aplicaciones en la Península Ibérica y Sudamérica

red, coordenadas
verticales, bordas …
Rosmeri P. da Rocha
•Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG
•12 a 23 de abril -2010 - Ourense
Ecuaciones dinámicas


   
V   
p
V .V  
 2 V  g  FV
t

T  
1 dp
Cp (
V .T )
 Q  FT
t
 dt
 
  
V .   .V
t
Sq
q  
V .q 
 Fq
t


V  (u, v, w)
Conservación de momento
Conservación de energía
Conservación de masa
Conservación de agua
Ecuación del estado
p   RT
Componentes esenciales de los modelos dinámicos:
• Procesos físicos
• i.e. PGF, fricción, calentamiento diabático y adiabáticos,
termos de advección …
• Procedimientos numéricos
– Aproximaciones usadas en estimación de cada termo
de las ecuaciones
– Aproximaciones usadas para avanzar el modelo en el
tiempo;
– Red usada en el dominio del modelo (resolución)
– Condiciones de frontera
• Cualidad y cuantidad de observaciones son esencial
Modelos atmosféricos: del Global hasta o Regional
Las ecuaciones resorbidas por estos modelos son las mismas. Principales diferencias son:
Global
menor resolución horizontal (~300-100 km) y no necesitan de condiciones de frontera en
las bordas
continental, regional
mayor resolución horizontal (~50-5 km) y necesitan de condiciones de frontera en las bordas
Global
Continental
Regional
Ventajeas de modelos regionales
• - regionalizaciones con base física
•
- modelo del sistema climático comprensible
•
•
•
•
•
Amplia variedad de aplicaciones
- estudios de procesos
- paleo clima
- cambio climático
- previsión estacional
alta resolución usando múltiplos anidados
• - usables en PCs
•
•
•
•
Des-ventajeas de modelos regionales
• Necesidad de informaciones de frontera en las
bordas:
– no corrige algunos erros de los modelos globales
(posicionamiento de los grandes centros de acción:
anticiclones/ciclones semi-permanentes,
vaguadas/dorsales)
. no es posible hacer previsión estacional/climática
solo con modelos regionales
• ”gabage in, gabage out” (???)
centro dinámico
Coordenadas y resolución vertical
Tipos de Coordenada
a. Altura Z
b. Temperatura Potencial 
c. Presión p
d. Sigma 
Las coordenadas que cruzan la topografía no son muy apropiadas
para modelos numéricos.
Coordenada vertical: σ (sigma)
presione normalizada pela presione en superficie
p  pt

p s  pt
Tipos de Modelos
Núcleo Dinâmico
Modelo de Puntos de red
Ecuaciones
son
resorbidas en punto de
red con espaciamiento
regular.
Las variables están en el
puntos de red.
Modelo Espectral
Las variables son decompostas en uno
conjunto de ondas con
diferentes amplitudes y
longitudes de onda.
Variables en las red horizontal y vertical
red: Arakawa B (RegCM3)
T, q, p, etc – están no centro (cruces)
U, V – están no vértices (puntos)
red: Arakawa C (WRF)
T, q, p, etc – están no centro (puntos)
U, V – están en las mitades
Soluciones de las ecuaciones
• métodos espectrales o diferencias finitas
• Diferencias finitas:
– aproximación para las derivadas temporales
y espaciales
- en dominios limitados necesitan de
informaciones en las bordas (fronteras)
centro Dinámico
Las resolución de las ecuaciones en puntos de red pode ser través de:
método de diferencias finitas
Ejemplo
Las variables continuas en la
atmosfera real son
representadas por valores
discretos en puntos de red.
Ejemplo: campo de
temperatura
Considere que u es función de las variables independientes x–y
Podemos dividir el plano x-y en una red de pontos separados de
dx = h y dy = k
Método de diferencias
finitas: transforma las
derivadas parciales (en el
tiempo o espacio) en
ecuaciones de diferencias
sobre uno intervalo
pequeño (de tiempo o
espacio).
1) Diferencias centradas:
2) Diferencias adelantadas:
3) Diferencias atrasadas:
Frontera lateral
• Relajación – es una combinación entre lo
que está previendo el modelo regional y las
informaciones de los modelos globales o
análisis en ponto de red (NCEP, ECMWF,
etc...)
En las bordas el cambio en tiempo de una variable  (que
pode ser q, u, v, w, T y p) es calculada como (DAVIES e
TURNER, 1977):

 F1  LS     F2 2  LS   
t
1 ZE  ZR  n
F1 
10t
ZR  1
LS es el valor de la variable
obtenido través de interpolación
de el archivo externo
MR - regional
LS - global
1 ZE  ZR  n
F2 
50t
ZR  1
ZE: zona especificada (=1)
ZR: zona de relajación
2 es uno filtro suavizador
aplicado en las superficies σ del
modelo.
n: puntos en las bordas
• Próxima clase
- parametrizaciones en modelos numéricos
Actividad:
1. describa las reds de Arakawa (A,B,C,D y E) sus puntos flacos y fuertes.
2. Haga un dominio con 50 km de red centrado en la Península Ibérica. (Siga las
instrucciones
de
instalación
de
RegCM3
en:
http://users.ictp.it/~pubregcm/RegCM3/ User's Guide of RegCM3 ( PDF)
3. Haga una prueba usando borda con 24, 12 y 8 puntos en uno mismo dominio.
Integre el modelo hasta 15 días. Hay diferencias?
4. Cual es lo impacto de la largura de zona de frontera encontrado por Zhong et
al. 2010 en las simulaciones para el este de Asia?
- Bibliografía
• DAVIES y TURNER, 1977:
• Zhong et. Al. 2010: Further study on the effect of buffer zone size on regional
climate modeling. Clim Dyn. DOI 10.1007/s00382-009-0662-0