EL SISTEMA ALADIN
Las predicciones operativas del tiempo a corto plazo en Météo-France se basan en dos sistemas de predicción numérica del tiempo. Uno es el sistema global ARPEGE/IFS, sistema realizado con una resolución variable; otro es el modelo de área limitada ALADIN, el cuál se deriva del sistema ARPEGE/IFS. Para las predicciones a medio plazo (a más de 3 días), Météo-France se basa en el modelo del Centro Europeo, el cuál es también una versión del sistema ARPEGE/IFS.
Las ventajas y desventajas de los dos sistemas (ARPEGE/IFS y ALADIN), se comparan y se discuten en algunos ejemplos concretos. También se presentan los resultados de varios experimentos hechos con ALADIN.
1. Los modelos operativos de Météo-France.
El modelo operativo principal de Météo-France es un modelo espectral global de resolución variable. Es una versión del sistema global ARPEGE/IFS desarrollado en colaboración con el Centro Europeo (ECMWF). En la geometría del modelo el polo se encuentra en el centro de Francia donde tenemos la resolución máxima de 25 km de rejilla de colocación. Esto corresponde a una resolución espectral T149, con un parámetro de variación de resolución C=3.5. En el antípodo de Francia, el modelo tiene una resolución que es C2 = 12.25 veces más baja (300 km aproximadamente). En la vertical el modelo tiene 27 niveles desde la superficie hasta 10 hPa. El esquema numérico es semi-lagrangian. El modelo funciona dos veces al día (con el análisis de 00UTC y 12UTC) hasta un plazo de 72 horas. La asimilación de datos ARPEGE es un esquema de interpolación óptima (3D multivariate OI), el cuál hace un análisis cada seis horas: 00,06,12 y 18 UTC. Este análisis se desarrolló también en el sistema ARPEGE/IFS. A más de tres días de plazo Météo-France utiliza los resultados del modelo del Centro Europeo, que es también otra versión del sistema ARPEGE/IFS (pero el modelo europeo no utiliza la opción de resolución variable, su resolución espectral es T213, uniforme en todo el globo). La Fig. 1 ilustra la rejilla del modelo ARPEGE el cuál es operativo en Météo-France. Hay más información disponible sobre el proyecto ARPEGE en Courtier, Freydier y otros, 1991. Bénard, 1995, contiene información sobre la versión semi-lagrangian actual del modelo.
En Météo-France, se ha trabajado mucho sobre el modelo de área limitada ALADIN, que se deriva también del sistema ARPEGE/IFS. El desarrollo de ALADIN ha sido un trabajo de adaptación del modelo global, adaptación que toma en cuenta los problemas específicos de los modelos de área limitada: condiciones de contorno, utilización de las funciones de Fourier en vez de las funciones de Legendre... Una version del modelo ALADIN casi operativa, funciona todas las manañas con un área centrada sobre la Europa Central , y con una resolución de 18 km. Esta versión provee predicciones hasta 36 horas las cuales son estudiadas por varios paises de Europa Central y Oriental. Este modelo se llama ALADIN/ECO (ECO = Europa Central y Oriental). ALADIN/ECO tiene una resolución vertical de 27 niveles (como ARPEGE). Su estado inicial y sus condiciones de contorno vienen del análisis y de la predicción global ARPEGE.
Desde marzo de 1996, hay una versión de ALADIN que es operativa con un área centrada sobre Francia (se llama ALADIN/France). ALADIN/France tiene 12 km de resolución y 27 niveles. No hay una asimilación de datos ALADIN operativa y de nuevo, ALADIN/France utiliza ARPEGE para el estado inicial y para las condiciones de contorno. Este modelo funciona dos veces al día (00 y 12 UTC) hasta 36 horas de plazo.
Las áreas y rejillas de los diferentes modelos ARPEGE y ALADIN están ilustradas en la fig. 1. Hay un proyecto de utilización de ALADIN en el INM (descrito por Díaz-Pabón y Legrand en este volumen).
2. Ventajas de un modelo global sobre un modelo de área limitada.
Cada vez que la evolución de las ondas largas es importante para la predicción del tiempo, especialmente cuando la circulación atmosférica es rápida, los modelos de área limitada son perjudicados por las condiciones de contorno. A menudo, las ondas largas son más importantes que lo que dice la intuición, como ilustrado en los dos casos siguientes:
- Caso del 23 de noviembre de 1991: se desarrolló una baja sobre Italia con muchas precipitaciones en varias regiones. El caso fué estudiado con varios modelos de área limitada, y ninguno pudo predecir los detalles de la predicción de la baja. El modelo ARPEGE con una resolución variable (y elegida idéntica a la resolución ALADIN sobre Italia) predijo mejor estos detalles. La razón probable es que ARPEGE no tiene problemas de condiciones de contorno. Otro experimento ALADIN con condiciones de contorno viniendo del análisis (es decir casi perfectas en las ondas largas) mostró también que la predicción se mejoró significativamente sobre Italia.
- Caso del 22 de septiembre de 1993: se desarrolló una baja sobre Las Baleares en un flujo general de Nordoeste. El fenomeno no fué previsto ni por el modelo operativo ARPEGE de Météo-France, ni por ALADIN en varias resoluciones hasta 12 km. Solamente un ARPEGE T159/C3.5 pudo dar una predicción de calidad aceptable. En este caso parece que todos los factores siguientes fueron igualmente importantes para predecir el fenómeno: resolución local bastante alta (aproximadamente 20 km) que pudo describir los detalles de la orografía sobre Espana y Francia; modelo global (para describir la advección caliente desde Islandia hasta el Mar Mediterraneo), y variación de resolución bastante moderada para tratar bien las ondas largas.
3. Ventajas de un modelo de alta resolución.
Hay muchos experimentos en Météo-France que muestran la capacidad del modelo ALADIN de simular fenómenos meteorológicos a mesoscala, cuando utilizamos una resolución bastante alta. Podemos mencionar por ejemplo:
- Un experimento a 10 km de resolución sobre Rumanía y el Mar Negro, que reproduce en el campo de viento a 10m la circulación real producida por el constraste térmico entre el mar y la tierra.
- Experimentos que demuestran el papel importante de varias montañas sobre la circulación y sobre las ciclogénesis .
Un caso especialmente interesante es el caso del 28 de enero de 1996 cuando hubo precipitaciones y inundaciones importantes cerca de Béziers (Francia). La estructura del campo de precipitación era poco habitual con muchas lluvias sobre Béziers y el Massif Central y sin lluvia en absoluto a 100 km al Oeste. Estudiando los resultados de varios experimentos hechos con ARPEGE y ALADIN, se puede ver que la estructura prevista por el campo de lluvia se mejora mucho cuando se aumenta progresivamente la resolución del modelo desde 25 km hasta 12 km.
4. Conclusión.
Un modelo de alta resolución es necesario para predicir fenómenos como:
- Precipitaciones fuertes.
- Detalles del campo de viento, o circulaciones producidas por contrastes térmicos.
- Ciclogénesis producidas por la orografía.
Pero no es siempre suficiente: en algunos casos los modelos de alta resolución y de área limitada sufren de mal tratamiento de las condiciones de contorno
Referencias.
Bénard,P. and K. Yessad, 1995. Stabilization of ARPEGE/IFS semi-lagrangian scheme for diabatic variable resolution purpose, and other pre-operational problems. Proceedings of the ECMWF workshop on semi-lagrangian method, Reading, November 1995. Available from ECMWF.
Courtier,P., C. Freydier, J.F. Geleyn, F. Rabier and M. Rochas, 1991. Proceedings of the ECMWF seminar on numerical techniques, Reading, September 1991. Available from ECMWF. Also available from Météo-France as ARPEGE note.
Díaz-Pabón,R. y E. Legrand, 1996. Explotación compartida de los modelos numéricos operativos entre el INM y Météo-France, este volumen.