorios de España y de Europa que notificaron datos completos de insolación entre el 15 de marzo y el 23 de abril de 2020, con los datos estimados a través de satélite por el Servicio de Aplicaciones Satelitales de EUMETSAT para la vigilancia del clima (CM SAF).

Imagen 5: modelo de regresión con la insolación total registrada y la estimada a través de datos de satélite (15 de marzo a 23 a abril de 2020)

De los estadísticos obtenidos del modelo se deduce que existe una relación estadísticamente significativa entre ambas variables con un nivel de confianza del 95%. El estadístico R2 indica que el modelo ajustado explica el 91% de la variabilidad de la insolación registrada.  El coeficiente de correlación es igual a 0.9542, que indica una relación relativamente fuerte entre las variables, además, no hay indicación de una autocorrelación serial en los residuos con un nivel de confianza del 95%.