Modelamiento Meteorológico como base de un Sistema de Pronóstico de Incendios Forestales René D. Garreaud Departamento de Geofísica Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Universidad de Chile rgarreau@dgf.uchile.cl

Estructura Motivación Aspectos meteorológicos en la zona centro-sur de Chile. Pronóstico del tiempo: Bases, aplicaciones y limitaciones

Motivación 1. Condiciones atmosféricas (temperatura, precipitación, radiación solar, humedad, viento,...) determinan de manera importante el comportamiento de sistemas naturales y actvidades humanas desde el nivel horario al interanual: Manejo del fuego (T, HR, V; horas a días) Potencial de IF (T, HR, V; días a semanas) Crecimiento vegetal/forestal (Pp, T; meses a años) 2. Cambios en las condiciones atmosféricas (tiempo y variabilidad climática) son potencialmente predecibles. 3. La predictabilidad de la atmósfera puede extenderse a otros sistemas conociendo su asociación y las CI de los segundos

Factores de Gran Escala ZCIT ecuador B A 38S Cinturon de los oestes y regimén de Rossby (ondas)

Factores meteorológicos regionales Durante la estación de verano, el anticiclón subtropical del Pacifico extiende su dominio hasta la zona centro-sur de Chile, asociado a “buen tiempo” y condiciones estables. Aun así, la región sigue siendo afectada por el paso de sistema migratorios que se traducen en una alternancia de condiciones cálidas y secas (durante el paso de centros de Alta presión) y frías y lluviosas (durante el paso de centros de baja presión / frentes) La presencia de la cordillera de los Andes y los cerros de la costa modifican la circulación de gran escala, dando origen a fenómenos locales, como el viento Puelche.

Eventos de Puelche Estación Villarrica

B CONDICION (PRE) FRONTAL Disminución de la subsidencia Incremento flujo desde la costa Lluvia

B A CONDICION POST- FRONTAL Restauración de la subsidencia Flujo del este (cálido): Puelche Desarrollo de una Vaguada costera

Potencial meteorológico de IF Considerando la multiplicidad de variables atmosféricas que pueden amplificar y extender un incendio forestal, parece particularmente necesario contar con modelos numéricos que simulen de manera realista la circulación de regional de la atmósfera. El uso de estos modelos es complementario a pronósticos subjetivos, aunque podrían reemplazar a estos últimos.

Pronóstico Numérico del Tiempo Conocer la distribución espacial y temporal de las variables que caracterizan la atmósfera Conservación de Momentum Conservación de Energía Ecuaciones básicas Conservación de Masa Ec. gases ideales Sistema complejo, no existen soluciones analíticas

Ecuaciones anteriores son resueltas en forma numérica, discretizando la atmósfera en una grilla 3-D: Modelos regionales (LAM, MM)  z  y  x Ly Lx Lz

MM5-DGF: Dominios Anidados Detalles de la dominios infomet.dgf.uchile.cl D1 D2 D3 CB AVN Detalles de la dominios D1: 135 x 135 (km) 34 x 40 x 30 puntos 17-53S I-XI D2: 45 x 45 (km) 55 x 55 x 30 puntos 24-42S III-X D3: 15 x 15 (km) 73 x 73 x 30 puntos 29-38S IV-VIII

presentes en la simulación/pronóstico La resolución espacial determina que rasgos geomorfológicos y meteorológicos estarán presentes en la simulación/pronóstico x = 0.1 km x = 5 km x = 45 km x = 15 km

Eventos de Puelche: Simulaciones numéricas

La resolución espacial es critica en presencia de topografía compleja... Lat: 33.5 S Rojo: 45 km Verde: 15 km Azul: 1 km ...pero incrementar la resolución se paga caro: mayor numero de puntos y paso de integración temporal más corto (CFL)  Dominios de alta resolución son generalmente pequeños

Aun cuando aumentar la resolución espacial es factible, sus beneficios son decrecientes en el tiempo. Diferencia entre 2 puntos adyacentes Variable 10-20 horas para x < 5 km Tiempo de simulación

Predictabilidad….todo depende de la escala Plazo de Previsión [días] 0.5 Resolución Espacial [km] 10 1 100 3 7 Cobertura espacial [km] 20 200 2000 Pronóstico regional de potencial de incendio Pronóstico predial de potencial Manejo Incendios Perspectiva regional Modelos de mesoescala MOS Modelos climáticos estadísticos Herramienta Extrapolación observaciones 30 30*6

¿Deterministicos o Probabilisticos? Modelos de Mesoescala ¿Deterministicos o Probabilisticos? 1. Los modelos que hemos descrito son DETERMINISTICOS 2. Dado un conjunto de CI y CB los resultados siempre serán los mismos, pues las ecuaciones no cambian. 3. El modelo no entrega “incertidumbre” Sin embargo, los modelos “fallan” en cuanto sus resultados no son identicos a la realidad, y sus pronósticos no son perfectos.... (variadas fuentes de errores: letra chica de los modelos)

Validación de los pronósticos MM5-DGF Invierno 2002 ecm Tmod. puede mejorar usando post-proc. Santiago: sesgo ~ 2C ecm ~ ±2.5C Lo Prado: sesgo ~ 0C ecm ~ ± 1.5C

MM5-DGF: Dominios Anidados Detalles de la dominios infomet.dgf.uchile.cl D1 D2 D3 CB AVN Detalles de la dominios D1: 135 x 135 (km) 34 x 40 x 30 puntos 17-53S I-XI D2: 45 x 45 (km) 55 x 55 x 30 puntos 24-42S III-X D3: 15 x 15 (km) 73 x 73 x 30 puntos 29-38S IV-VIII

MM5-DGF: Recursos Utlizados Computador: Apple G5 Procesadores: 2 Procesadores 1.8 GHz c/u. Memorias: 1 GByte de memoria RAM. Compiladores: XLF 8.1 y gcc (MacOSX 10.3). Tamaños aproximados de las entradas: 107 MBytes Tamaños aproximados de las salidas: 790 MBytes Transformaciones a formato GrADS y figuras de salida: 1100 MBytes Tiempos de Proceso (Total): 2 horas, 20 minutos (aproximado). 2 Simulaciones diarias (inicializadas a las 20 HL y 08 HL) con plazo de previsión de 5 días en Dom. 2 y 3 días en Dom. 3 http://infomet.dgf.uchile.cl (pronósticos numéricos)

Mapas sinópticos

Series de Tiempo

Cortes tiempo-altura

Modelos de pronóstico numérico del tiempo Situación actual  Sus resultados son útiles en la previsión probabilística de fenómenos extremos de carácter regional (100-1000 km) con 1-3 días de anticipación.  Modelos actualmente en operación (DGF-DMC) pero sub-empelados por la industria  Necesidad de validación de resultados y acoplamiento con modelos ambientales  Necesidad cuantificar beneficios de contar con pronósticos meteorológicos (mejor que cerrar los ojos...)

Trabajo en colaboración Condiciones iniciales de la atmósfera Modelo Pronóstico Numérico del Tiempo Calibración / Optimización Model Output Statistics Pronóstico del Tiempo Condiciones Ambientales iniciales y precedentes Modelo Potencial IF Pronóstico Potencial IF

Modelos de pronóstico numérico del tiempo Situación actual  Sus resultados son marginalmente útiles en la previsión de corto plazo (horas) de eventos extremos locales (km).  Para este tipo de previsión es fundamental contar con información meteorológica en tiempo real de variables claves en lugares claves (e.g., PP en cordillera).  Red actual de observaciones (DMC, DGA) satisface de manera marginal requerimiento anterior.  Información meteorológica en tiempo real también debe alimentar modelos integrados

Variabilidad Climática  El clima varía en todas las escalas temporales. Lo natural es que lo haga, lo extraordinario es que se mantenga en una condición estacionaria.  Desde el punto de vista de los impactos socio-económicos, los más significativos son los que ocurren en las escalas decadales, interanuales, e intraestacionales.  El factor antropogénico es uno más, que se suma a los factores del cambio climático global, favoreciendo un aumento de la temperatura media del planeta. De todos modos, en Chile la temperatura no parece estár aumentando en las décadas más recientes, excepto en la región entre Santiago y Concepción.

TSM PNM Alisios Funcionamiento del sistema oceano-atmosfera en el Pacifico ecuatorial TSM PNM Alisios

SISTEMA INTEGRADO OCEANO-ATMOSFERA PACIFICO ECUATORIAL SURGENCIA ALISIOS OCEANIA S. AMERICA MJO

ENOS (El Niño-Oscilación de Sur) El sistema OA es inestable. Perturbaciones incialmente pequeñas crecen hasta dar lugar al fenomeno ENSO Es un modo propio de oscilación no periódica (recurrencia entre 3 y 7 años) del sistema acoplado océano-atmósfera en el Pacífico tropical, que se manifiesta en todas las variables atmosféricas y oceánicas de esta región

Impactos climáticos de El Niño verano invierno Ref: CPC/NCEP/NOAA

IMPACTO DE ENSO SOBRE LA LLUVIA EN CHILE CENTRAL JJA ON EFM

Predicción Climática Considerando que la TSM en el Pacifico ecuatorial es una condición de borde de alto impacto en la circulación atmosférica, el seguimiento de la TSM y su pronóstico (numérico/estadístico) permite la predicción climática El énfasis es aquí en las variaciones de las estadísticas del tiempo (clima) con plazos de previsión de 3 a 12 meses. LN N EN Prob. Ocurrencia Variable meteorológica

met.dgf.uchile.cl/clima/ Predicción Climática: Monitoreo + Modelamiento met.dgf.uchile.cl/clima/

Conclusiones  Forzamiento atmosférico sobre sistemas ambientales es significativo a través de un amplio rango de escalas temporales y espaciales  Eventos meteorológicos extremos asociados a fenómenos característicos pero gatillados por una (o mas) rasgo atmosférico inusual (i.e., alto periodo de retorno).  Capacidad instalada de pronóstico del tiempo y predicción climática es sub-empleada en sectores sanitarios (varias razones) pero esa situación debería cambiar en el futuro.