1. Introducción
Desde que los hombres decidieron predecir el tiempo, han tratado hacer más y más largo el plazo de la predicción. Desde hace muchos años, el uso de modelos numéricos ha permitido poner en operativo una predicción a medio plazo, hasta cinco o siete días. Desgraciadamente, con una calidad muy baja: aunque los resultados actuales de los modelos hayan mejorado hasta el nivel que tenían antes las de corto plazo, una evaluación subjetiva de la predicción final ya da resultados muy decepcionantes (Mornet y Lefort, 1993). Además, un aumento de la resolución del modelo no parece automaticamente implicar una mejora de los resultados (Emmrich y Balzer, 1993; Tracton y Kalnay, 1993), y los predictores podrían estar tentados de fundar la predicción a medio plazo sobre modelos de baja resolución. Más, el desarrollo reciente de técnicas de Ensemble ha abierto el camino hacia una aproximación probabilista a medio-plazo, pero la utilidad operativa todavia no está demostrada.
2. Calidad de la predicción a medio plazo
Las herramientas tradicionales de la evaluación de la predicción numérica permiten medir una distancia matemática entre los campos atmosféricos modelizados y reales, pero no permiten estimar la calidad de la predicción. Desde hace muchos años, la evaluación subjétiva de los modelos disponibles es una de las tareas de rutina del Servicio Central de Predicción de Meteo- France. Un sintesis (Mornet y Lefort, 1993) que trata del modelo T213 del ECMWF ha enseñado unos resultados muy bajos si fundada sobre los conceptos sinópticos (frentes, bajas aisladas). Como se representa sobre la fig 1, la predicción sobre Francia está considerada como « buena » o « bastante buena » hasta las 108 horas (con un análisis del día D - 1 al las 12 UTC, es decir la noche entre D+3 y D+4, donde D es el día en que se hace la predicción). Despues de este limite, se puede considerar la predicción como inútil, ya que su suerte estar « buena » es menos que los 50%, y baja hasta los 10% para una predicción a D+6. Una evaluación similar hecha en 1987 daba un « limite del sinóptico » cerca de las 84 horas (siempre con el modelo del ECMWF).
Además,el problema de la variabilidad está subrayado: in 2/3 de los casos, dos runs sucesivos del modelo T213 implican predicciones sinópticas D+4/D+5 diferentes. Esta proporción es cerca 1/2 para predicciones D+3/D+4.
En consecuencia, no parece razonable establecer hoy una predicción a medio-plazo sobre un esquema sinóptico despues de D+3: hace falta de una aproximación nueva. Debe ser posible predecir el tiempo a una escala más larga, que sabemos más predicible.
El limite de +108 h nos permite separar el medio-plazo en dos intervalos de tiempo, y dar estrictas (pero no definitivas) definiciones, usando la terminología propuesta en el ECMWF User guide (ECMWF, 1995):
(1) medio plazo próximo, hasta las +108 horas del ECMWF, son D+2, D+3. Las predicciónes se fundan sobre esquemas sinópticos con ayuda de los modelos numéricos.
(2) medio plazo intermedio, a partir de 108 h. Las predicciones se fundan sobre fenómenos de gran escala, con ayuda de modelos numericos. El limite del intermedio (¿ +168, +192h ?) todavia no es conocida.
Este artículo focaliza sobre los aspectos operativos de la predicción a medio plazo intermedia.
3. Metodología para la predicción a medio plazo
La metodología tradicional está basada en la interpretación de modelos numéricos para predecir una evolución sinóptica, que despues se traduce en tiempo que siente el usuario. En medio plazo intermedio, una predicción del tiempo fiable se puede establecer en dos etapas: (1) interpretando fenómenos de gran escala con ayuda de los modelos numéricos; (2) inferiendo las caracteristicas principales del tiempo que siguen las influencias de gran escala.
3.1. Fenómenos de gran escala
El objeto es separar las escalas predecibles y no predecibles. Un medio simple es filtrar en el espacio o en el tiempo los detalles sinópticos (supuestos) no predicibles, para focalizar sobre la evolución de gran escala, supuesta predicible. Este filtrado se puede hacer subjetivamente - olvidando con inteligencia los productos tradicionales -, o con ayuda de técnicas de filtrado.
Filtrar en el espacio consiste en perder los fenómenos sinópticos (frentes, ondulación) y concentrarse sobre sistemas de gran escala como grandes depresiones, flujo de las perturbaciones, bloqueos: « mira el bosque, no los arboles » (Persson, 1993). Un filtrado tal se puede hacer con la truncación spectral de las ondas cortas, por ejemplo hasta T10 (Persson, 1984), que hace a los fenómenos sinópticos desaparecer (fig.2).
Filtrar en el tiempo consiste en olvidar la cronología del movimiento de un fenómeno sinóptico, cuya incertitumbre se muestra por la variabilidad de día a día de los modelos: un error de 24 horas en la posición predicha de un frente es una performancia muy mala desde un punto de ver sinóptico, pero tendríamos que verla como una incertitumbre normal en medio plazo intermedio.
Esta manera de hacer puede aparecer como muy « antigua » para separar escalas meteorológicas según sus predicibilidades. La partición muy artificial entre escalas sinópticas y gran escala es una aproximación necesaria: de hecho, los procesos atmosféricos son no-lineales e implican intercambios de energía entre todas las escalas; en consequencia la predicibilidad de una escala depiende mucho de las influencias de las escalas mas pequeñas. La visualisación de estas interacciones en tiempo real podría ser muy útil para estimar la predicibilidad y elegir la escala apropriada según el plazo y un nivel de incertitumbre (Tracton, 1990).
Una primera experimentación de un año hecha en Météo-France da por resultado unos 60% de « buenas » predicciones de gran escala sobre el periodo D+4 / D+6 (Atger y Mornet, 1995)
3.2. Tipos de flujos y tipos de tiempo
Cada predictor sabe traducir en un boletín del tiempo a corto plazo la predicción de un sistema de frente calido, frente frío, occlusión con ayuda del esquema noruego. Tiene hoy que aprender como traducir en palabras una situación de gran escala, predicha a medio plazo.
Vautard (1990) propone una clasificación para el Atlántico, que sigue Ayrault (1995) para la campaña FASTEX. Persson (1993) propone para Europa del Oeste una otra, basada en las ideas antiguas de « gross Wetter Lage ». Despues de una experimentación, los predictores del Servicio Central de Météo-France han disociado seis tipos de flujos, réunidos en cuatro clases como sigue:
Ia. flujo perturbado
Ib. flujo cuasi-rectilíneo
IIa. flujo ondulante
IIb. flujo pseudo-ondulante
III. bloqueo cálido
IV. bloqueo frío
Un tipo de flujo puede inferir varios tipos de tiempo según la orientación, la estación, la zona climática (por ejemplo: un flujo perturbado del noroeste sobre Francia no da el mismo tiempo en las zonas mediterraneas que en otras). Dentro de cada zona, sólo se admiten subzonas de tipo climatológico, como las costas mediterráneas, pero nunca basada en detalles sinópticos.
Para cada clase, describimos características técnicas, en el vocabulario del predictor, y características del tipo de tiempo que ella implica. Tambien proponemos indicar los fenómenos que se excluyen y los que no se excluyen.
Ponemos el ejemplo de la clase II: flujo ondulante (fig.3):
II1: ondulante « verdadero » : se encuentra en general en las latitudes templadas; segùn la escuela noruega, se siguen al suelo dorsal o alta presión, nubes de « cabeza », frente cálido, frente frío, aire inestable,etc. Se puede precisar la amplitud de las ondas. Puede seguir una situacion de bloqueo cálido (desarrollo de la dorsal) o de bloqueo frío (una vaguada profundiza). Caso típico de tiempo cambiando: un día con sol, un día con nubes y lluvia. El viento puede ser fuerte pero sólo durante una parte minoritaria del periodo. En las costas mediterráneas de Francia, alternancia de un día con cielo nuboso (St, Sc) y viento de sur, de vez a cuando lluvia fuerte, un día con cielo claro y viento fuerte de noroeste (mistral y/o tramontana). En fig 3 un ejemplo.
II2: pseudo-ondulante: se encuentra el más frecuentemente en las latitudas mediterráneas; alternancia en altura de dorsales y de vaguadas (o bajas aisladas pequeñas). Uno o dos días ven un empeoramiento del tiempo, a menudo con temporales de evolución diurna (en montaña o generalizada según la estación); pero el sol domina el periodo.
Fenómenos que se excluyen: heladas fuertes generalizadas en Francia.
Fenómenos que no se excluyen: viento fuerte, tempestad. Lluvia fuerte. Nieve en las zonas bajas. Temporales fuertes.
Como título que resume este tipo de tiempo, proponemos « cambiante »
4. Uso de los productos de la Predicción de Ensemble
Un sistema de predicción de Ensemble (EPS) es operativo en el ECMWF desde 1992. Una validación objetiva enseña la fiabilidad del EPS como sistema de prediccion probabilista a medio plazo (Molteni y otros, 1994).
Desde mayo de 1994, los predictores franceses usaron y experimentaron los productos del EPS, en combinación con el modelo operacional T213. Ellos seguieron la metodología de fenomenos de gran escala, que definimos antes en este artículo.
Los resultados se resumen al siguiente (Atger, 1995): las predicciones a medio plazo se elaboran como sigue.
4.1. Predicción probabilista
(1) definir un o varios guiones, que son varias evoluciones de la gran escala, aquellas implican varios tipos de tiempo. Uno de estos guiones es el del T213, basado en el modelo de alta resolución. Los otros son guiones del ensemble, obtenidos por una clasificación subjétiva de los runs del ensemble, en una lógica de gran escala. El guión del T213 no es necesariamente uno de los guiones del ensemble.
(2) estimar la probabilidad de cada guión estar considerado como « bueno ». La probabilidad de un guión del ensemble se puede deducir de su número de elementos (runs), tras una relación teórica, que depende del hecho de que el guión del T213 esta o no representado en los guiones del ensemble (fig 4). La probabilidad del scenario del T213 está estimada desde una frequencia observada, y depiende del facto que estáo no representado en los escenarios del ensemble (fig 5).
4.2. Predicción determinista
Una predicción más determinista se puede fácilmente deducir a partir del producto precedente, « puro » probabilista. Una predicción tal comprende:
(1) el escenario más probable. De hecho, el guión del T213 es casi siempre más probable (fig 4 y fig 5).
(2) la probabilidad de este escenario (fig 5), o una traducción en términos de nivel de confianza.
En consecuencia, en una predicción veramente probabilista, donde se excluyen estimaciones de incertitumbre, la Predicción de Ensemble soló trae una información muy pobre, ya que el T213 es al menos tan probable como el grande escenario del ensemble. Eso ne es una sorpresa, cuando sabemos la diferencia de resolución entre T63 y T213.
5. Presentación de la predicción supra-sinóptica
Una vez que el predictor ha elegido el scenario más probable ¿ como presentar la predicción ?
Ya que la natura de la información es diferente de aquella del corto plazo o del medio plazo próximo, la presentación debe ser diferente: es decir otro vocabulario, otros gráficos (Gadomski y Knight, 1986).
5.1. Documento gráfico técnico
Se trata de elaborar un documento que resuma la situación de gran escala predicha sobre el periodo D+4 / D+6. Acordamos que el guión predicho puede ser diferente de los campos que han recibido los predictores regionales y locales, ya que sólo el predictor del Servicio Central recibe los productos de Ensemble. Por supuesto, este documento viene acompañado de un texto que se llama « guias técnicas », que trae explicación y argumentación.
Una experimentación hecha con varias fechas y varios predictores da por resultado el documento como en fig 6.
La línea doble quiere indicar el trayecto de las perturbaciones sinópticas (relacionado con el chorro). eso es bastante simple cuando la situacion de gran escala está estable durante tres días; si no es el caso, más bien que indicar una evolución con agujas, definimos zonas donde se pase de un tipo de tiempo a un otro durante el periodo, pero sin precisión de cronología. Este documento no se quiere solo definir limites de tipo de tiempo, sino tambien dar a un predictor regional o local una idea simple y clara de la situacion de gran escala que está predicha por el servicio nacional, con ayuda del T213 y del EPS.
5.2. Documento gráfico mediatico
Se trata aquí de un documento para el gran público, por ejemplo tras un boletín de la Televisión, o un diario: fig.7. Un zoom sobre Francia debe permitir disociar zonas regionales donde se esperan tipos de tiempo diferentes. Por supuesto se transmite tambien un texto mediático.
6. Conclusiones
(1) La comparación entre las frecuencias observadas de « buenos » guiones del T213 (fig 5) y « buenas » predicciones sinópticas (fig 1) confirma que la metodología de gran escala, que llamamos supra- sinoptica, era juiciosa.
(2) la comparación entre las frecuencias observadas de los « buenos » guiones del T213 (fig--) y de los « buenos » guiones del ensemble, diferentes del T213, subraya la importancia de un modelo de alta resolución, tambien a medio plazo intermedio.
(3) Controles subjetivos enseñan que, en una aproximación determinista, la Predicción de Ensemble - aunque de ayuda muy debíl - puede en unos 25% de los casos proponer al predictor una alternativa casi probable como el escenario del T213. Eso significa que, casi dos veces a la semana, el predictor no tiene sólo que traducir los fenómenos de gran escala del T213, sino que tiene que probar su capacidad de experto para elegir la solución buena entre las dos que le dan las técnicas numéricas.
(4) Lo importante no es saber que día preciso es el limite de la predicción sinóptica (este limite está despacio empujado); lo importante es un aspecto más positivo, que trae más esperanza: es que nosotros, meteorólogos de 1996, podemos afirmar con argumentos científicos, que ya se puede predecir algo despues del límite del sinóptico.
Debemos desarrollar en el mundo de los meteorólogos una nueva escuela: la escuela de la meteorología supra-sinóptica. Es decir convencer de primera los predictores mismos, y difundir esta nueva metodología. Entonces, con ayuda de nuestros servicios de comunicación y de la prensa, hay que sensibilizar los usuarios a la naturaleza diferente de la información a medio-plazo; debemos juntos pensar en unos documentos de un tipo nuevo, y en un vocabulario de un estilo nuevo.
Referencias.
Atger,F. 1995: medium Range forecasting with EPS and T213, 3rd meeting on EPS, ECMWF
Atger,F. 1995: Prevision d’Ensemble: bilan d’une évaluation subjective. Note SCEM/PREVI/PG, METEO-FRANCE.
Atger,F y B.Mornet. 1995: Operational medium range weather forecasting. 2nd ECAM, Toulouse, France
Ayrault,F. 1995: Climatologie des cyclogenèses sur l’Atlantique Nord: premiers résultats. Note CNRM/GMME, METEO- FRANCE.
ECMWF, 1995: User Guide to ECMWF products, ed 2.1, Meteorological Bulletin M3.2, ECMWF
Emmrich,P. y K.Balzer, 1993: Progress in medium-range forecasting by means of ensemble forecasting, Fourth Workshop on Meteorological Operations Systems, pp 173-177, ECMWF
Gadomski,F y P.Knight, 1986: A method for presenting Medium-Range Forecasts. Weather and forecasting, vol 1, pp 97-100.
Mornet,B y T.Lefort, 1995: Operational Practice in Medium-Range Forecasting at Météo-France: new, possible methodology and perspectives.
Mornet,B y T.Lefort, 1993: Synthèse des contrôles subjectifs du modèle T213 du CEPMMT, bilan final. Note SCEM/PREVI/PG, METEO-FRANCE.
Persson A., 1984: The application of filtered forecast fields to synoptic weather prediction. Technical Memorandum n°95, ECMWF.
Vautard, R. 1990: Multiple weather regimes over the North-Atlantic: analysis of precursors and successors. Monthly Weather Review, 118, pp 2056-2081.
Agradecimientos
Este articulo expone y resume las ideas, resultando de una reflexión de tres años, conducida en Meteo-France en un Grupo de Trabajo sobre la predicción a Medio Plazo, cuyo liderazgo debemos a Frederic Atger, ahora desempeñando un puesto en el Centro Europeo. Una gran parte de este artículo consta simplemente de en una traducción del artículo presentado durante la ECAM 95 por Atger y Mornet.