Pronóstico del Tiempo y Predicción Climática ... - BVSDE
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<strong>Pronóstico</strong> <strong>del</strong> <strong>Tiempo</strong> y <strong>Predicción</strong> <strong>Climática</strong>:<br />
Herramientas de apoyo a la<br />
mitigación de amenazas naturales.<br />
René D. Garreaud<br />
Departamento de Geofísica<br />
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas<br />
Universidad de Chile<br />
rgarreau@dgf.uchile.cl
Estructura<br />
• Motivación<br />
• Factores de gran escala que condicionan el tiempo y clima<br />
en Chile central<br />
• Ondas atmosféricas<br />
• Eventos hidrometeorologicos extremos<br />
• <strong>Pronóstico</strong> <strong>del</strong> tiempo: Bases, aplicaciones y limitaciones<br />
• Variabilidad interanual<br />
• <strong>Predicción</strong> climática: Bases, aplicaciones y limitaciones
Motivación<br />
1. Condiciones atmosféricas (temperatura, precipitación, radiación<br />
solar, humedad, viento,...) determinan de manera importante el<br />
comportamiento de sistemas hidrológicos y actvidades humanas<br />
desde el nivel horario al interanual:<br />
• Ocurrencia de crecidas (Pp, Z0°C – horas a días)<br />
• Demanda de agua potable (T, HR – días a semanas)<br />
• Disponibilidad de recursos hidricos (Pp, T – meses a años)<br />
2. Cambios en las condiciones atmosféricas (tiempo y variabilidad<br />
climática) son potencialmente predecibles.
Factores de Gran Escala<br />
B<br />
ZCIT<br />
ecuador<br />
A<br />
B<br />
33S<br />
Cinturon de los oestes<br />
y regimén de Rossby (ondas)
Factores de Gran Escala<br />
1. Anticiclón subtropical <strong>del</strong> Pacifico sur-oriental asociado a<br />
condiciones estables y vientos <strong>del</strong> S a lo largo de la costa<br />
<strong>del</strong> norte de Chile.<br />
2. Cinturón de vientos <strong>del</strong> oeste en latitudes medias,<br />
poblado de ondas atmosféricas asociadas a sistemas<br />
migratorios (centros de altas y bajas presiones)
Ondas atmosféricas en niveles altos<br />
Se indican líneas de corriente y<br />
magnitud <strong>del</strong> viento a 10 km de altura
Ondas atmosféricas en niveles bajos<br />
Se indican vientos en superficie, frentes y<br />
centro de baja presión<br />
Efecto<br />
Topográfico<br />
B
Ondas atmosféricas: Estructura vertical<br />
Se indican vientos en superficie, frentes, centro de<br />
baja presión y nubosidad
Ondas atmosféricas: Cambios de <strong>Tiempo</strong><br />
Evolución <strong>del</strong> tiempo en Santiago<br />
Condición:<br />
Frontal Post - Frontal Pre - Frontal Frontal ....
Eventos Hidrometeorológicos<br />
Extremos<br />
Estudios de aluviones y grandes crecidas indican que estos<br />
han sido producto de sistemas <strong>del</strong> tiempo<br />
característicos en la región pero con presencia de<br />
elementos anormales.<br />
• Distribución espacial y temporal (intensidad vs acumulación) de la<br />
lluvia<br />
• Altura de la línea de nieve (Santiago, Mayo 1993)<br />
• Alcance meridional de los frentes (Antofagasta, Junio 1991)<br />
• Viento en superficie (Chiloe, 1994)<br />
• Ocurrencia de granizo, tormentas eléctricas, etc (Calama, 1999).
Eventos Hidrometeorológicos<br />
Extremos<br />
Considerando la multiplicidad de variables atmosféricas<br />
que pueden gatillar la ocurrencia de un evento hidrometeorológico<br />
extremo, parece particularmente contar con<br />
mo<strong>del</strong>os numéricos que simulen de manera realista la<br />
circulación de regional de la atmósfera.<br />
El uso de estos mo<strong>del</strong>os es complementario a pronósticos<br />
subjetivos, aunque podrían reemplazar a estos últimos.
<strong>Pronóstico</strong> Numérico <strong>del</strong> <strong>Tiempo</strong><br />
Conocer la distribución espacial y temporal<br />
de las variables que caracterizan la atmósfera<br />
r<br />
dV<br />
dt<br />
+<br />
v<br />
fkˆ<br />
× V<br />
= −<br />
1<br />
ρ<br />
∇p<br />
−<br />
v<br />
F<br />
R<br />
+ g<br />
v<br />
Conservación<br />
de Momentum<br />
Ecuaciones básicas<br />
∂<br />
(<br />
∂t<br />
v<br />
+ V<br />
⋅∇)<br />
T<br />
− S<br />
v<br />
∇ ⋅V<br />
P<br />
ω<br />
=<br />
∂ω<br />
+<br />
∂p<br />
Q<br />
RAD<br />
= 0<br />
+ Q<br />
Conv<br />
+ Q<br />
Sfc<br />
Conservación<br />
de Energía<br />
Conservación<br />
de Masa<br />
∂ ( gz)<br />
∂p<br />
= −<br />
RT<br />
p<br />
Ec. gases<br />
ideales<br />
Ecuaciones anteriores son resueltas en forma numérica
Ejemplo: Mo<strong>del</strong>o MM5-DGF-UCH<br />
Infomet.dgf.uchile.cl<br />
L<br />
∆ z<br />
x<br />
L<br />
y<br />
• 3 Dominios Anidados<br />
• Centrado en Chile central<br />
• Cubre II-X región<br />
• Máx. resolución: 15 km<br />
∆ y<br />
L z<br />
• Un ciclo diario (t 0 : 8PM)<br />
• Plazo previsión: 120 hr<br />
∆ x<br />
• Cluster Scali, 4 Proc./2.4 GHz<br />
• <strong>Tiempo</strong> Proceso: 3 hr
Ejemplo: Mo<strong>del</strong>o MM5-DGF-UCH<br />
Infomet.dgf.uchile.cl
Ejemplo: Mo<strong>del</strong>o MM5-DGF-UCH<br />
Infomet.dgf.uchile.cl<br />
Tormenta de 1-2 Junio 2002
Mo<strong>del</strong>os de pronóstico numérico <strong>del</strong> tiempo<br />
Situación actual<br />
ü Sus resultados son útiles en la previsión probabilística de<br />
fenómenos extremos de carácter regional (100-1000 km)<br />
con 1-3 días de anticipación.<br />
ü Mo<strong>del</strong>os actualmente en operación (DGF-DMC) pero<br />
sub-empelados por la industria<br />
ü Necesidad de validación de resultados y acoplamiento<br />
con mo<strong>del</strong>os hidrológicos<br />
ü Necesidad cuantificar beneficios de contar con<br />
pronósticos meteorológicos (mejor que cerrar los ojos...)
Mo<strong>del</strong>os de pronóstico numérico <strong>del</strong> tiempo<br />
Situación actual<br />
ü Sus resultados son marginalmente útiles en la previsión<br />
de corto plazo (horas) de eventos extremos locales (km).<br />
ü Para este tipo de previsión es fundamental contar con<br />
información meteorológica en tiempo real de variables<br />
claves en lugares claves (e.g., PP en cordillera).<br />
ü Red actual de observaciones (DMC, DGA) satisface de<br />
manera marginal requerimiento anterior.<br />
ü Información meteorológica en tiempo real también debe<br />
alimentar mo<strong>del</strong>os integrados
Información meteorológica:<br />
Diagnóstico, <strong>Pronóstico</strong> y <strong>Predicción</strong><br />
Mo<strong>del</strong>amiento hidrológico:<br />
hidrología urbana y rural<br />
Analogías, Concentrados, Explicitos<br />
Qsfc, Areas inundación, etc.<br />
Sistemas de prevención,<br />
reacción y mitigación
Variabilidad <strong>Climática</strong><br />
ü El clima varía en todas las escalas temporales. Lo natural es<br />
que lo haga, lo extraordinario es que se mantenga en una<br />
condición estacionaria.<br />
ü Desde el punto de vista de los impactos socio-económicos,<br />
los más significativos son los que ocurren en las escalas<br />
decadales, interanuales, e intraestacionales.<br />
ü El factor antropogénico es uno más, que se suma a los<br />
factores <strong>del</strong> cambio climático global, favoreciendo un aumento<br />
de la temperatura media <strong>del</strong> planeta. De todos modos, en Chile<br />
la temperatura no parece estár aumentando en las décadas<br />
más recientes, excepto en la región entre Santiago y<br />
Concepción.
Funcionamiento <strong>del</strong><br />
sistema oceano-atmosfera<br />
en el Pacifico ecuatorial<br />
TSM<br />
PNM<br />
Alisios
SISTEMA INTEGRADO OCEANO-ATMOSFERA<br />
PACIFICO ECUATORIAL<br />
MJO<br />
ALISIOS<br />
SURGENCIA<br />
OCEANIA<br />
S. AMERICA
ENOS (El Niño-Oscilación de Sur)<br />
El sistema OA es inestable. Perturbaciones incialmente<br />
pequeñas crecen hasta dar lugar al fenomeno ENSO<br />
Es un modo propio de oscilación no periódica (recurrencia<br />
entre 3 y 7 años) <strong>del</strong> sistema acoplado océano-atmósfera<br />
en el Pacífico tropical, que se manifiesta en todas las<br />
variables atmosféricas y oceánicas de esta región
Impactos climáticos de El Niño<br />
verano<br />
invierno<br />
Ref: CPC/NCEP/NOAA
IMPACTO DE ENSO SOBRE LA LLUVIA<br />
EN CHILE CENTRAL<br />
JJA<br />
ON<br />
EFM
<strong>Predicción</strong> <strong>Climática</strong><br />
Considerando que la TSM en el Pacifico ecuatorial es<br />
una condición de borde de alto impacto en la circulación<br />
atmosférica, el seguimiento de la TSM y su pronóstico<br />
(numérico/estadístico) permite la predicción climática<br />
El énfasis es aquí en las variaciones de las estadísticas<br />
<strong>del</strong> tiempo (clima) con plazos de previsión de 3 a 12<br />
meses.<br />
Prob.<br />
Ocurrencia<br />
LN N EN<br />
Variable meteorológica
<strong>Predicción</strong> <strong>Climática</strong>: Monitoreo + Mo<strong>del</strong>amiento<br />
met.dgf.uchile.cl/clima/
Conclusiones<br />
ü Forzamiento atmosférico sobre sistemas hidrologicos es<br />
significativo a través de un amplio rango de escalas<br />
temporales y espaciales<br />
ü Eventos hidro-meteorológicos extremos asociados a<br />
fenómenos característicos pero gatillados por una (o mas)<br />
rasgo atmosférico inusual (i.e., alto periodo de retorno).<br />
ü Capacidad instalada de pronóstico <strong>del</strong> tiempo y<br />
predicción climática es sub-empleada en sectores<br />
sanitarios (varias razones) pero esa situación debería<br />
cambiar en el futuro.