PROBLEMAS ACTUALES EN PREDICCION NUMERICA DEL TIEMPO INTRODUCCION
Los modelos numΘricos son muy utiles para la predicci≤n del tiempo a corto y medio plazo. Sin embargo, todavia hay grandes variaciones en la calidad de las predicciones, incluso a 1 o 2 dias, en el caso de que algunos fenomenos sinopticos importantes en la prediccion del tiempo no se encuentren bien representados. Al analizar varios fallos de la prediccion, se pueden encontrar diferentes explicaciones: - El estado inicial del modelo, el cual no es lo suficientemente preciso; - La resoluci≤n escasa para describir el fenomeno meteorol≤gico apropiado; - La carencia en la parametrizaci≤n de algunos procesos fφsicos importantes; - La descripci≤n insuficiente de alguna variable importante en la capa lφmite. Se mostrarßn algunos casos de fallos del modelo y se intentarß determinar tambien el tipo de problema que ha originado esos fallos.
CARACTER═STICAS GENERALES DEL MODELO OPERATIVO DE AN┴LISIS Y PREDICCI╙N HIRLAM/INM
Hoy dφa, las salidas de los modelos de predicci≤n numΘrica del tiempo, son una de las herramientas mßs com·nmente utilizadas por los predictores en los Servicios Meteorol≤gicos. Por ello, les puede ser de utilidad a los predictores, conocer las caracterφsticas fφsicas y dinßmicas en las que se basan estos modelos, para asφ, poder evaluar su comportamiento y tomar decisiones cuando utilizan sus diferentes campos como herramientas, para elaborar sus pron≤sticos. En consecuencia, se expondrßn las caracterφsticas generales del modelo de anßlisis objetivo (tipo de asimilaci≤n de datos de observaci≤n, que funciones de correlaci≤n se utilizan para el anßlisis, que parßmetros son analizados, etc...), de la dinßmica y de las parametrizaciones fφsicas del modelo de predicci≤n del sistema HIRLAM/INM, actualmente operativo. Se harß una breve exposici≤n de las modificaciones sufridas por este sistema de predicci≤n desde su puesta en operaci≤n hasta la fecha.
ESTUDIO DE SERIES TEMPORALES DE VIENTO. APLICACION A LAS BRISAS COSTERAS
Los efectos del calentamiento diferencial en zonas pr≤ximas al litoral son de todos bien conocidos: ocasionan una perturbaci≤n en el campo sin≤ptico de vientos, pudiendo originar en una franja litoral mßs o menos extensa circulaciones meso-beta entre mar y tierra superpuestas al rΘgimen general, y atendiendo a un ciclo primordialmente diurno. La predicci≤n de las brisas costeras es importante en m·ltiples actividades de tipo deportivo y tambiΘn oceanogrßfico, ya que dan lugar a corrientes de arrastre y a surgencias o afloramientos marinos de indudable interΘs en la dinßmica de costas. Aplicando tΘcnicas estadφsticas y espectrales a series temporales de viento y de algunas otras variables meteorol≤gicas, se puede establecer el grado de ntervenci≤n de dichas variables en la dinßmica local de brisas, asφ como sus ≤rdenes de magnitud y su repercusi≤n en el mecanismo de desencadenamiento y en su posterior evoluci≤n. A pesar de la complejidad dinßmica del problema, existen bastantes modelos numΘricos de brisas, basados todos ellos en hip≤tesis mßs o menos realistas, aunque resultan poco apropiados para uso operativo en tareas de predicci≤n. Bßsicamente, para conocer l la evoluci≤n del viento en una zona costera es preciso suponer el campo de vientos como una superposici≤n del flujo sin≤ptico y de la perturbaci≤n por calentamiento, la cual es a su vez es fuertemente dependiente de la situaci≤n a gran escala. En este sentido, se presenta una variante de un modelo bidimensional de brisas elaborado por Neumann, adaptado en principio para la zona costera de Cßdiz. Se puede ejecutar en un ordenador personal y, a travΘs de Θl, es posible calcular la evoluci≤n horaria del viento en el transcurso del dφa, en funci≤n de diversas variables, y sobre todo dependiendo de la procedencia del viento sin≤ptico, cuya direcci≤n y magnitud resultan determinantes en la dinßmica de la brisa: su hora de aparici≤n, su intensidad y la raz≤n de giro del viento durante el dφa.
PARAMETRIZACI╙N DE LA TURBULENCIA EN MODELOS NUM╔RICOS
Los modelos numΘricos necesitan una parametrizaci≤n de los movimientos su-rejilla, puesto que estos influyen en las escalas resueltas por el modelo por interacciones no-lineales. Se presentarß un esquema de turbulencia para modelos de circulaci≤n general y de mesoscala, junto con sus validaciones a muy alta resoluci≤n con un modelo no-hidrostßtico. Se trata de un esquema de orden 1.5, con la energφa cinΘtica turbulenta como variable fundamental. Se mostrarßn resultados del esquema aplicado a situaciones de capa lφmite convectiva, capa lφmite con cizalladura de viento y un caso de estratoc·mulos.
ASIMILACI╙N DE LA HUMEDAD DE SUELO EN MODELOS NUM╔RICOS
El objetivo de esta presentaci≤n es mostrar la posibilidad de implementar operativamente en el sistema HIRLAM el esquema de asimilaci≤n de la humedad del suelo desarrollado por J.F. Mahfouf y F. Bouttier. Este modelo se basa en la hip≤tesis de que los errores de la humedad superficial y profunda del suelo estßn relacionados linealmente con los errores de la temperatura y de la humedad relativa a 2m. del suelo. Los coeficientes de estas relaciones lineales dependen fundamentalmente de la vegetaci≤n y del tiempo solar, aunque tambiΘn tienen influencia las caracterφsticas vegetales y la textura del suelo. Se presenta un experimento seco, en el que la humedad inicial dada por la fφsica del modelo se supone que es muy baja. en otro experimento se supone como humedad inicial la de saturaci≤n del suelo. Se comprueba que despuΘs de 60 horas de integraci≤n del sistema HIRLAM, utilizando como asimilaci≤n de la humedad el esquema presentado, tanto la humedad superficial del suelo como la profunda han convergido hacia valores muy pr≤ximos.
INICIALIZACI╙N DE LAS VARIABLES SUPERFICIALES EN EL MODELO HIRLAM
n un modelo de predicci≤n son utilizadas una serie de variables bidimensionales, definidas al nivel del suelo y necesarias para introducir los forzamientos provenientes de la superficie de la tierra en las parametrizaciones tales como la radiaci≤n o los procesos superficiales. Algunas de estas variables tienen ecuaciones de pron≤stico dentro del modelo (como las temperaturas terrestres a nivel superficial y promedio de una capa), mientras que otras no poseen ecuaci≤n de pron≤stico pero se actualizan en cada paso de tiempo (caso de la rugosidad sobre mar que depende de la fuerza del viento cercano a la superficie), e incluso se mantienen constantes a lo largo del perφodo de predicci≤n (como es el caso de la temperatura del agua del mar). Para estas variables existe la posibilidad de asignar como valor inicial el valor previsto por el modelo (first guess), pero ello tiene el inconveniente de poder producir una deriva de dichas variables motivada por errores en el modelo. El remedio tradicional para evitar la deriva ha sido aplicar la relajaci≤n hacia los valores climatol≤gicos pero este mΘtodo falla en situaciones de anomalφas estacionales y ademßs limita los desarrollos pronosticados por los esquemas de parametrizaci≤n de superficie. Afortunadamente, en la actualidad existen tΘcnicas de asimilaci≤n de datos para muchas variables superficiales. En la presentaci≤n se repasarßn las variables superficiales utilizadas en el modelo HIRLAM asφ como el mΘtodo de inicializaci≤n de cada una de ellas en el actual sistema de referencia y en la versi≤n en desarrollo.
RELEVANCIA DE LAS BASES DE DATOS FISIOGR┴FICAS EN EL NUEVO ESQUEMA DE SUPERFICIE DEL HIRLAM3
En el marco del proyecto HIRLAM se ha desarrollado un nuevo esquema de superficie que tiene como aportaci≤n mßs novedosa la posibilidad para cada punto de rejilla de contener fracciones de diferentes tipos de superficies. Esto implica que, mientras que el resto del modelo solamente conoce el suelo a travΘs de los flujos superficiales promediados (de momento, de calor latente y de calor sensible) y de parßmetros promediados, los cßlculos en superficie se realizan de forma independiente para cada fracci≤n de suelo en un mismo punto de rejilla. Se discuten los temas relacionados con la agregaci≤n flujos procedentes de cada tipo de superficie y con la agregaci≤n de parßmetros. Se demuestra el relevante papel que tienen las bases de datos fisiogrßficas de orografφa, usos de suelo (vegetaci≤n), textura de suelo, etc. en el nuevo esquema de suelo, destacßndose la forma en que se han introducido ciertas caracterφsticas puramente Mediterrßneas, tales como la irrigaci≤n, los suelos extremadamente secos, etc.
ESTUDIO DE DIFERENTES ESQUEMAS DE LA DIFUSI╙N HORIZONTALES EN EL MODELO HIRLAM.
Las ecuaciones de un modelo de Predicci≤n NumΘrica contienen un tΘrmino de difusi≤n horizontal. El ruido de alta frecuencia de peque±a escala se puede desarrollar durante la predicci≤n como un resultado de la cascada de energφa a escalas peque±as. La difusi≤n horizontal se necesita para filtrar dicho ruido. El efecto de los esquemas de difusi≤n horizontal en el comportamiento de las ondas barodinas de latitudes medias, especialmente en la fase de decaimiento de su ciclo de vida, puede ser crucial en reproducir con exactitud la circulaci≤n general. En este trabajo se estudian diferentes esquemas de difusi≤n horizontal, tanto explφcitos como implφcitos, con el fin de implantar el esquema mßs adecuado en los modelos operativos HIRLAMINM_0.5║ y HIRLAMINM_ 0.2║. Se realizaron varias pruebas: unas, en las que el coeficiente de difusi≤n era constante con la altura y el mismo para todas las variables y otras, en las cuales el coeficiente variaba con la altura. Se estudi≤ la variaci≤n temporal del promedio en todo el ßrea de integraci≤n de varias variables asφ como el espectro relativo de energφa cinΘtica asociado.
UNA NUEVA PARAMETRIZACION DE LA CONVECCION EN EL MODELO HIRLAM
Las precipitaciones convectivas son uno de los principales problemas de la predicci≤n del tiempo en Espa±a. Al tratarse de un fen≤meno de peque±a escala espacial y temporal, violento y s·bito, la dificultad de los modelos para dar predicciones adecuadas de esto fen≤menos es bastante grande. La parametrizaci≤n de estos fen≤menos es una de las mßs importantes dentro del conjunto de las que forman la fφsica de un modelo. El modelo Hirlam trata los procesos convectivos dentro de un esquema general de tratamiento de los procesos de condensaci≤n. Este esquema, por lo tanto, tiene una parte que trata los procesos puramente convectivos y otra que con esa informaci≤n trata los procesos de condensaci≤n en la atm≤sfera. Aunque el esquema completo (conocido como esquema de Sundqvist) es bastante novedoso, la parte de convecci≤n no es mßs que un esquema de tipo Kuo que resulta algo anticuado. Es este contexto, uno de los planes cientφficos para el Hirlam3 tiene que ver con modificar la parte convectiva del esquema de Sundqvist, cambißndola por un esquema de flujo de masa. Este trabajo se realiza en el Servicio de Predicci≤n NumΘrica del INM. En esta comunicaci≤n se presentan los primeros resultados de la nueva subrutina en el caso de las precipitaciones convectivas del 7-9 de Octubre de 1992, comparßndose dichos resultados tanto con el esquema actual como con otros esquemas de convecci≤n que se han adaptado para el modelo Hirlam.
MODELOS DE ALTA RESOLUCION EN METEO-FRANCE: EL SISTEMA ALADIN
Las predicciones meteorol≤gicas operativas a corto plazo en Meteo-France se basan en dos sistemas de predicci≤n numerica del tiempo. Uno es el sistema global ARPEGE/IFS, sistema realizado con una resolucion variable; el otro es el modelo de area limitada ALADIN, el cual se deriva del sistema ARPEGE/IFS. Para la predicciones a medio plazo (a mas de 3 dias), Meteo-France se basa en el modelo global del Centro Europeo (ECMWF), el cual es tambien una version del sistema ARPEGE/IFS. Las ventajas y desventajas de los sistemas (ARPEGE/IFS y ALADIN), se comparan y se discuten en algunos ejemplos concretos. Tambien se presentan los resultados de varios experimentos hechos con ALADIN, mostrando el impacto de algunos aspectos tΘcnicos del modelo ALADIN en la prediccion de los fenomenos meteorol≤gicos a peque±a escala.
INFLUENCIA DE LA PREDICCI╙N ESTACIONAL SOBRE LOS MODELOS AGROMETEOROL╙GICOS
La mayor parte de los modelos agrometeorol≤gicos tratan de evaluar el rendimiento final de un cultivo en funci≤n de los valores alcanzados por una o varias variables meteorol≤gicas a lo largo de los distintos estados fenol≤gicos del cultivo. El ajuste de un modelo a las series hist≤ricas de datos agron≤micos y climßticos, permitirφa, en teorφa, predecir el rendimiento de la cosecha, con tanta antelaci≤n y precisi≤n como se sea capaz de predecir los valores de las variables meteorol≤gicas que intervienen en el modelo. En consecuencia, dado que la utilidad de un modelo agrometeorol≤gico es tanto mayor cuanto a mßs largo plazo, dentro de un razonable margen de error, sea capaz de proyectarse, la predicci≤n estacional resulta esencial para la validez del modelo. En el presente trabajo utilizamos el modelo estadφstico dise±ado por J.Lomas para trigo, en zonas de clima ßrido o semißrido, en funci≤n de la precipitaci≤n, manejada Θsta como total acumulado en perφodos quincenales, desde el momento de arranque del modelo hasta la recolecci≤n. Una vez ajustados los parßmetros iniciales del modelo base, establecemos diferentes escenarios meteorol≤gicos para la distribuci≤n quincenal de la precipitaci≤n, desde la siembra al cosechado, analizando la influencia sobre el rendimiento final del cultivo de las distintas distribuciones, asφ como los perφodos mßs crφticos, en los que el cultivo es particularmente sensible a la precipitaci≤n. A partir de ahφ, se analizan las ventajas de poder disponer de una predicci≤n estacional cuantitativa, incluso con mßrgenes de error, cuya influencia sobre las salidas del modelo es evaluada.
SIMULACIONES HIRLAM DE UN CASO PYREX
Se trata de evaluar el comportamiento del modelo HIRLAM en casos donde la influencia de la orografφa es importante. Para ello se ha elegido el Perφodo de Observaci≤n Intensiva (POI) 3 del experimento PYREX. El POI 3 estß gobernado por su flujo sin≤ptico de componente sur, casi perpendicular a los Pirineos, y es un tφpico caso "Autan" con su caracterφsticos flujos regionales, con un marcado efecto Foehn, con ondas de monta±a a sotavento y con importantes fen≤menos turbulentos. Se llevan a cabo diversas simulaciones tridimensionales de 18 horas de duraci≤n en las que las condiciones de contorno se toman de reanßlisis del ECMWF. Se pretende saber si el modelo numΘrico es capaz de reproducir adecuadamente la evoluci≤n temporal y la intensidad de los fen≤menos que caracterizan al caso. Se eval·a la sensibilidad de los resultados a la resoluci≤n horizontal del modelo. TambiΘn se estudia la influencia de la especificaci≤n de la orografφa y de la rugosidad elegidas. Finalmente, se trata de apreciar el comportamiento de los distintos esquemas de turbulencia disponibles para el modelo HIRLAM.