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Revista Digital, Reducción del Riesgo de Desastres. Dirección General de Protección Civil y Emergencias
FotoCabecera. Ministerio del interior. Dirección General de Protección Civil y Emergencias
Nº 6  · Enero-abril 2017
Revista digital
Reducción del riesgo de desastres
    Comisión Técnica del Comité Español
de la Estrategia Internacional para la Reducción de Desastres
APORTACIONES DEL OBSERVATORIO DEL EBRO AL ANALISIS Y PREVENCIÓN DE RIESGOS NATURALES icono ver más volver 

Autor: J. Miquel Torta, David Altadill, Estefania Blanch y Pere Quintana-Seguí. Observatorio del Ebro. España.

 

El Observatorio del Ebro (OE) es un Instituto de Investigación fundado en 1904 para estudiar las relaciones Sol-Tierra. La continuidad y la fiabilidad de las observaciones durante más de cien años hacen que sus archivos de registros magnéticos, ionosféricos, sísmicos, meteorológicos y solares tengan un valor científico incalculable. A modo de ejemplo podemos resaltar que los sísmicos y los ionosféricos son los más largos de España, y que los meteorológicos se extienden hasta 1880. Actualmente en el OE se monitorizan continua y automáticamente las variaciones del campo geomagnético y el estado de la ionosfera terrestre (tanto en el emplazamiento del Observatorio como en el de la Base Antártica Española), y estas observaciones, algunas una vez depuradas y otras en tiempo casi real, están disponibles (http://www.obsebre.es/es/) para su uso por parte de la comunidad científica y las agencias afectadas por las perturbaciones de esos fenómenos.

La línea de investigación fundacional del OE ha ido adquiriendo más relevancia social a medida que la tecnología ha ido invadiendo más ámbitos de nuestra vida, pasando algunos fenómenos a convertirse en un riesgo natural emergente, de tal modo que hoy en día esa ciencia se conoce como Meteorología Espacial. A continuación se detallan las actividades científico-técnicas del Centro que destacan en esta disciplina. Además, en los últimos años y siempre en el ámbito de los riesgos naturales de carácter geofísico, el OE ha empezado a ocuparse también de otras líneas de actividad observacional y científica con una mayor implicación en el territorio donde está ubicado. Estas son la vigilancia sísmica en el entorno del almacén de gas CASTOR y el estudio de los sistemas hidrológicos, incluyendo el impacto del cambio climático en estos.

 

Análisis de la vulnerabilidad de la red española de transporte eléctrico de alta tensión frente a las corrientes inducidas geomagnéticamente

En colaboración con ENDESA primero y con Red Eléctrica de España, después, por primera vez en el Sur de Europa se ha proporcionado un análisis de la amenaza que suponen las corrientes inducidas geomagnéticamente (GICs) en la red de transporte eléctrico de alta tensión. La iniciativa y los resultados obtenidos son singularmente relevantes para los retos planteados por una sociedad que, como se ha dicho, es cada día más dependiente de la tecnología, lo que obliga a revisar la seguridad española y europea ante los riesgos derivados de la meteorología espacial.

El análisis forense reveló que el mayor rango de variación del campo geomagnético en el OE, que mantiene archivos desde 1910, alcanzó una intensidad de 177 nT/min. Este límite empírico superior es mucho menor que las intensidades que en general han provocado impactos en redes eléctricas en regiones de latitudes más altas, como el apagón de la red de Quebec durante la tormenta de 1989 (que fue de 479 nT/min), aunque han sido observados otros impactos de importancia en determinadas redes eléctricas con niveles inferiores a 100 nT/min. Uno de los malentendidos en la evaluación de riesgos en los sistemas de transporte de energía eléctrica es la creencia de que los eventos extremos solo ocurren en latitudes geomagnéticas altas. Sin embargo, se ha podido demostrar que los comienzos bruscos de determinadas tormentas pueden ocurrir en cualquier latitud y son una amenaza probable a la estabilidad de una red eléctrica de alta tensión. En este sentido, el Servicio Internacional de Variaciones Magnéticas Rápidas, de la Asociación Internacional de Geomagnetismo y Aeronomía, que mantiene y opera el OE desde 1975 (encargándose de elaborar las listas de esos eventos, gracias a la recopilación y análisis de las medidas de los distintos observatorios geomagnéticos de la red mundial) cobra un valor especialmente importante en la actualidad.

Básicamente, se ha obtenido un modelo que permite obtener los valores de esas corrientes en cada uno de los transformadores de la red en ocasión de tormentas severas en el pasado (ver la figura 1) y los valores predichos en el periodo de retorno de 100 o 200 años, proporcionando mucha información para el análisis de la vulnerabilidad de la red frente esta amenaza.

Figura 1. Corrientes predichas por el modelo de GICs en cada uno de los transformadores de la red española de transporte eléctrico de 400 KV en ocasión de la tormenta de Halloween. Los diámetros de los círculos son proporcionales a la corriente que fluye en cada subestación transformadora.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Predicción ionosférica

La actividad en el ámbito de estudio de la ionosfera terrestre se ha basado en el análisis y modelización del comportamiento climatológico y meteorológico de magnitudes ionosféricas. En este sentido se han desarrollado modelos de predicción climatológica, a escala global, de magnitudes ionosféricas clave y un modelo de predicción a escala regional de la perturbación causada por tormentas geomagnéticas severas en las magnitudes ionosféricas. Este último modelo podría adaptarse para proporcionar alertas de acuerdo con el grado de perturbación ionosférica predicha y avisos a los usuarios de sistemas tecnológicos basados en radiocomunicación para que adopten estrategias de mitigación.  

Así, se han generado modelos de predicción a escala global del  semi-espesor de la capa ionosférica (B0) y la altura del máximo de ionización (hmF2). El primero ha sido adoptado por la comunidad internacional como una opción en el modelo internacional de referencia ionosférica IRI (http://irimodel.org), y por tanto, se ha contribuido a la elaboración de la última versión del modelo IRI-2012. Con ello se mejora la predicción climatológica del contenido total de electrones (TEC) respecto versiones anteriores, así como la proporcionada por el modelo NeQuick que implementa la ESA en el sistema de satélites Galileo. El segundo ha sido uno de los dos modelos elegidos, de los propuestos por la comunidad internacional del IRI, para introducirlo en mejoras futuras de la versión actual de  este modelo de referencia.

 

Figura 2. Izquierda: porcentaje de mejora de la predicción del modelo climatológico del semiespesor B0 del OE respecto opciones anteriores del IRI. Derecha: altura hmF2 a escala global predicha en condiciones de calma (gráfico superior) y “predicción” de la perturbación a escala regional causada en la altura por una tormenta particular en un instante dado. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

El OE también ha desarrollado un modelo de predicción a escala regional, con una antelación de una a tres horas, de la perturbación causada por tormentas geomagnéticas severas en la magnitud ionosférica hmF2 . Este tipo de tormentas pueden desplazar el máximo de ionización ionosférica más de 150 km de altura, dependiendo de la actividad solar y de su variabilidad. Dichas perturbaciones ionosféricas deterioran la capacidad y calidad de las radiocomunicaciones. El modelo de predicción climatológico combinado con el modelo de predicción de perturbaciones de hmF2, conocidas las condiciones de actividad solar, es capaz de proporcionar una predicción de la altura ionosférica en tiempo real.

 

Vigilancia sísmica en el entorno del almacén de gas CASTOR

El proyecto CASTOR presenta una opción de almacenamiento subterráneo de gas natural en un yacimiento de hidrocarburos ya agotado, situado a 1750 metros de profundidad y a unos 22 km de la costa de Vinaroz (Castellón). En 2005 el OE advirtió de que la actividad derivada de la inyección de gas podría modificar la actividad sísmica de la región y, por lo tanto, de la necesidad de un trabajo de monitorización sísmica rutinario. Desde octubre de 2009 se encarga de la monitorización de la actividad sísmica en el entorno del almacén. Para ello, se diseñó una red sísmica local adecuada para una buena caracterización de los terremotos que se puedan producir en la zona, pudiendo detectar sismos de magnitudes inferiores a 1. A día de hoy, la red cuenta con 12 estaciones sísmicas transmitiendo datos en tiempo real al centro de control situado en el OE, en colaboración con el IGN[1], el IGC[2] y el ICTJA[3]-CSIC. La Figura 3 muestra la localización geográfica de estas estaciones junto con la posición del almacén subterráneo de gas.

Figura 3. Posición geográfica de las estaciones que componen la red sísmica local. ALCN y ALCX son estaciones del Observatorio del Ebro, CMAS y COBS son estaciones del ICGC, EB01 y EBO2 son estaciones del ICTJA- CSIC y el resto son estaciones del IGN. También (en azul) se presenta la localización de la plataforma de inyección de gas natural CASTOR, los epicentros de los terremotos ocurridos en Septiembre – Octubre de 2013 y el sistema de fallas de la fosa de Amposta.

 

La Figura 4 muestra la magnitud y la distribución temporal de los eventos próximos al yacimiento detectados desde el año 1975 hasta Noviembre de 2014. Los eventos correspondientes a los años entre 1975 y 2010 fueron registrados por la red del IGN y los eventos a partir de 2011 han sido registrados por el sistema de monitorización del OE. Debe tenerse en cuenta que hasta finales de los años noventa, la disposición y características de las estaciones símicas de la Península Ibérica sólo permitía un nivel de sensibilidad de magnitud 2.5 en la zona de interés. Por esta razón se observan pocos eventos entre 1975 y el año 1998. En los últimos años del siglo XX se empiezan a desplegar las estaciones digitales de banda ancha que permiten una mayor sensibilidad y por lo tanto una mejora en la detección de eventos de menor magnitud. 

Exceptuando el período de Septiembre – Octubre de 2013, en el que hubo un aumento de la actividad sísmica debido a la actividad industrial, la actividad sísmica habitual de la zona es baja. La red local registra  una media de 20 terremotos anuales en la zona de interés (Figura5). Pocos terremotos de la zona son de magnitud superior a 3. El 16 de Febrero de 1975 en Monroyo, Teruel, hubo un terremoto de magnitud 3.8. Le sigue en magnitud el terremoto que hubo el 8 de Abril de 2012 delante de la costa de Vinaroz (magnitud 3,5).  Durante  el período de Septiembre-Octubre de 2013 ocurrieron alrededor de mil terremotos, siendo el de mayor magnitud de 4.3. En 2014 se ha vuelto a niveles de ocurrencia sísmica habituales en la zona.

Figura 4. Magnitud de los eventos locales ocurridos desde el año 1975 distribuidos por fechas.
 
 
Figura 5. Número de eventos por año desde 1975 hasta Noviembre 2014. Los eventos correspondientes a los años 1975 - 2010 fueron registrados por la red del IGN y los eventos a partir de 2011 han sido registrados por el sistema de monitorización del Observatorio del Ebro.
 
 
 
 
Impactos del cambio climático en los sistemas hidrológicos

En 2009, el OE creó una nueva línea de investigación centrada en el estudio del ciclo hidrológico continental y su relación con el cambio climático. El objetivo es comprender mejor el impacto del cambio climático sobre cuestiones tan importantes como los recursos hídricos, las sequías y las inundaciones.

La metodología elegida para esos estudios se basa en el uso de un modelo de superficie continental (land surface model, LSM) que describe mediante ecuaciones físicas los procesos que se producen en el conjunto formado por el suelo, la vegetación y la atmósfera más baja. El LSM se conecta con un modelo de enrutamiento para calcular los caudales. Esta aproximación es diferente y complementaria en relación a las metodologías utilizadas, por ejemplo, por los gestores del agua. El punto fuerte de esa metodología es que facilita la comprensión de los procesos físicos, algo especialmente indicado para los estudios de impacto del cambio climático, entre otros. A modo de ejemplo, la humedad del suelo, una variable muy interesante para el estudio de la sequía o para aplicaciones hidrológicas, se calcula físicamente, lo que facilita la comparación con y la asimilación de datos de satélite. También es posible modificar y/o hacer evolucionar los parámetros de la vegetación, de manera que se podría estudiar el impacto de los cambios de usos del suelo, en conjunción con los impactos del cambio climático. Las posibilidades son muchas.

Esta aproximación de tipo top-down, se puede y se debe combinar con una metodología bottom-up, que parta de las necesidades de los stakeholders y de los impactos reales (tanto físicos como económicos) de eventos pasados, para así adaptar las salidas de los modelos físicos a las necesidades reales sobre el terreno. Esta aproximación bottom-up, se está realizando en colaboración con el grupo GAMA de la Universitat de Barcelona.

Figura 6: Comparación de la humedad del suelo (valores normalizados) en un punto de la comarca catalana del Anoia. La figura compara diferentes productos de satélite con el modelo físico ISBA.
 
 

En el marco del proyecto europeo FP7 eartH2Observe se está estudiando cómo los modelos de superficie continental son capaces de simular los procesos de sequía en España, incluyendo su relación con las aguas subterráneas. Esto es de gran importancia en un país fuertemente vulnerable a la sequía debido al alto nivel de uso de los recursos hídricos.

En el marco del proyecto español MARCO se está estudiando cómo los modelos de clima regionales de última generación son capaces de simular los procesos hidrológicos. Esto deberá permitir la mejora de estos modelos, lo que tendrá un impacto muy positivo en el estudio de los riesgos hidroclimáticos.

Finalmente, también se está comparando el modelo del OE con diferentes fuentes de datos de humedad del suelo provenientes de satélite, para comprender mejor la aplicabilidad de los recientes productos de humedad del suelo en la gestión de riesgos hidrológicos.

Figura 7: Cálculo de un índice de nieve húmeda y viento el día de la nevada del 8 de marzo de 2010. Los datos provienen del análisis SAFRAN realizado en el Observatorio del Ebro.
 
 

Para trabajar con este modelo ha sido necesario crear una base de datos reticular de variables atmosféricas cerca de la superficie (temperatura y humedad a 2m, viento a 10 m, precipitación) de 5 km de resolución. Esta base de datos, además de servir para forzar el modelo hidrológico y para desagregar las simulaciones climáticas, sirve también para otras aplicaciones como por ejemplo el estudio de procesos meteorológicos de gran impacto. La figura 7 muestra el estudio de la nevada que afectó Barcelona en 2010.


[1] Instituto Geográfico Nacional

[2] Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya

[3] Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera, CSIC

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