MA 691 LGK MA691 MODELACION INVERSA EN APLICACIONES GEOFISICAS Introducción Historia de la modelación inversa y de la asimilación de datos en ciencias.

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1 MA 691 LGK MA691 MODELACION INVERSA EN APLICACIONES GEOFISICAS Introducción Historia de la modelación inversa y de la asimilación de datos en ciencias atmosféricas Laura Gallardo lgallard@dim.uchile.cl 6784882

2 MA 691 LGK Hoy Modelación atmosférica –La atmósfera –Ecuaciones Pronóstico del tiempo atmosférico (físico) –“The forecast factory” –Desde el primer pronóstico –Análisis objetivo –Inicialización óptima –Asimilación de datos Tiempo atmosférico...físico...y químico

3 MA 691 LGK Envoltorio mayoritariamente gaseoso muy tenue Un fluído donde prevalecen casi siempre los movimientos horizontales

4 MA 691 LGK La atmósfera un fluído cambiante...caótico y complejo... perturbable

5 MA 691 LGK Composición química del fluído térmicamente estratificado en los primeros 100 km 5x10 21 g 76% N 2 23% O 2 y trazas... Ar, CO 2, H 2 O....

6 MA 691 LGK

7 Desde interacciones moleculares hasta sistemas de tiempo de miles de kilómetros...¡todo a la vez!

8 MA 691 LGK Rossby, 1956 Eppur si muove!

9 MA 691 LGK En la atmósfera rige la segunda ley de Newton Pero siendo un sistema en rotación, se corrige por Coriolis y por centrífuga:

10 MA 691 LGK Las fuerzas reales son: Gradiente de presión Gravitacional Roce, fricción o cizalle

11 MA 691 LGK Coordenadas Meteorológicas Ecuador z y  x a N S  W E

12 MA 691 LGK Coordenadas Meteorológicas oeste a este (zonal) sur a norte (meridional) abajo hacia arriba (vertical)

13 MA 691 LGK Ecuaciones de Movimiento Sistema de ecuaciones a derivadas parciales, acoplado y no lineal

14 MA 691 LGK Y claro, la energía se conserva... En un volumen de aire, la energía interna cambia si hay transformación entre energía térmica y mecánica y/o por efectos de radiación, conducción o transf. de calor latente.

15 MA 691 LGK Y la masa se conserva... Lavoisier, 1789

16 MA 691 LGK Conservación del momentum Conservación de la energía Conservación de la masa Ecuación de estado para gas ideal

17 MA 691 LGK The weather forecast factory F.L.Richardson "a large hall like a theatre... the walls of this chamber are painted to form a map of the globe... A myriad computers [people, not machines in 1911] are at work upon the weather of the part of the map where each sits... The man [1911] in charge of the whole theatre... is like the conductor of an orchestra in which the instruments are slide-rules and calculating machines." http://www.giss.nasa.gov/edu/factory/

18 MA 691 LGK Estaciones de observación y arreglo de grillas según Richardson (1922)....el intento correcto que falló

19 MA 691 LGK Bengtsson, 1999 Modelo barotrópico El modelo correcto...dado el poder computacional y la información...y el objetivo...todavía la idea de Richardson

20 MA 691 LGK El primer pronóstico operacional...modelo barotrópico Stockholm, 1954 (Tellus 6, 139-149) CI-Observada Pronóstico a 3 días Observación Noticeable resemblence!

21 MA 691 LGK ¿Cómo ha mejorado el pronóstico del tiempo? Mejores observaciones Mejores computadores Ecuaciones más generales y completas Mejores métodos numéricos Mejor resolución Mejor física Asimilación de datos

22 MA 691 LGK Observando la atmósfera

23 MA 691 LGK SinópticasAltura Satélites Boyas

24 MA 691 LGK Que todo tiempo pasado fue mejor...(??) ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) Princeton…40’s

25 MA 691 LGK Binär Elektronisk SekvensKalkylator

26 MA 691 LGK Historia de la asimilación de datos Todo comienza con Gauss...método de los mínimos cuadrados A Richardson se le ocurre la “locura” de predecir el tiempo A Panofsky le da por hacer “análisis objetivos” En los 70, la “locura satelital” induce la “interpolación optimizada” En los 80’s...asimilación variacional En los 90’s y 00’s...pronóstico de “ensemble” http://www.met.rdg.ac.uk/~ross/DARC/MileStones/DAhistory.html

27 MA 691 LGK Análisis Objetivo Análisis Subjetivo Panofsky, 1949 El primer problema de asimilación de datos: CI optimizada (Polinomio de interpolación de observaciones)

28 MA 691 LGK Ciclos de asimilación de datos

29 MA 691 LGK Pero el fluído NO es inerte químicamente ni transparente radiativamente

30 MA 691 LGK Conservación de masa para cada traza Variación Local de la concentración Variación por advección por el flujo promedio Variación por convergencia o divergencia del aire Variación por flujos turbulentos Fuentes y Sumideros

31 MA 691 LGK ¿De dónde viene la ecuación de continuidad? M Lavoiser (1789) la masa se conserva

32 MA 691 LGK Gracias a Gauss...

33 MA 691 LGK Como V es arbitrario...

34 MA 691 LGK Transporte Atmosférico Organizado y colectivo, siguiendo el viento Desorganizado e individual, difusión molecular

35 MA 691 LGK Ergo...

36 MA 691 LGK Pero en la práctica... 1. La difusión molecular es casi siempre despreciable 2. Las variables se conocen sólo como promedios temporales y/o espaciales (Partición de Reynolds) 0

37 MA 691 LGK À la Euler....modelos Eulerianos À la Lagrange...modelos Lagrangianos

38 MA 691 LGK ¡TODO PASANDO!

39 MA 691 LGK Pronóstico de la composición química http://www.mpch-mainz.mpg.de/~lawrence/forecasts.html

40 MA 691 LGK Continuará... Jueves 27, 17 hrs