Pronóstico del Tiempo y Predicción Climática: Herramientas de

Pronóstico del Tiempo y Predicción Climática:
Herramientas de apoyo a la
mitigación de amenazas naturales.
René D. Garreaud
Departamento de Geofísica
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas
Universidad de Chile
[email protected]
Estructura
• Motivación
• Factores de gran escala que condicionan el tiempo y clima
en Chile central
• Ondas atmosféricas
• Eventos hidrometeorologicos extremos
• Pronóstico del tiempo: Bases, aplicaciones y limitaciones
• Variabilidad interanual
• Predicción climática: Bases, aplicaciones y limitaciones
Motivación
1. Condiciones atmosféricas (temperatura, precipitación, radiación
solar, humedad, viento,...) determinan de manera importante el
comportamiento de sistemas hidrológicos y actvidades humanas
desde el nivel horario al interanual:
• Ocurrencia de crecidas (Pp, Z0°C – horas a días)
• Demanda de agua potable (T, HR – días a semanas)
• Disponibilidad de recursos hidricos (Pp, T – meses a años)
2. Cambios en las condiciones atmosféricas (tiempo y variabilidad
climática) son potencialmente predecibles.
Factores de Gran Escala
ZCIT
ecuador
B
A
B
33S
Cinturon de los oestes
y regimén de Rossby (ondas)
Factores de Gran Escala
1. Anticiclón subtropical del Pacifico sur-oriental asociado a
condiciones estables y vientos del S a lo largo de la costa
del norte de Chile.
2. Cinturón de vientos del oeste en latitudes medias,
poblado de ondas atmosféricas asociadas a sistemas
migratorios (centros de altas y bajas presiones)
Ondas atmosféricas en niveles altos
Se indican líneas de corriente y
magnitud del viento a 10 km de altura
Ondas atmosféricas en niveles bajos
Se indican vientos en superficie, frentes y
centro de baja presión
Efecto
Topográfico
B
Ondas atmosféricas: Estructura vertical
Se indican vientos en superficie, frentes, centro de
baja presión y nubosidad
Ondas atmosféricas: Cambios de Tiempo
Evolución del tiempo en Santiago
Condición:
Frontal
Post - Frontal
Pre - Frontal
Frontal ....
Eventos Hidrometeorológicos
Extremos
Estudios de aluviones y grandes crecidas indican que estos
han sido producto de sistemas del tiempo
característicos en la región pero con presencia de
elementos anormales.
•
•
•
•
•
Distribución espacial y temporal (intensidad vs acumulación) de la
lluvia
Altura de la línea de nieve (Santiago, Mayo 1993)
Alcance meridional de los frentes (Antofagasta, Junio 1991)
Viento en superficie (Chiloe, 1994)
Ocurrencia de granizo, tormentas eléctricas, etc (Calama, 1999).
Eventos Hidrometeorológicos
Extremos
Considerando la multiplicidad de variables atmosféricas
que pueden gatillar la ocurrencia de un evento hidrometeorológico extremo, parece particularmente 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
Ecuaciones básicas
r
v
v v
dV
1
ˆ
+ fk × V = − ∇p − FR + g
dt
ρ
∂ v
( + V ⋅ ∇ )T − S ω = Q
∂t
P
RAD
v ∂ω
∇ ⋅V +
=0
∂p
∂ ( gz )
RT
=−
∂p
p
+Q
Conv
+Q
Conservación
de Momentum
Sfc
Conservación
de Energía
Conservación
de Masa
Ec. gases
ideales
Ecuaciones anteriores son resueltas en forma numérica
Ejemplo: Modelo MM5-DGF-UCH
Infomet.dgf.uchile.cl
L
x
∆z
• 3 Dominios Anidados
• Centrado en Chile central
• Cubre II-X región
• Máx. resolución: 15 km
L
y
∆y
Lz
∆x
• Un ciclo diario (t0: 8PM)
• Plazo previsión: 120 hr
• Cluster Scali, 4 Proc./2.4 GHz
• Tiempo Proceso: 3 hr
Ejemplo: Modelo MM5-DGF-UCH
Infomet.dgf.uchile.cl
Ejemplo: Modelo MM5-DGF-UCH
Infomet.dgf.uchile.cl
Tormenta de 1-2 Junio 2002
Modelos de pronóstico numérico del tiempo
Situación actual
ü Sus resultados son útiles en la previsión probabilística de
fenómenos extremos de carácter regional (100-1000 km)
con 1-3 días de anticipación.
ü Modelos actualmente en operación (DGF-DMC) pero
sub-empelados por la industria
ü Necesidad de validación de resultados y acoplamiento
con modelos hidrológicos
ü Necesidad cuantificar beneficios de contar con
pronósticos meteorológicos (mejor que cerrar los ojos...)
Modelos de pronóstico numérico del tiempo
Situación actual
ü Sus resultados son marginalmente útiles en la previsión
de corto plazo (horas) de eventos extremos locales (km).
ü 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).
ü Red actual de observaciones (DMC, DGA) satisface de
manera marginal requerimiento anterior.
ü Información meteorológica en tiempo real también debe
alimentar modelos integrados
Información meteorológica:
Diagnóstico, Pronóstico y Predicción
Modelamiento hidrológico:
hidrología urbana y rural
Analogías, Concentrados, Explicitos
Qsfc, Areas inundación, etc.
Sistemas de prevención,
reacción y mitigación
Variabilidad Climática
ü El clima varía en todas las escalas temporales. Lo natural es
que lo haga, lo extraordinario es que se mantenga en una
condición estacionaria.
ü Desde el punto de vista de los impactos socio-económicos,
los más significativos son los que ocurren en las escalas
decadales, interanuales, e intraestacionales.
ü 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.
Funcionamiento del
sistema oceano-atmosfera
en el Pacifico ecuatorial
TSM
PNM
Alisios
SISTEMA INTEGRADO OCEANO-ATMOSFERA
PACIFICO ECUATORIAL
MJO
ALISIOS
SURGENCIA
OCEANIA
S. AMERICA
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.
Prob.
Ocurrencia
LN
N
Variable meteorológica
EN
Predicción Climática: Monitoreo + Modelamiento
met.dgf.uchile.cl/clima/
Conclusiones
ü Forzamiento atmosférico sobre sistemas hidrologicos es
significativo a través de un amplio rango de escalas
temporales y espaciales
ü Eventos hidro-meteorológicos extremos asociados a
fenómenos característicos pero gatillados por una (o mas)
rasgo atmosférico inusual (i.e., alto periodo de retorno).
ü 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.