MODELOS METEOROLÓGICOS

Presentación del tema: "MODELOS METEOROLÓGICOS"— Transcripción de la presentación:

1 MODELOS METEOROLÓGICOS

2 MODELOS NUMÉRICOS Los modelos numéricos son muy útiles para la predicción del tiempo a corto y mediano plazo. Muchos de los Centros Meteorológicos del mundo, los de mayor avance científico, cuentan con un grupo de científicos trabajando arduamente en la investigación y desarrollo de los modelos de predicción numérica, con el objetivo de lograr perfeccionar el pronóstico

3 MODELOS NUMÈRICOS Estos modelos de predicción pueden ser implementados a través de técnicas numéricas que representan la atmósfera, mediante el uso adecuado de las observaciones existentes, o incluso, desarrollando nuevos tipos de observación.

4 DEFINICIÒN Los modelos numéricos de predicción del tiempo son  abstracciones de representaciones del mundo real aplicadas al tratamiento predictivo, que discretizan áreas o cuerpos en 2 o 3 dimensiones respectivamente, aplicando funciones aproximadas del comportamiento de las propiedades que se quieren estudiar

5 CLASIFICACIÒN De acuerdo con las escalas espaciales a las que se aplican, los modelos meteorológicos se pueden clasificar en tres grandes bloques: - globales - regionales o de mesoescala - de microescala.

6 CLASIFICACIÒN Globales: se encargan fundamentalmente de la predicción numérica del tiempo a escala planetaria o en los estudios de cambio climático. Regionales: son los que sirven para reproducir fenómenos de mesoescala y predecir el "tiempo local" Microescala: se diseñan para simular fenómenos turbulentos y superficiales de especial interés en la simulación de dispersión de contaminantes

7 ESCALA GLOBAL Dentro de los modelos de escala global podemos nombrar
UKMET ECMWF AVN GFS NOGAP

8 MESOESCALA Los modelos de mesoescala mas conocido son : - Modelo ETA
- Modelo MM5 - Modelo Hirlam

9 Modelo GFS La sigla GFS corresponde al inglés Global Forecast System, que significa sistema de pronóstico global. En la actualidad, el modelo GFS se ejecuta cuatro veces al día (00, 06, 12 y 18 UTC) hasta 384 horas. La resolución del pronóstico inicial se cambió el 31 de mayo de 2005 a T382 (equivalente a una resolución de malla de cerca de 40 km) con 64 niveles, hasta 7.5 días (180 horas). En tiempos de pronóstico posteriores, el GFS tiene una resolución de T190 (equivalente a cerca de 80 km de resolución) y 64 niveles hasta el día 16 (384 horas)

10 Modelos escala regional
Suelen ejecutarse para un área limitada y, por tanto, requieren información acerca de los límites de sus dominios.

11 En comparación con los modelos tradicionales de escala más grande, los modelos de mesoescala a menudo producen mejores pronósticos en regiones costeras y montañosas

12 RESOLUCIÒN DEL MODELO Debido a las limitaciones de hardware de los computadores que se utilizan, es imposible tener un modelo que describa todos los fenómenos interesantes e importantes de la atmósfera. Siempre es posible aumentar la resolución local de un modelo de área limitada, si se reduce al mismo tiempo el área cubierta por el modelo; pero haciendo esto, se pierde la posibilidad de describir bien las ondas largas

13 Parametrización Los modelos de predicción numérica del tiempo no pueden resolver las características y los procesos atmosféricos que se producen dentro de una sola celda de malla del modelo.

14 Este ejemplo muestra la complejidad del flujo alrededor de una variedad de superficies. Observe como: la fricción es considerable donde hay árboles grandes; se crean remolinos turbulentos alrededor de los edificios y otros obstáculos; la fricción superficial es menor en las áreas abiertas que donde hay obstáculos

15 Un modelo no puede resolver ninguno de estos flujos locales, remolinos u obstáculos si existen por completo dentro de una celda de la malla. Sin embargo, el modelo debe tomar en cuenta el efecto agregado de esas superficies sobre el flujo de bajo nivel con un simple número que se introduce en el término de fricción (F) de la ecuación de pronóstico de viento. El método que permite tomar en cuenta tales efectos sin pronosticarlos directamente se denomina parametrización.

16 PARAMETRIZACIÓN Todos los fenómenos físicos que se desarrollan a una escala más pequeña que la resolución del modelo, no se pueden representar directamente en las ecuaciones del modelo. Los más importantes se representan de una manera simple que se llama "parametrización". Las carencias en las parametrizaciones físicas son a menudo responsables de las malas predicciones cuando hay un fenómeno muy importante que se desarrolla a pequeña escala. Un ejemplo típico es la convección, la cuál es muy importante a baja latitud.

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29 High Level SIGWX Charts Help
Issue Time 24 hour forecast package valid at 00Z 08Z 24 hour forecast package valid at 06Z 14Z 24 hour forecast package valid at 12Z 20Z 24 hour forecast package valid at 18Z 02Z In accordance with the World Meteorological Organization (WMO) and the World Area Forecast System (WAFS) of the International Civil Aviation Organization (ICAO), high level significant weather (SIGWX) forecasts are provided for the en-route portion of international flights. The AWC provides a suite of SIGWX forecast products for the World Area Forecast Center (WAFC) in Washington, D.C. These products are used directly by airline dispatchers for flight planning and weather briefing before departure, and by flight crew members during flight. High level SIGWX charts are valid at specific fixed times: 0000, 0600, 1200, and 1800 UTC. They show significant en-route weather phenomena over a range of flight levels from 250 to 630, and associated surface weather features. The significant weather elements are defined by WMO and ICAO, and include:

30 volcanic eruptions jetstreams (80kt and above depicted) thunderstorms and cumulonimbus clouds moderate or severe turbulence tropical cyclones     tropopause heights Hash Marks (each pair indicates successive 20kt wind speed changes referenced to Jet Max) Jet Depth * The vertical depths to the 80 knot wind field above and below the jet steam using flight levels. Jet stream vertical depth forecasts are included when the maximum speed is 120 knots or more

31 Onda de montaña Onda de montaña o turbulencia orográfica
Se define a la turbulencia orográfica u onda de montaña a aquel fenómeno ondulatorio que se produce en un flujo de aire, con ciertas condiciones, el cual se desplaza en forma perpendicular a una barrera montañosa siendo forzado (a barlovento) a ascender, mientras que a sotavento se produce un descenso y extiende su efecto sobre el valle formando una onda..

32 Onda de montaña

33 Onda de montaña Las ondas se pueden propagar tanto vertical como horizontalmente, su propagación va a ser más intensa cuando la primera cresta de la onda se ubique sobre la cima de la montaña. El lugar donde quiebra la onda se puede producir turbulencia extrema, típicamente entre 20 mil y 40 mil ft

34 Onda de montaña

35 Ondas atrapadas Las ondas cuya energía no se propaga verticalmente, ya sean por tener una capa estable por sobre la cima o por un fuerte wind shear lo hace horizontalmente, a este tipo de ondas se les conoce como ondas atrapadas. Generalmente las crestas de este tipo de ondas están ubicadas a unos cientos de pies por sobre la cima. Y su turbulencia esta restringida bajo los 25 mil ft.

36 Formación de onda de montaña
Tres son los factores que determinan la influencia de una montaña sobre el flujo del aire que aproxima: Estabilidad Dirección e intensidad del viento Características de la montaña.

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38 Predictores de onda de montaña
Viento zonda Para predecirla formación de onda de montaña en la cordillera central alrededor de la latitud 33 ° se utiliza el viento zonda. Este predictor es útil principalmente cuando la onda se propaga horizontalmente. Aire seco e intenso se reporta en SAME cuando se genera una onda atrapada. La diferencia de temperatura entre el seco y la temperatura del punto de rocío en esta estación supera los 15°.

39 Parametro de Scorer: En teoría se forma Onda de Montaña cuando el párametro de Scorer disminuye con la altura. Este predictor es utilizado en el Software RAOB, que entre otras muchas cosas despliega radiosondas. Su formula es la siguiente: (S)2=g*(gas-gt)/(V)2*T-(D2V/Dz)*1/V (S)2= parámetro de Scorer g=gravedad gas=gradiente adiabatico seco gt=gradiente de temperatura V= velocidad del viento (V)2= velocidad del viento al cuadrado T= temperatura absoluta (D2V/Dz)= variación del cizalle vertical con la altura.

40 Scorer

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42 Ábaco de Harrison Este predictor, utiliza dos párametros meteorológicos, estos son, viento perpendicular en los 18 mil ft y diferencia de presión entre SCEL y SAME. Es muy característico que cuando aproxima un sistema frontal desde el Pacífico, hacia las costas de Chile, comienza un marcado descenso de la presión a sotavento de la cordillera, en el centro de Argentina, quedando representado en la carta de superficie un centro de baja presión

43 Onda de montaña Ábaco de Harrison
i.-Para obtener los vientos perpendiculares a 500 hpa. o mil ft existen varias fuentes 1.- 2.- 3.- 4.- Planes de vuelo. ii.- Para obtener diferencias de presión 1.- 2.- 3.- iii.- El viento debe ingresarse con 5 caracteres, los 3 primeros corresponden a la dirección y los 2 últimos a la intensidad, ejemplo 23055

44 Número de Froude El número de Froude cuantifica en un número los tres factores responsables de la onda de montaña y representa la relación entre la energía cinética (viento) y la energía potencial (estabilidad y características de la montaña). Esta dado por la siguiente formula: Fr = U/N*h; donde N = {(g*dtheta)/(theta*dz)}^1/2 Fr = número de Froude U= viento medio en la cima de la montaña m/s; N= frecuencia de Brunt-Vaisalla ; H= altura de la montaña

45 Número de Froude Si el número de Froude es menor de 1 significa que el flujo de aire es incapaz de cruzar la montaña, es bloqueado. Si el número de fraude es mayor de 1 el flujo cruza la montaña, pero no oscila por tanto no genera onda de montaña. Si el número de froude es 1 o un poco mayor de 1 hay probabilidad de onda de montaña. Para el caso particular de una montaña con altitud de mts y un gradiente térmico de 7°/1000 m un poco superior a la ISA (6.5°/1000m) se necesitará un viento perpendicular en la cima de 65 KT para lograr un número de Froude muy próximo a 1 y por tanto formación de onda de montaña.

46 U (KT) U (m/s) h500 h85 temp5 Theta5 temp8 theta8 dtemp dTheta h (m) N fr fr*2 50.2 27.1 17 332 8 1000 0.015 1.76 50 27.0 5690.0 1508.0 4182.0 -18.9 310.0 9.0 295.4 -6.7 14.6 5000.0 0.011 0.51 0.9768 55 29.7 0.57 1.0744 60 32.4 5720.0 1518.0 4202.0 -16.9 312.4 7.0 293.3 -5.7 19.1 0.012 0.54 1.0301 5530.0 1530.0 4000.0 -25.0 302.6 6.0 292.3 -7.8 10.3 0.009 0.65 1.2363 -15.0 314.8 -5.5 21.4 0.013 0.50 0.9527 10.0 296.5 -8.8 6.1 0.007 0.92 1.7523 -20.0 308.7 5.0 291.2 -6.3 17.4 0.55 1.0462 -7.5 12.2 0.010 0.66 1.251

47 Modelos númericos Esencialmente, los modelos de predicción numérica del tiempo (PNT, conocidos en inglés como NWP) son la única herramienta que tenemos a nuestra disposición capaz de proporcionar una guía de pronóstico para las ondas de montaña más allá de 12 horas

48 Pronóstico Numérico Esta gráfica muestra una sección vertical de la temperatura potencial y la velocidad del viento a través de los Alpes producida por un ciclo de ejecución del modelo COAMPS de 1 km de resolución. Cada marca en el eje horizontal corresponde a 5 km.

49 Modelos númericos La amplitud de las ondas de montaña se ve fuertemente reducida con la resolución de 9 km. Sin embargo, esta resolución aún logra capturar algunas de las estructuras esenciales de la onda de montaña. Por ejemplo, el modelo todavía muestra vientos fuertes hasta alrededor de 2000 m, y la velocidad máxima del viento no difiere sustancialmente.

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51 Índices de turbulencia
Existe un gran número de índices de turbulencia como son: Número de Richarson Shear de Intensidad Shear Vectorial Índice de Ellrod

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54 turbulencia 2.1.1 Shear de Jeppensen o diferencia vectorial
Los siguientes párrafos, fueron preparados para guiar a pilotos y despachadores en la interpretación de los valores del shear en lo relativo a CAT por Jeppensen. El calculo del shear por jetplan toma la diferencia de velocidad en una sección de 4000 ft., centrado en el nivel de vuelo requerido. Los valores derivados de este método pueden en ocasiones ser engañosos en lo relativo al CAT. Por ejemplo una aeronave puede estar volando en el centro del un jet de 100 kt y el wind shear puede ser cero, si la velocidad del viento 2000 ft mas arriba y 2000 ft mas abajo del nivel requerido es la misma, por otra parte una aeronave puede estar volando con vientos débiles de 20 kt y puede que este viento tenga direcciones opuestas 2000 ft mas arriba y 2000 ft mas abajo, lo que causaría un shear alto (10), pero poca turbulencia. El shear vertical es solo uno de los muchos factores que causan CAT, otros son posición del jet, posición de la tropopausa , posición de vaguadas y dorsales, estabilidad, onda de montaña y otros fenómenos de escala menor. No hay criterio definido respecto a valores del shear débil, moderado severo. La única relación en que probablemente se encuentre CAT es cuando exista un fuerte aumento del shear, pero los valores de shear vertical deben ser solo usados como guía, no para determinar operaciones aéreas. Las cartas de tiempo significativos y pireps son herramientas útiles para determinar el CAT sobre grandes áreas. .

55 Indice de Ellrod El índice de Ellrod es el resultado de una técnica objetiva para pronosticar turbulencia en aire claro. El índice se calcula multiplicando la deformación horizontal y el shear vertical, obtenidos de vientos en altura de algún modelo numérico. Los predictores de deformación están dados por:Shearing deformation = DSH = (dv/dx + du/dy)Stretching deformation = DST = (du/dx - dv/dy)(u, v son las componentes del viento horizontal y d representa la derivada). Total deformación = DEF = (DSH2 + DST2 )1/2 Convergencia = CVG = -(du/dx + dv/dy)Vertical wind shear = VWS = (delta V / delta Z)El índice es calculado sobre capas y esta dado por:Ellrod Index = VWS x (DEF + CVG)

56 Porque las WX Las Direcciones de Aeronáuticas locales por acuerdo internacional le encargan a los centros mundiales de pronósticos la previsión de los parámetros meteorológicos posibles de encontrar en ruta. Par el caso de las América es el centro mundial de Washington el encargado de dicha tarea. Para cumplir con el requerimiento mencionado el centro mundial de Washington corre un modelo de escala global conocido como GFS. Los puntos de grilla en este modelo ( al igual que en otros modelos de escala global ) están distanciados cada 80 kms., esto implica que fenómenos de escala menor de 80 kms como la onda de montaña son invisibles para el modelo. Jeppesen no corre un modelo propio, si no que recibe los datos de modelos de escala global ejecutados en los centros mundiales de pronósticos, sobre estos datos calcula turbulencia de acuerdo a algunos indicadores particulares. Para el caso de los planes de vuelo usa un indicador conocido como shear vectorial, el cual es distinto al ocupado en sus cartas de tiempo significativo, y también distinto al ocupado en sus nuevas cartas de turbulencia. Jeppesen nos ofrece tres indicadores distintos de turbulencia. La comunidad internacional delega en los centros mundiales de pronósticos la previsión de los parámetros meteorológicos en altura, esperando que estos sean de la mejor calidad. Si se descubre un nuevo indicador de turbulencia mejor que el actualmente en uso, sin duda es ese el que se empezará a usar. Resumiendo: 1.- En ninguna carta de tiempo significativo encontraremos pronósticos de calidad de onda de montaña. 2.- La carta de tiempo significativo de la NOAA es la recomendada.