Las imßgenes de vapor de agua (WV) contienen gran cantidad de informaci≤n, a diferentes escalas, sobre los procesos cinemßticos y termodinßmicos que tienen lugar en niveles medios y altos de la atm≤sfera. Asφ, haciendo uso de modelos conceptuales apropiados, la interpretaci≤n de estas imßgenes se convierte en una herramienta fundamental a la hora de diagnosticar el estado de la atm≤sfera en entornos operativos. Las ideas que los predictores extraen de una correcta diagnosis son el elemento bßsico y fundamental para validar el comportamiento y nivel de confianza que puede otorgarse a los modelos numΘricos. En este trabajo se presentan las principales ideas y mΘtodos que son la base del uso operativo de la interpretaci≤n de imßgenes WV en el INM.
Uno de los puntos en los que se basa cualquier predicci≤n meteorol≤gica es la diagnosis. Conocer que estß ocurriendo en la atm≤sfera en un momento dado (etapa de anßlisis) y diagnosticar correctamente esos fen≤menos, es decir, comprender el porquΘ, c≤mo estßn actuando los factores y procesos fφsicos que controlan el desarrollo y evoluci≤n de las estructuras meteorol≤gicas a diferentes escalas (y la posible interacci≤n entre ellos) son las claves para abordar las tareas de predicci≤n con garantφa de Θxito. ╔sto es, si cabe, mßs importante a la hora de enfrentarse a las predicciones a muy corto plazo y al nowcasting: en estos casos, conocer las estructuras presentes y por quΘ estßn dando lugar al tiempo efectivamente observado, junto con modelos conceptuales apropiados de evoluci≤n de esas estructuras, sit·an al predictor en el contexto mßs adecuado para poder realizar la predicci≤n. Por supuesto, en un entorno operativo, las etapas de anßlisis y diagnosis y, en gran medida, la etapa de prognosis, se solapan y alimentan unas a otras de forma continua.
El proceso de predicci≤n que, de forma simplificada, se puede dividir en las fases de anßlisis, diagnosis y prognosis, mßs la etapa de adquisici≤n de datos, puede afrontarse de varias formas diferentes en funci≤n de su grado de automatizaci≤n. Tomando como referencia la Figura 1, se puede hablar en forma esquemßtica de tres posibles vφas: la vφa del proceso automßtico basado principalmente en tΘcnicas de reconocimiento de formas, la del proceso automßtico basado en modelos numΘricos, y una vφa intermedia, el proceso con intervenci≤n humana, en la que el predictor participa en todas las fases, a±adiendo valor a los productos que van generßndose por las otras vφas.
Figura 1: Esquema simplificado del proceso de predicci≤n meteorol≤gica
En la rama izquierda de la Figura 1 aparece el proceso basado en tΘcnicas de reconocimiento automßtico. La intervenci≤n directa del hombre no es necesaria; de forma indirecta sφ, ya que en esta tΘcnica los procesos fφsicos y sobe todo los modelos conceptuales son necesarios para conocer el estado de evoluci≤n de las estructuras reconocidas. En la etapa de prognosis se utilizan tΘcnicas de extrapolaci≤n automßticas, que pueden ser lineales o no, proporcionando productos de uso directo a los usuarios finales.
El proceso basado en modelos numΘricos arranca de los datos observados y proporciona anßlisis objetivos y campos previstos de forma automßtica. Estos campos pueden ser usados posteriormente por otras tΘcnicas, tambiΘn automßticas, para suministrar productos finales (como el MOS), o el predictor puede intervenir para 'interpretar' las salidas directas del modelo aplicando tanto tΘcnicas de predicci≤n como modelos conceptuales de evoluci≤n.
La rama central representa la vφa mßs compleja y mßs completa, en la que el predictor, haciendo uso de productos suministrados desde las otras dos vφas en las distintas etapas del proceso, y usando todas las conclusiones que puede extraer de la interpretaci≤n subjetiva de los datos que estßn a su disposici≤n, llega a una diagnosis tridimensional de los fen≤menos relevantes, aplicando posteriormente alguno de los mΘtodos disponibles para elaborar los productos y predicciones finales. A continuaci≤n se mostrarß c≤mo el uso de imßgenes WV facilita las labores de diagnosis en el proceso con intervenci≤n humana. Se revisarß cuales son los principales aportaciones de las imßgenes en ese proceso, se mostrarßn algunos modelos bßsicos de interpretaci≤n y se aplicarßn las ideas anteriores a casos concretos.
Desde un punto de vista general, las imßgenes de satΘlite (en sus diversos canales) nos permiten mejorar nuestra comprensi≤n de los procesos atmosfΘricos en tiempo real, tanto de aquellos que tienen lugar a escala hemisfΘrica o sin≤ptica como de los mesoescalares. Por un lado, sirven para identificar el estado de desarrollo de los sistemas, mostrando la interacci≤n entre diferentes escalas a travΘs de los distintos procesos tΘrmicos, dinßmicos y cinemßticos que pueden estar teniendo lugar. Por otro, sirven para desarrollar y/o mejorar o completar los modelos conceptuales de evoluci≤n y ciclo de vida de diferentes sistemas atmosfΘricos. Ademßs, su cobertura global hace de ellas una herramienta indispensable en aquellas zonas donde la red de observaci≤n convencional presenta grandes lagunas, como son los alrededores de la penφnsula IbΘrica. El uso de este tipo de datos, desde otro punto de vista, realza el papel del predictor en el proceso de predicci≤n, permitiΘndole a±adir valor a los productos finales generados a travΘs de la interacci≤n con otras tΘcnicas durante el proceso de predicci≤n.
De forma especifica, en las imßgenes WV es muy importante tener presente que no solo las nubes act·an como trazadores, sino tambiΘn, y muy especialmente, las zonas secas y h·medas en niveles medios y altos (a diferencia de las imßgenes VIS e IR, en las que las nubes son los ·nicos trazadores). Contienen mayor cantidad de informaci≤n que las imßgenes IR respecto de las estructuras presentes en niveles medios-altos, ya que los contrastes entre zonas h·medas y secas pueden asociarse directamente con algunas estructuras importantes (como zonas de deformaci≤n, corrientes en chorro, etc). Esto puede verse en la Figura 2, donde en la imagen de WV son claramente visibles diferentes mßximos de vorticidad por cizalladura en el flanco norte de la DANA situada al oeste de Canarias, mientras que en la imagen IR la se±al que ofrecen es muy peque±a, pudiendo pasar prßcticamente desapercibidos.
Figura 2: Imßgenes del 4 de marzo de 1996 a 18Z a) WV, b) IR
Las imßgenes WV, al mostrar de forma mßs clara la conexi≤n entre los diferentes sistemas atmosfΘricos (debido al mayor n·mero de trazadores), permiten una mayor continuidad a la hora de estudiar la evoluci≤n de esos sistemas. Entre las configuraciones mßs importantes que deben ser controladas cuando se trata de interpretar estas imßgenes podemos apuntar las siguientes:
- vaguadas largas y cortas, asφ como dorsales.
- localizaci≤n de mßximos de vorticidad, bien sean debidos a curvatura
o a cizalladura.
- posici≤n de las corrientes en chorro y de los mßximos de viento.
- zonas y bandas de deformaci≤n.
- intrusiones secas
- hundimientos de tropopausa y anomalφas tΘrmicas asociadas.
Como se pondrß de manifiesto, una de las caracterφsticas mßs relevantes de las imßgenes WV es la presencia de bandas oscuras, que en la mayor parte de las ocasiones muestran una forma elongada de hasta varias decenas de miles de kil≤metros de largo. Generalmente estßn relacionadas con diversas caracterφsticas del campo de viento en niveles altos, como son las bandas de deformaci≤n y los mßximos de viento.
Por supuesto, existen tambiΘn una serie de limitaciones que deben ser tenidas en cuenta cuando se usan estas imßgenes. Destacan entre ellas el hecho de no proporcionar informaci≤n acerca de las nubes bajas (y de los procesos de la capa lφmite planetaria con los que estßn relacionadas) y las dificultades que pueden aparecer al tratar de asignar un nivel determinado a las estructuras que aparecen. Esta ·ltima tiene gran importancia prßctica, ya que las distintas estructuras que pueden observarse en la imagen pertenecen generalmente a niveles diferentes, lo que puede conducir a error al tratar de comparar lo que se ve con mapas sobre superficies isobßricas.
A la hora de interpretar las imßgenes WV es importante distinguir entre el flujo absoluto y el flujo relativo. Cuando se observa una imagen y, particularmente, si vemos un loop de imßgenes y nos fijamos en una caracterφstica concreta, el movimiento del aire que podemos inferir de la forma que presenta es el que corresponde al flujo relativo. Son los flujos relativos los que dan forma a las estructuras nubosas o de humedad que observamos en una imagen. Esto, a veces (cuando los sistemas se estßn trasladando de forma rßpida), puede conducir a confusi≤n y a una interpretaci≤n err≤nea de la imagen, sobre todo si tratamos de correlacionar lo que se observa en la misma con una mapa meteorol≤gico (por ejemplo, la imagen WV y el viento en 300 hPa), ya que lo que aparece representado en el mapa es el flujo absoluto, que puede ser muy distinto del flujo relativo. En los modelos conceptuales que a continuaci≤n se presentan para interpretar imßgenes WV se harß uso ampliamente de esta idea.
Las zonas de deformaci≤n son, como es sabido, regiones hiperb≤licas en el campo de viento a las que van asociados un eje de contracci≤n y un eje de dilataci≤n. Estßn relacionadas con fuertes contrastes de nubosidad o humedad, ya que no existe mezcla de aire a lo largo del eje de dilataci≤n. Muchas de las bandas oscuras que aparecen en las imßgenes WV tiene este origen, indicativas de zonas en las que se estßn acercando entre si dos masas de aire de distinto origen. Estas zonas de deformaci≤n, y sus bandas oscuras asociadas, son fßcilmente detectables en las imßgenes WV, donde presentan una gran continuidad. En la Figura 3a se muestra el modelo conceptual asociado a las configuraciones en champi±on (el nombre proviene de la forma que toman las zonas de deformaci≤n en WV) , marcando los flujos relativos mßs importantes y los mßximos de vorticidad asociados. En la Figura 3b aparece el anßlisis subjetivo del flujo en niveles medios y altos para el 4 de diciembre de 1995 a 00Z, sobre la imagen WV correspondiente. Pueden verse en esta ·ltima dos configuraciones en forma de 'champi±on' asociadas a zonas de deformaci≤n (una sin≤ptica, con el eje de contracci≤n en direcci≤n N-S, y otra mesoescalar en el extremo oeste de la banda de dilataci≤n asociada a la anterior), que permiten definir de forma exacta los flujos relativos existentes y los mßximos de vorticidad asociados (los ejes de dilataci≤n aparecen se±alados con lφneas continuas cruzadas por aspas).
Figura 3: a) Modelo conceptual de configuraciones en champi±on y b) anßlisis
subjetivo del flujo el 4 de diciembre de 1995 a 00Z.
Estas estructuras en forma de champi±on aparecen com·nmente en las imßgenes WV a diferentes escalas y son de mucha ayuda en la diagnosis de diversas situaciones entre las que destacan: identificaci≤n de las primeras fases del desarrollo de DANAS en nuestras latitudes, circulaciones meridianas con flujo del norte (generalmente se produce por detrßs de la zona de dilataci≤n el descuelgue de vaguadas o mßximos de vorticidad hacia el sur) y circulaciones del este sobre la penφnsula con vorticidad anticicl≤nica al norte y cicl≤nica al sur.
Las bandas de deformaci≤n suelen aparecer muchas veces uniendo dos mßximos de vorticidad. En estos casos la banda de deformaci≤n toma una forma de S invertida siendo tambiΘn fßcilmente reconocible en las imßgenes. En la Figura 4 aparece un ejemplo de este tipo, uniendo una DANA situada ligeramente al este de las Canarias con una vaguada de onda corta sobre el Mediterrßneo. La presencia de estas bandas ayudan a diagnosticar el flujo que existe entre las dos perturbaciones.
Figura 4: Ejemplo de banda de deformaci≤n. La situaci≤n corresponde al dφa 11
de marzo de 1996 a 06Z.
Otro tipo de estructuras que estßn asociadas con las bandas oscuras que se aprecian en las imßgenes de vapor de agua son las corrientes en chorro y los mßximos de viento. Los chorros se encuentran canalizados en los hundimientos de tropopausa, apareciendo las bandas oscuras en el lado de cizalladura cicl≤nica, zona donde el aire se encuentra dentro de la estratosfera y por lo tanto mßs seco. En la figura 5a se muestra el modelo conceptual de un hundimiento de tropopausa asociado con una DANA en su estado maduro y en la Figura 5b un caso real en el momento de desarrollo de una DANA. Se ve como entre los chorros que bordean el hundimiento de tropopausa existe un ßrea de alta estabilidad estßtica, asociada con una anomalφa tΘrmica cßlida. Por debajo del hundimiento de tropopausa, en niveles medios, existe una anomalφa tΘrmica frφa, con baja estabilidad estßtica en niveles medios-bajos de la atm≤sfera. Tal como aparecen en las imßgenes de vapor de agua, los hundimientos de tropopausa presentan una tonalidad gris oscura (frecuentemente moteada de puntos blancos debido a los desarrollos convectivos asociados al embolsamiento frφo) con las bandas oscuras asociadas a los chorros bordeando el ßrea de tonos gris oscuros.
Figura 5: a) Esquema de un hundimiento de tropopausa para el caso de una DANA
en fase de madurez; b) imagen WV de un caso real de una DANA en desarrollo.
En general, cuanto mas intensidad tiene la corriente en chorro, mßs oscuras aparecen las bandas asociadas (indicaci≤n de un doblez acusado de tropopausa con fuerte contraste de masas de aire). De todas formas, existen ocasiones en que las bandas oscuras asociadas con las corrientes en chorro no aparecen de forma nφtida, debido principalmente a la existencia de capas h·medas a otros niveles que pueden enmascarar esa banda oscura.
En relaci≤n con los chorros, las imßgenes WV tambiΘn permiten inferir si se trata de un chorro advectivo o canalizado. Un chorro canalizado se caracteriza porque la advecci≤n de vorticidad es dΘbil a lo largo de su eje, o en otras palabras, no presenta una tendencia a cruzar las isohipsas, discurriendo casi paralelo a ellas. Por el contrario, un chorro advectivo provoca fuertes advecciones de vorticidad a lo largo de su eje, ya que existe un marcado cruce con las isohipsas (cuando estos chorros estßn asociados con el desarrollo de nuevas vaguadas, el cruce se produce desde valores de geopotencial altos a bajos). El esquema de la Figura 6 muestra el modelo conceptual de una configuraci≤n muy com·n en la que una vaguada se desarrolla en asociaci≤n con un chorro advectivo debido al proceso conocido como transferencia de vorticidad de cizalladura a curvatura.
Figura 6: Esquema de un chorro advectivo con transferencia de vorticidad de
cizalladura a curvatura.
El chorro en la posici≤n H es un chorro situado corriente arriba de la dorsal A-B. El mßximo de vorticidad principal se encuentra en C. El chorro corriente abajo de la dorsal, entre A y D, es un chorro advectivo con fuerte desaceleraci≤n en la zona de salida; en las imßgenes, la banda oscura asociada a este chorro muestra un ensanchamiento en la zona de desaceleraci≤n a la izquierda del mismo, posici≤n en la que se sit·a un nuevo mßximo de vorticidad secundario. En esa zona, la transferencia de vorticidad a curvatura es muy importante y da lugar a la aparici≤n de una nueva vaguada (en ocasiones, esto conduce a la formaci≤n de una DANA, rehaciΘndose la circulaci≤n polar por el norte, que tiende a conducir al mßximo de vorticidad C hacia el este). El mßximo de viento corriente arriba de la dorsal E-F tiene en ocasiones tambiΘn carßcter advectivo, lo que provoca el crecimiento de esa dorsal en la zona donde existe transferencia de vorticidad negativa. En la Figura 7a y 7b se muestra un ejemplo del ensanchamiento de la banda oscura asociado con un chorro advectivo tal como suele aparecer en las imßgenes WV. En este caso, la transferencia de vorticidad que estß teniendo lugar a las 00Z al sur de Azores provoca el desarrollo de una vaguada que interacciona con la circulaci≤n subtropical, comenzßndose a aislar una DANA al noroeste de Canarias.
Figura 7: Situaci≤n del 6 de noviembre de 1995 en el que un chorro advectivo
produce el desarrollo de una DANA al oeste de la penφnsula. a) imagen WV de
6/11/95 a 00Z; b) imagen WV del 6/11/95 a 14Z.
En este apartado se mostrarß, a modo de ejemplo, la aplicaci≤n de las ideas y modelos conceptuales de interpretaci≤n que se acaban de exponer a dos casos reales. La interpretaci≤n de imßgenes WV forma parte de una metodologφa mßs amplia cuya finalidad es servir de base a los predictores operativos en la elaboraci≤n de diagnosis tridimensionales. Una vez obtenida, esta diagnosis se usa como punto bßsico para la validaci≤n del comportamiento de los diferentes modelos numΘricos en uso. En los ejemplos que se muestran se diagnosticarßn las estructuras y los flujos que pueden extraerse de una adecuada interpretaci≤n de las imßgenes WV (tema principal de este trabajo), aunque debe quedar claro que el fin de la metodologφa, combinando las ideas asφ obtenidas con otras fuentes de datos (principalmente modelos numΘricos), es diagnosticar de forma completa el estado de la atm≤sfera a todos los niveles.
El primer ejemplo corresponde al dφa 9 de junio de 1995 a 00Z. En la Figura 8 se muestra la diagnosis de niveles medios-altos, superpuesta sobre la imagen WV correspondiente para facilitar una mejor comprensi≤n de las diferentes estructuras. Sobre el Atlßntico, al oeste de Azores, existen dos chorros M1 y M2. A la izquierda de M1 (seg·n la direcci≤n del flujo) se observan dos mßximos de vorticidad por cizalladura C2 y C3, apareciendo en la zona de desaceleraci≤n de ese chorro un mßximo de vorticidad por curvatura C1, cuyo origen estß en la transferencia de vorticidad que estß teniendo lugar en esa zona. Uniendo los mßximos de vorticidad C1 y C4 aparece una banda de deformaci≤n F1, sobre la que se han indicado los flujos relativos. Una peque±a dorsal D1 se sit·a corriente abajo del mßximo de vorticidad C1. Otras estructuras interesantes se observan al sur de la penφnsula: el mßximo de vorticidad C4, sobre el golfo de Cßdiz, y la vaguada m≤vil V1 que se estß desplazando hacia el este por la costa norteafricana. Estas dos estructuras estßn asociadas al chorro M3, que tiende a desplazarlas hacia el este. Sobre el Reino Unido hay una vaguada V2 desplazßndose hacia el este-sureste. Sobre la penφnsula y en el Atlßntico aparecen distintas bandas de deformaci≤n, que como ya se ha comentado en pßrrafos anteriores, permiten diagnosticar el flujo existente en esas zonas. La combinaci≤n de todas esas estructuras y de los flujos que pueden inferirse de la imagen dan lugar a una visi≤n completa de los fen≤menos que estßn teniendo lugar en niveles medios-altos.
Figura 8: Diagnosis de niveles medios-altos del 9 de junio de 1995 a 00Z,
superpuesta sobre la imagen WV correspondiente.
El segundo ejemplo hace referencia a una situaci≤n dinßmicamente poco marcada sobre la penφnsula, donde la existencia de algunas estructuras en la imagen WV permite profundizar en el conocimiento de la situaci≤n. En la Figura 9 puede verse la diagnosis para este caso, correspondiente al 18 de junio de 1993 a 00Z. La presencia de un configuraci≤n en forma de champi±on, con el eje de contracci≤n sobre la penφnsula y el de dilataci≤n sobre el Atlßntico es fundamental. Al sur de la penφnsula, en la rama de circulaci≤n cicl≤nica de la zona de deformaci≤n, se observan dos mßximos de vorticidad, con una vaguada sobre el norte de Africa que estß siendo conducida hacia el nordeste por un mßximo de viento. Sobre el norte de la penφnsula y Francia predomina la circulaci≤n anticicl≤nica. Mßs al oeste, sobre el Atlßntico, existe un chorro del suroeste con varios mßximos de viento embebidos y, por detrßs, diversas vaguadas y mßximos de vorticidad, con una banda de deformaci≤n uniendo la vaguada que estß atravesando las islas britßnicas y un mßximo de vorticidad sobre el Atlßntico.
Figura 9: Diagnosis de niveles medios-altos del 18 de junio de 1993 a 00Z,
sobre la imagen WV correspondiente.
La enorme cantidad de informaci≤n que poseen las imßgenes WV, y que no es tenida en cuenta prßcticamente por las actuales tΘcnicas de anßlisis y diagnosis automßticas, es de gran ayuda cuando el predictor analiza e interpreta subjetivamente esas imßgenes. Aparte de los productos objetivos que pueden extraerse de forma automßtica, como los vientos de desplazamientos nubosos, las imßgenes WV engloban y muestran los fen≤menos cinemßticos y termodinßmicos que tienen lugar en niveles medios-altos. El uso de modelos conceptuales apropiados es bßsico a la hora de extraer de ellas la posici≤n de los mßximos de viento y de las zonas de deformaci≤n, de las vaguadas y dorsales (asφ como de los mßximos de vorticidad por cizalladura y curvatura), de los hundimientos de tropopausa (con sus implicaciones termodinßmicas por lo que respecta al desarrollo ciclogenΘtico), etc. Haciendo uso de las diagnosis tridimensionales que pueden alcanzarse combinado toda esa informaci≤n con tΘcnicas de diagnostico basadas en modelos numΘricos, el predictor no solamente podrß disponer de una diagnosis mßs completa (lo cual por si mismo ya serφa de gran ayuda para elaborar predicciones), sino que tambiΘn dispondrß de elementos de juicio para validar el comportamiento de los modelos numΘricos y de su evoluci≤n. Esta tarea de controlar y comprobar el comportamiento de forma continua de los modelos numΘricos en uso es actualmente uno de los puntos mßs importantes en las tareas operativas de los centros de predicci≤n, principalmente cuando existen diferencias en la evoluci≤n de los distintos modelos.
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