CLAVES DEL PRONÓSTICO DEL TIEMPO: APRENDE A LEER LOS MAPAS SINÓPTICOS Dr. Juan Javier Miró DÍA 1 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos 1: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos 1: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. El pronóstico del tiempo es la aplicación de tecnología y de ciencia para predecir el estado de la atmósfera para un periodo de tiempo futuro y una zona geográfica dada. Consideraciones previas • Tecnología y ciencia •El tiempo atmosférico comprende todos los variados fenómenos que ocurren en la atmósfera de la Tierra • Los fenómenos meteorológicos regulares, también llamados meteoros incluyen viento, temperatura, tormentas, lluvia, nieve, granizo, …, que ocurre en la troposfera es decir en la parte más baja de la atmósfera. Consideraciones previas El tiempo cambia movido por las diferencias de energía recibida del sol que a su vez causan interacciones entre el suelo y el gas (aire) suprayacente. Debido a los distintos ángulos con que la luz del sol incide sobre la tierra, se calientan de forma distinta las diferentes partes del planeta. La diferencia de temperaturas en interacción con la fuerza de rotación terrestre causa la circulación global de la atmósfera, así como, indirectamente, todos los otros fenómenos de tiempo. Consideraciones previas Las estaciones meteorológicas miden las distintas variables locales del tiempo como la temperatura, humedad, presión, velocidad y dirección del viento y lluvia, según unos estándares normalizados para todo el mundo de acuerdo a la OMM. Estas variables han de tener un carácter homogéneo para poder ser utilizadas tanto para su uso estadístico (p. ej. caracterización del clima) como para alimentar modelos dinámicos (p. ej. modelos de previsión) La meteorología (OMM) intenta, mediante redes de estas estaciones meteorológicas locales, estaciones en barcos, y satélites meteorológicos, establecer el estado meteorológico global sobre una malla tridimensional de la mayor resolución posible, y para unos tiempos horarios concretos: 00h, 06h, 12h, 18h Máximas y mínimas diarias Acumulado diario … UN POCO DE HISTORIA • En la historia del pronóstico se distinguen 3 etapas: • Etapa empírica o de signos basada en la experiencia (repetición de signos). NO científica. Hoy vigente en el medio rural. • Primera etapa científica primera interpretación de fenómenos atmosféricos (explicación lógico-racional). • Segunda etapa científica a partir s. XVI y XVII. Nacimiento de la ciencia física moderna. ETAPA EMPÍRICA • Relación Agricultura ---- Astronomía Astrónomos griegos sistematizaron el conocimiento empírico (Euxodo, Calipo, Euctemón), generando las parapegmas calendarios de piedra Fechas de principales acontecimientos astronómicos y meteorológicos ETAPA EMPÍRICA Parapegma de GÉMINO (calendario estelar) ETAPA EMPÍRICA • Los calendarios árabes medievales incluían junto a la información meteorológica, contenidos agrícolas, consejos de higiene y dietética, medicina (hipocrática), costumbres, folclore medieval cristiano y musulmán, etc. • Ejemplos: Calendario anónimo andalusí, Tratado de los meses de Ibn Asim, Liber regius, … . • No obstante, con esto se esta al corriente del tiempo anual, pero la incógnita continua siendo “el pronóstico”, ¿qué tiempo hará mañana, y pasado?, Llovera mucho el próximo invierno?, Será caluroso el verano? Asociaciones empíricas = signos ETAPA EMPÍRICA Se entra en el terreno de las cabañuelas, témporas, barruntos, etc, …. De tradición oral, no queda nada escrito. Se basa en la observación del vuelo, comportamiento de aves, desarrollo de determinadas plantas como el diente de León, el azafrán, etc. Han pasado al refranero. En toda Europa quedan nombres locales para determinada apariencia de nubes y tiempo asociado: nubes en corderito o paciendo habrá lluvia, el nùvol cerdà ampurdanés que aparece con la tramontana y señala lluvia en Francia. Hoy tienen estos fenómenos explicación científica. ETAPA EMPÍRICA En resumen, un punto clave del conocimiento meteorognómico (compartido con el astrológico) es la importancia dada a determinados momentos del año (hoy podríamos hablar de puntos críticos). Los refraneros están llenos de sentencias diciendo que si en tal día pasa esto durante tantas semanas, meses, en la estación o en el año dominará tal o cual viento, la lluvia o la sequía, etc. Ejemplo: “si la candelaria plora …. l’hivern és fora, si la candelaria riu … l’hivern és viu”. . La misma idea intrínseca domina la técnica de las cabañuelas y otros procedimientos similares de predicción del tiempo a largo plazo. Recordar!!!!!! Calendario zaragozano • En la historia del pronóstico se distinguen 3 etapas: • Etapa empírica o de signos basada en la experiencia (vigente en el medio rural). • Primera etapa científica primera interpretación de fenómenos atmosféricos (explicación lógico-racional). • Segunda etapa científica a partir s. XVI y XVII. Nacimiento ciencia física moderna. PRIMERA ETAPA CIENTÍFICA Se identifica astronomía y meteorología fenómenos atmosféricos. fenómenos celestes y Punto de partida para el desarrollo de esta primera etapa de crecimiento científico fueron las obras de Aristóteles (s. IV a.C): •Meteora, •Da caelo •De generationa et corrupcione se establece división entre el cielo y la Tierra Hubo un desarrollo físico-matemático de estas ideas a través de la Geometría, de las proporciones armónicas y de la música En la Edad Media se hablaba de accidentibus aeris para tratar del tiempo. La ciencia no se recuperó de su pasado histórico hasta cuatro siglos más tarde gracias a los árabes. PRIMERA ETAPA CIENTÍFICA Los árabes fueron la cumbre cultural y científica de la Edad Media. Abumasar s. IX, dejó su obra De las grandes conjunciones, obra clásica con profusión de configuraciones planetarias parejas a fenómenos climáticos. Obeydallah, Libro de las Cruzes, con gran contenido meteorológico. Fines s. XV Abraham Zacuto mejoró las tablas astronómicas para la navegación al Nuevo Mundo, y elaboró su obra Tratado breve de los influjos celestes. El hombre medieval busca correlaciones entre configuraciones celestes concretas y determinados fenómenos o situaciones atmosféricas se aprecia en los dibujos de los bordes de tablas astronómicas y libros. PRIMERA ETAPA CIENTÍFICA La excepción a este mundo esta en William Merle (1337-1344), quien lleva a cabo registros sistemáticos. En España se encuentra valiosa información climática, meteorológica en los archivos eclesiásticos. Con el descubrimiento de América la astronomía va a tener un papel básico en la navegación (orientación). Entre los navegantes, la predicción del tiempo a largo plazo, aumentó. Los almanaques con predicciones de todo tipo, y entre ellas las meteorológicas, empezaron a proliferar por toda Europa. S. XVI circulaban más de 3000 almanaques por toda Europa del pronóstico del tiempo, entre ellos están los de Kepler y Franklin. PRIMERA ETAPA CIENTÍFICA También son características de fines del s. XVI e inicios del XVII las obras dedicadas a la Cronología, que incluyen abundante material astrológico y meteorognómico. De este momento destaca Kepler con su libro De los fundamentos muy ciertos de la astrología, que contiene algunos de sus propios criterios de predicción. Fue el último buscador de la verdad en una época en que las viejas ideas, y sobre todo, los inexpugnables edificios aristotélicos y ptolemaicos se tambaleaban ante el nuevo modelo del mundo heliocentrismo S. XVII marca la crisis definitiva, la frontera entre las doctrinas que se hunden y las que emergen. 1632 aparece la obra astrológica más extensa y completa dedicada a la predicción meteorológica Summa astrologica y arte para enseñar a hazer pronósticos de los tiempos Antonio de Nájera • En la historia del pronóstico se distinguen 3 etapas: • Etapa empírica o de signos basada en la experiencia (vigente en el medio rural). • Primera etapa científica primera interpretación de fenómenos atmosféricos (explicación lógico-racional). • Segunda etapa científica a partir s. XVI y XVII. Nacimiento ciencia física moderna. SEGUNDA ETAPA CIENTÍFICA El nacimiento de la ciencia moderna tuvo una larga gestación Adelantados para su época: Edad Media destaca Roger Bacon Opus Maius Renacimiento destaca Galileo Galilei (1564-1642) fundador oficial del método experimental Hechos cruciales: 1639 se construye el primer pluviómetro 1641 se construye el primer termómetro 1644 se construye el barómetro (Torricelli) 1781 se conoce la composición química del aire Otto von Guericke fue el primero en utilizar el barómetro para predecir el tiempo 1714 primer Traité de Météorologie de Louis de Cotte • En la historia del pronóstico se distinguen 3 etapas: • Etapa empírica o de signos basada en la experiencia (vigente en el medio rural). • Primera etapa científica primera interpretación de fenómenos atmosféricos (explicación lógico-racional). • Segunda etapa científica a partir s. XVI y XVII. Nacimiento ciencia física moderna. ETAPA MODERNA Nacimiento de la Meteorología TERCERA ETAPA: LA METEOROLOGÍA MODERNA En la etapa de gestación de la meteorología moderna las personas interesadas en el tiempo atmosférico realizaban tres actividades: 1.- actividad empírica de recopilación de datos, 2.- actividad teórica dedicada a explicar los fenómenos atmosféricos basándose en leyes generales, 3.- actividad práctica o predictiva del tiempo. En el S. XIX estas 3 actividades se diferencian y dan lugar: Empíricos climatología Teóricos meteorología dinámica Prácticos pronosticador (profesional) Ejemplo de modo de hacer la predicción del tiempo a finales del s. XIX En los inicios del S.XX, la figura de Vilhelm Bjerknes y su ‘Escuela Noruega de Bergen’, son fundamentales en el desarrollo de la meteorología, tal como la entendemos hoy, En ella se construyen los principios de la Meteorología sinóptica moderna, el análisis del mapa del tiempo, así como el desarrollo de la teoría del frente polar, como sistema unificado de interpretación del tiempo en las latitudes medias. Se establecen así los fundamentos del análisis tridimensional de la atmosfera, que hoy utilizan los modelos numéricos de predicción. Por ese tiempo se inicio también el esfuerzo por comprender las distintas capas troposféricas y sus interacciones a lo largo de la columna troposférica. Esta actividad da inicio con los sondeos con globos sonda. Y un nuevo empuje fue dado por matemático y meteorólogo inglés, Lewis Fry Richardson, abordando el problema matemático de resolver las ecuaciones de la evolución atmosférica, que abordó mediante los llamados métodos numéricos. LOS SIGUIENTES PASOS HASTA LA CREACIÓN DE LOS MODELOS NUMÉRICOS EN LOS QUE SE BASAN LAS PREDICCIONES ACTUALES SON: • En 1950 entra en vigor la Organización Meteorológica Mundial, unificando los criterios de medición y tratamiento de datos meteorológicos y climatológicos a nivel mundial. • En 1957 se lanza el primer satélite artificial. La aportación de información desde los satélites se convertirá en algo fundamental. TIROS-I fue el primer satélite meteorológico en 1960, llegando el primer Meteosat en 1977. • La entrada en escena de otras tecnologías de teledetección, como los rádares, y las estaciones automáticas, han hecho aumentar exponencialmente el número de datos con que alimentar los modelos numéricos. • La evolución de los ordenadores ha dado el poder de cálculo suficiente para finalmente alcanzar la capacidad predictiva actual de los modelos atmosféricos. 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. DATOS DE ENTRADA La información que alimentan y que procesan los modelos de predicción atmosférica, particularmente los globales de uso primario, es la propia información observada mediante redes de estaciones meteorológicas en superficie, estaciones en barcos, sondeos en la atmósfera libre y satélites meteorológicos. Ello establece una red global de datos de entrada, generalmente a unas horas determinadas: 00h 06h 12h 18h del tiempo universal coordinado o UTC. UTC viene a ser sinónimo de GMT u hora estandarizada al meridiano de Greenwich. DATOS DE ENTRADA La cobertura mundial que ofrece la red de datos de entrada ha ido creciendo con los años. Pero es desde el principio más densa en las latitudes medias del hemisferio Norte terrestre, y menos hacia las zonas polares y zonas oceánicas del hemisferio Sur. FIABILIDAD MAYOR FIABILIDAD DE LOS MODELOS EN ZONAS CON MAYOR DENSIDAD Y CALIDAD DE DATOS DE ENTRADA FIABILIDAD La atmósfera de la Tierra es un sistema caótico donde pequeños cambios en las condiciones iniciales puede tener grandes efectos al evolucionar. AFECTA A LAS CONDICIONES INICIALES: • La calidad y densidad de los datos de entrada. • Cambios locales que no son bien registrados en los datos de entrada. • Condiciones iniciales caóticas en rápido cambio, equilibrio débil o condiciones termodinámicas poco claras. A este efecto que siempre limitará la predicción del tiempo se conoce como efecto mariposa. Los sistemas deterministas lineales son relativamente fáciles de predecir. Los sistemas caóticos son muy difíciles de predecir . FIABILIDAD A corto plazo la predicción se puede determinar relativamente bien por un ajuste relativamente más lineal de las relaciones deterministas entre la troposfera y la capa límite*, lo que permite que la predicción tienda a ser bastante fiable. Conforme nos movemos hacia el largo plazo las relaciones deterministas no lineales y caóticas tienden a prevalecer. Éstas se ‘deshilachan’ y la predicción pasa a ser cada vez más un problema de predicción en un sistema caótico. Con ello, la predicción es cada vez menos fiable. EN RESUMEN: MÁS FIABLE CUANTO MEJOR ESTABLECIDAS Y MÁS GENERALIZADAS ESTEN LAS CONDICIONES DE ENTRADA, Y MENOR SEA EL PLAZO FUTURO A PREDECIR. Y MENOS FIABLE EN LOS CASOS OPUESTOS. *la capa límite es un concepto que se refiere a los límites de la troposfera, bien sea su superficie de contacto con el suelo (generalmente), o bien la tropopausa. EJEMPLO DE SITUACIÓN DE ALTA FIABILIDAD EN LA PREDICCIÓN EJEMPLO DE SITUACIÓN DE BAJA FIABILIDAD EN LA PREDICCIÓN FIABILIDAD DE LA PREDICCIÓN EN EL FUTURO: spaghetti DISTINTAS EVOLUCIONES FUTURAS SEGÚN MUY PEQUEÑAS VARIACIONES EN LA SIMULACIÓN (análisis de los datos de entrada – día 0 hora 0) Se toma como predicción más probable el punto promedio de todas, o ENSEMBLE FIABILIDAD Spaghetti a un día vista (+24h) Spaghetti a cuatro días vista (+96h) ¿CÓMO SE GENERAN LOS ENSEMBLES DE MÚLTIPLES SPAGHETTI? La modelización meteorológica se basa en la aplicación de complejas ecuaciones, siguiendo el principio del ‘atractor de Lorenz’ (concepto introducido por Edward Lorenz en 1963). Son ecuaciones que describen rollos de convección en un sistema dinámico determinista tridimensional no lineal como es la dinámica de la atmósfera terrestre. En un comportamiento caótico, un atractor representa un estado hacia el cual un sistema tiende a encajar. En una situación de múltiples posibilidades futuras, el sistema evolucionará hacia el atractor más fuerte o con mayores probabilidades. Ligeras modificaciones iniciales en las ecuaciones que definen estos atractores darán lugar a proyecciones futuras un poco diferentes, o sea, las El atractor de Lorenz, con valores r = 28, σ = 10, b = 8/3. que hemos visto en los spaghetti anteriores. 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. GENERALIDADES: TIPOS BÁSICOS DE MODELOS LOS MODELOS METEOROLÓGICOS DINÁMICOS SUELEN SER DE DOS TIPOS, ATENDIENDO A SU OBJETIVO BASE PREDICTIVO: •MODELOS GLOBALES: son aquellos que toman todos los datos de entrada disponibles en la totalidad del globo terráqueo para constreñir un modelo de circulación global. Son pues los modelos ‘madre’ de otros modelos más regionales. Por ejemplo, son el modelo europeo ECMWF, el americano GFS, el japonés JMA, el británico UKMO, etc. Su carácter global les da mayor capacidad de predicción hacia adelante en el tiempo (hasta 12 días o más en algún caso), puesto que el bucle de información mundial está cerrado. Y son los que procesan más correctamente las ‘generalidades’ del estado atmosférico. A cambio, para ser funcionales diariamente, han de sacrificar en resolución espacial (p. ej. un dato cada 50km ó más), y en capacidad predictiva sobre aspectos más locales como la convección (p. ej. predicción sub-óptima de episodios tormentosos localizados), o el efecto local del relieve. Con todo, en los últimos años van mejorando estos aspectos. P. ej. el GFS ya ofrece al público general una resolución de 0.25º lat-lon (≈22km en nuestra latitud), lo que junto con su elevada tasa de actualización (cada 6 horas) lo hace muy atractivo incluso para la predicción regional. GENERALIDADES: TIPOS BÁSICOS DE MODELOS Grid del modelo global ECMWF: Un dato de cada variable y nivel troposférico se ofrece por cada punto de la malla GENERALIDADES: TIPOS BÁSICOS DE MODELOS •MODELOS REGIONALES O MESOSCALARES: son aquellos que se enfocan en un territorio determinado, tanto para mejorar la resolución y la predicción de aspectos locales, como para mejorar la estimación de ciertos meteoros que se comportan peculiarmente en la región (p. ej., la precipitación de carácter convectivo, ciclones, …), como también para mejorar la estimación de extremos. Normalmente están anidados dentro de un modelo global. Es decir, toman la salida de un modelo global para un marco geográfico concreto (región) y reprocesan la información en una grilla más pequeña, que tiene en cuenta una precisión más fina del relieve, evaporación, albedo, etc. A este proceso se denomina DOWNSCALING. Hay muchos tipos de estos modelos según hacia aquello que se enfoquen. Por ejemplo, algunos sólo se enfocan en la predicción del oleaje en el mar, generando sólo capas de información relevantes en ese campo. Otros se enfocan en mejorar la estimación del viento, … Fuera de cada especialidad, los que más nos pueden interesar son aquellos que simplemente mejoran la predicción global para una región determinada de temperaturas, precipitaciones, viento, humedad, cota de nieve, etc. Por ejemplo, podemos citar los modelos WRF, MM-5, EURO4, RAMS, HARMONIE-AROME, HARPEGE, etc… GENERALIDADES: TIPOS BÁSICOS DE MODELOS Los modelos mesoscalares se anidan dentro de los globales, o incluso unos dentro de otros en varios niveles consecutivos, mejorando la resolución de la grilla (hasta 12km, o incluso 4km o menos). El downscaling puede llegar así hasta el nivel microescalar, que ya sólo se aplica para casos muy particulares y localizados, bajo demanda especial. GENERALIDADES: TIPOS BÁSICOS DE MODELOS Los modelos atmosféricos también suelen HIDROSTÁTICOS y los NO HIDROSTÁTICOS. diferenciarse entre los Sin entrar en detalles, a grandes rasgos diremos que los HIDROSTÁTICOS funcionan mejor para determinar los movimientos advectivos de las masas de aire, a cambio de sacrificar un poco la estimación de la convección y, por tanto, de las células tormentosas y sus precipitaciones asociadas. Por ello, los modelos globales, o regionales para regiones grandes, suelen ser de este tipo. Mientras que los NO HIDROSTÁTICOS se focalizan más en la estimación de los movimientos verticales y convectivos en la troposfera, y suelen implementarse en modelos mesoscalares o microescalares, para una mejor estimación de extremos e interacción de factores locales en la convección. Ello significa que los HIDROSTÁTICOS tenderán a proporcionar una salida suavizada de la precipitación, buena estimación de precipitaciones advectivas y frontales, así como de la precipitación media de un área, pero insuficiente estimación de precipitaciones extremas y tormentas locales. Esto último lo harán mejor los NO HIDROSTÁTICOS, pero con estimaciones puntuales que podrían ser exageradas, y mayores márgenes de error en la precipitación estimada. Por lo que su uso tiene más valor como análisis de PROBABILIDADES de que ocurran eventos extremos. GENERALIDADES: TIPOS BÁSICOS DE MODELOS A PROPÓSITO DE LOS TÉRMINOS ADVECTIVO Y CONVECTIVO EN LAS SITUACIONES DE INESTABILIDAD: En la ADVECCIÓN predomina el avance horizontal en la troposfera de una masa de aire. La convección (movimiento vertical) es secundaria y condicionada por los procesos advectivos. En una situación CONVECTIVA predominan los movimientos en la vertical troposférica, por lo que el avance en la horizontal es débil, o bien no es concordante entre distintas capas. GENERALIDADES: TIPOS BÁSICOS DE MODELOS • Todos los anteriores son modelos dinámicos que van desde lo global a lo regional, y por último, lo local. • El proceso de downscaling de lo global a lo local se denomina así downscaling dinámico. • Pero el proceso de ir de lo GLOBAL a lo LOCAL del downscaling dinámico no está exento de problemas, ya que en última instancia depende de la calidad del modelo madre original y de la calidad y densidad de sus datos de entrada: A VECES MAYOR RESOLUCIÓN IMPLICA DISTORSIÓN Y AUMENTO DEL GRADO DE ERROR • El proceso contrario: ir de lo LOCAL a lo GENERAL se llama upscaling. • Este se puede incorporar mediante modelización estadística: MODELOS DINÁMICOS MODELOS ESTADÍSTICOS DOWNSCALING UPSCALING GENERALIDADES: TIPOS BÁSICOS DE MODELOS • MODELIZACIÓN ESTADÍSTICA: Se basa en tomar la información real observaba en un punto y realizar un modelo estadístico que mejor explique el comportamiento de una variable concreta (temperatura, precipitación, viento, …) en ese punto. En un sentido cruzado DOWNSCALING-UPSCALING se le introduce al modelo la salida puntual que debe dar (datos reales observados predictando), mientras que utiliza como inputs o predictores parámetros de la salida de un modelo dinámico en ese punto. Se constriñen así las relaciones estadísticas que mejor reproducen los datos observados en el punto. Permiten un buen aproximamiento al comportamiento local con una mayor sencillez y menor uso de recursos. En contrapartida, no es de aplicación directa allí donde no tenemos datos reales observados. PERO SÍ INDIRECTA: Por ejemplo, podemos crear un modelo estadístico con tan sólo el uso de una buena red de estaciones con datos observados que representen suficientemente bien los distintos emplazamientos, exposiciones y altitudes con respecto a un Modelo Digital de Terreno en una región concreta. MODELO ESTADÍSTICO: UN EJEMPLO DE ESTIMACIÓN DE TEMPERATURAS MÍNIMAS EN UNA RESOLUCIÓN DE SÓLO 500m, UTILIZANDO SÓLO DATOS OBSERVADOS Y SU RELACIÓN RESPECTO A MÚLTIPLAS CAPAS DERIVADAS DE UN MODELO DIGITAL DEL TERRENO: INVIERNO DE 1956 Y SU GRAN OLA DE FRÍO NIVELES DE INFORMACIÓN: Por regla general, los modelos dinámicos globales de predicción ofrecen unas capas de información de uso universal: • Situación en superficie: referenciado al nivel del mar (presión, temperatura, nubosidad, precipitación, etc.) • Situación en las capas bajas de la troposfera: 925 y 850hPa que viene a ser la presión y temperatura a unos 800m y 1500m de altitud en la atmósfera libre. • Situación en las capas medias de la troposfera: 700hPa y 500hPa (unos 3000m y 5500m de altitud). • Situación en las capas altas de la troposfera: 300hPa (unos 9000m). Pueden haber muchos más niveles de información, por ejemplo, 200hpa y 100hPa en capas altas, así como muchas otras variables que indiquen convectividad o subsidencia (Lifted Index, CAPE), líneas de cizalladura, etc. Pero nos centraremos en los niveles indicados para un análisis básico. 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. EL MAPA DE SUPERFICIE: En realidad no es algo nuevo que hayan traído los modelos modernos, sino que se basan en los mapas predictivos tradicionales, realizados directamente al transcribir la información recibida a nivel del mar. Se trata de los mapas que ya comenzaron a ser creados y utilizados por la Escuela de Bergen (fundada por Bjerknes) en las primeras décadas del S.XX, y que dan lugar a los típicos mapas de isobaras y sistemas frontales asociados a centros de acción (borrascas y anticiclones), y que fueron el instrumento fundamental de las predicciones hasta hace apenas 30 ó 40 años. EL MAPA DE SUPERFICIE: Sentido antihorario en hemisferio Norte Sentido horario en hemisferio Norte PARA ENTENDER UN POCO EL MAPA DE SUPERFICIE: Los frentes PARA ENTENDER UN POCO EL MAPA DE SUPERFICIE: Los frentes PARA ENTENDER UN POCO EL MAPA DE SUPERFICIE: La presión atmosférica El otro elemento que reflejan los mapas de superficie es la presión atmosférica a nivel del mar: La presión atmosférica es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire que forma la atmósfera sobre la superficie terrestre, y que depende del peso total de la columna de aire que tenemos encima, que se ejerce en todas direcciones (Principio de Arquímedes). Se mide en hectopascales (hPa) que es lo mismo que el término de milibares (mb). Las líneas que unen los puntos con la misma presión son ISOBARAS. Se considera por convención que tenemos bajas presiones cuando descienden de 1013hPa (presión media normal a nivel del mar), y altas presiones por encima de ese nivel. Sin embargo, para el caso de nuestro clima mediterráneo ese no es un indicador demasiado fiable de buen o mal tiempo: podemos tener una perturbación en capas medias y altas de la troposfera con altas presiones en superficie, dando lugar a precipitaciones torrenciales en el Mediterráneo. EL MAPA DE SUPERFICIE: La proximidad de las isobaras nos indica el gradiente de presión: GRADIENTE DE PRESIÓN ≈ VELOCIDAD DEL VIENTO EL MAPA DE SUPERFICIE: La tendencia actual es hacia el deshuso de la simbología normal de los ‘frentes’ en los mapas que generan los modelos, ya que éstos expresan nativamente campos que conforman cada variable en vez de clasificaciones. Aunque en algunos casos se aplica un post-proceso para generar estos mapas con frentes al estilo tradicional (análisis de superficie). Pero la tendencia es a ‘interpretar’ los frentes mediante los campos de precipitación, satélite o cizalladuras: 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA Los mapas a distintos niveles en la troposfera libre ya no expresan la presión a un nivel de altitud determinado, sino al contrario, la altitud a la que encontramos un nivel de presión determinado: • Una misma presión a más altitud = alta presión ≈ estabilidad ≈ aire cálido. • A menos altitud = baja presión ≈ inestabilidad ≈ aire frío. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA EJEMPLO DE UNA TOPOGRAFÍA A 700hPa (o mb) Aquí ya no hablamos de isobaras, sino de ISOHIPSAS, que son las líneas que unen los puntos donde el nivel de presión de referencia (sea 850hpa, 700hpa, 500hpa, 300hpa etc) se registra a la misma altitud, en metros sobre el nivel del mar. Por tanto se generan mapas de ‘topografía’ a x hPa dibujados con isohipsas. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA La clave principal que nos dan los mapas en niveles medios y altos de la troposfera es la de detectar campos de forzamiento hacia la estabilidad o la inestabilidad a lo largo de la vertical troposférica. Por ello, otra variable que se suele reflejar, en los mapas de capas medias sobre todo, es la temperatura, como factor de estabilidad o inestabilidad. Pero aquí es importante entender los elementos clave de la relación entre temperatura, humedad y compresión-descomprensión del aire cuando este se ve forzado a descender o a ascender en la columna troposférica. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA Vamos a intentar explicarlo un poco mediante la comprensión de lo que se denomina efecto FOEHN (en este ejemplo, el ascenso del aire se ve forzado por el relieve, mientras que los movimientos que se producen en la atmósfera libre tienen otras causas que veremos. Pero el efecto que queremos mostrar es el mismo). El aire, conforme se ve forzado a ascender, pierde 1ºC por 100mts de ascenso (gradiente adiabático seco), y lo contrario al descender. Conforme pierde temperatura, reduce su capacidad de disolver agua en las moléculas de aire (vapor): a una misma humedad absoluta va aumentando la humedad relativa (HR). HR 80% HR 60% HR 40% HR 60% HR 40% LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA Pero si ya en el punto de partida el aire esta húmedo (p. ej. HR 85%), conforme asciende llega pronto al 100% de su capacidad de diluir agua. El agua sobrante comienza a condensarse en forma de nubes y lluvia en la vertiente de barlovento. En este caso el gradiente adiabático seco (-1ºC /100m) cambia a pseudoadiabático (≈ -0.55º/100m). Y así mientras sea forzada a ascender (hasta la cima). Pero al descender por el otro lado (viento catabático) pierde rápidamente su condición saturada en humedad y la HR comienza a descender, mientras que el gradiente cambia a adiabático seco, ascendiendo 1ºC/100m. El resultado es un aire notablemente más seco y cálido cuando alcanza el pie de la vertiente opuesta. HR 100% HR 80% HR 100% (agua que sobra se condensa, forma nubes y llueve) HR 100% (saturación) HR 60% HR 85% LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA Sin un elemento de forzamiento dinámico, el ascenso o no del aire en la vertical dependerá del gradiente estático en la vertical de la temperatura (GTE). Si es más alto de 0.65ºC por 100mts, el aire infrayacente tiende naturalmente a ascender (progresivamente más cuanto mayor sea el GTE). Si el ascenso es adiabático seco (-1ºC/100m) y el GTE no supera 1ºC por 100m, llegará un punto en que el aire en ascenso iguale en temperatura al que lo rodea, cesando su ascenso. Pero si antes de que suceda eso se satura (alcanza el 100% de HR) entonces sigue subiendo de forma pseudoadiabática (-0.55ºC/100m) y no alcanzará el equilibrio térmico con el aire que lo rodea, de manera que seguirá ascendiendo y formará una nube que irá creciendo verticalmente hasta provocar lluvias. Gradiente vertical > Punto de saturación 0.8ºC/100m Gradiente vertical < 0.5ºC/100m LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA Pero una inversión térmica situada en una capa de la troposfera también puede cortar el movimiento ascendente, causando estabilidad y subsidencia de la mase de aire: Inversión térmica por enfriamiento nocturno del suelo (típico anticiclones invernales) Inversión térmica por la entrada de una masa de aire cálido y seco a partir de cierta altitud (típico del verano en España al entrar aire sahariano, evitando el ascenso de las brisas y formación de tormentas). LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA De manera que, los mecanismos que fuerzan el ascenso de una masa de aire hasta producir su saturación en humedad, formación de nubes y lluvia son esencialmente de dos tipos: TÉRMICO ESTÁTICOS: • Presencia de aire frío en capas medias y altas. • Presencia de aire cálido en superficie que contrasta con aire relativamente más fresco en capas medias. • Aire muy rico en humedad que al mínimo ascenso se satura e inicia el mecanismo de ascenso pseudoadiabático: HIDRODINÁMICOS: • El forzamiento del relieve Se pueden y el efecto Foehn. ver en los • Presencia de centros de mapas de acción (borrascas) y temperaturas sistemas frontales que de capas fuerzan dinámicamente el bajas y ascenso. medias • Depresiones frías aisladas en niveles altos. Indicadores: • Presencia de Humedad convergencias y relativa a difluencias de vientos en 700hPa. capas medias. Satélite, • Presencia de jets de canal vapor vientos intensos en de agua capas altas Se pueden ver en las topografías de capas medias y altas LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA MAPA A 850hPa: • Representativo de capas bajas de la troposfera, pero sin la distorsión que la capa límite (calentamiento-enfriamiento del suelo, efectos del relieve …) causa en superficie, dado que expresa lo que tenemos en la atmósfera libre a aproximadamente 1500mts de altitud. • Lo más consultado en este nivel suele ser la TEMPERATURA, como indicador de la posición y expansión de las masas de aire. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA A propósito de masas de aire: CLASIFICACIÓN BÁSICA DE LAS MASAS DE AIRE SEGÚN SU PROCEDENCIA Y EXPANSIÓN. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 700hPa: • Es un nivel que se sitúa a medio camino entre las capas bajas y medias de la troposfera, en altitudes que oscilan alrededor de los 3000m. • Por ello, si no es necesario, no suele usarse como punto de referencia de temperaturas, o la consulta de la propia topografía de este nivel (isohipsas). • Sin embargo, este nivel se encuentra normalmente cerca de la base de las nubes de lluvia, por lo que es bastante útil el análisis de la humedad existente en este nivel para determinar si hay potencial para su formación. Humedad relativa a 700hPa LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 500hPa: • ESTE ES EL NIVEL MÁS IMPORTANTE A CONSULTAR EN EL ANÁLISIS DE LAS CAPAS MEDIAS-ALTAS DE LA TROPOSFERA. CONCRETAMENTE LA TOPOGRAFÍA A 500hPa (mapa de isohipsas). También se le denomina Altura Geopotencial a 500hPa. • Es el nivel de referencia para revelar la existencia de crestas (dorsales) anticiclónicas y vaguadas ciclónicas ocupando la parte clave de la columna troposférica (o sea, a aproximadamente a 5500m de altitud, o capas medias), así como la posible presencia de depresiones frías aisladas en niveles altos (DANAs, antes conocidas como ‘gotas frías’). • Frecuentemente revela factores clave en la génesis de lluvias intensas mediterráneas, que no se manifiestan en el mapa de superficie. • En nuestras latitudes, la distribución de la Altura Geopotencial a 500hPa coincide bastante bien con los sectores fríos e inestables, cuando esta es más baja, y los sectores cálidos y estables, cuando esta es más alta. Esto es porque de modo natural tiende a más baja hacia el polo, y más alta hacia el ecuador. • Es muy frecuente que las isohipsas se expresen en decenas de metros (decámetros) en vez de en metros. O sea, por ejemplo, 550 para indicar 5500 metros. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 500hPa: Ejemplo del mapa de isohipsas 500hPa: dorsales anticiclónicas y vaguadas ciclónicas ≈ expansiones de aire cálido hacia el Norte o aire frío hacia el Sur. Una vaguada puede acabar por estrangularse, generando una depresión fría aislada en los niveles altos (DANA – Gota Fría). Sinónimo de mucha inestabilidad en la vertical. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 500hPa: Otros elementos a fijarse son las confluencias y difluencias: • Si el aire difluye en capas medias y/o altas, se produce un vacío que obliga al aire de abajo (superficie) a ascender para llenar el vacío ≈ +inestabilidad. • Si confluye pasa lo contrario, se acumula aire que se ve obligado a descender ≈ +estabilidad . Confluencia Difluencia LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 500hPa. A lo anterior se suma que: A B LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 500hPa: Por estas causas dinámicas, y por otras, como es el ascenso de aire cálido por el sector delantero de una DANA o vaguada generando frontogénesis con el propio aire frío que contiene la Dana o vaguada, EL SECTOR MÁS INESTABLE SUELE SITUARSE EN EL RAMAL ASCENDENTE (o parte delantera) DE UNA VAGUADA O UNA DANA, además del propio núcleo de aire frío de la Dana. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA La topografía de 300hPa: • Refiere a lo que ocurre en las capas altas de la troposfera, en torno a una altitud de 9000 metros. • El principal interés aquí sólo se centra en ver la posición y sinuosidades del Jet Stream, ya que es aquí donde éste se manifiesta con más pureza; así como ver las fuerzas generales que están rigiendo la circulación atmosférica en un momento dado. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 300hPa: • Hay que considerar que la propia presencia del jet en capas altas también es un factor de inestabilidad, ya que la potente aceleración del viento tiende a ‘succionar’ desde las capas más bajas, generando ascensos. Así como la posición del jet suele coincidir bastante bien con la formación de sistemas frontales en las latitudes medias. JET EN CAPAS ALTAS SUELO LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 300hPa: Jet fuerte, con sinuosidad débil o moderada, comporta una circulación con alto índice de zonalidad. Esto es, predominio del movimiento de Oeste a Este de los centros de acción en latitudes medias ≈ borrascas atlánticas intensas. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA 300hPa: Un Jet más débil, con fuerte sinuosidad, comporta una circulación con bajo índice de zonalidad. Esto es, predominio de movimientos más erráticos, a veces retrógrados, desprendimiento de DANAs y mayores dificultades en la predicción. LOS MAPAS EN CAPAS MEDIAS Y ALTAS DE LA TROPOSFERA TOPOGRAFÍA RELATIVA: En ocasiones puede ser interesante ver la diferencia de altitud entre dos niveles de presión en la atmósfera libre. La topografía relativa mide esa diferencia entre, por ejemplo el nivel de 1000hPa (capas bajas) y el de 500hPa (capas medias). El interés de esto reside en ver el gradiente vertical de presión. Cuanto más rápido cae la presión (y por tanto la temperatura) conforme ascendemos, hay una menor capa en metros entre dos niveles de presión de referencia, y por tanto, más inestabilidad. También, puede suceder que en superficie no exista nada significativo y ausencia de bajas presiones, pero tengamos una perturbación y bolsa de aire frío en capas medias, responsable de fuerte inestabilidad. La topografía relativa (500-1000hPa), y/o análisis de la temperatura a 500hPa, revelará esto. Para ver la presencia de inestabilidad asociada a la presencia de aire frío en 500hPa suele consultarse, bien la topografía relativa, o bien también directamente la temperatura a 500hPa. EJEMPLO EN DIAPOSITIVA SIGUIENTE: En color, topografía relativa 500hPa1000hpa. Líneas negras, topografía de 500hPa. Blancas, isobaras de superficie En color, temperatura a 500hpa. Líneas negras, topografía de 500hPa 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. INDICADORES DE CONVECTIVIDAD Y MOVIMIENTOS EN LA VERTICAL: ÍNDICE DE ELEVACIÓN (Lifted Index) – CAPE Se obtiene calculando la temperatura que el aire cerca del suelo tendría si ascendiera a algún otro nivel (normalmente cerca de 5.500 metros) y comparando esa temperatura con la temperatura real a esa altura. Un valor negativo indica inestabilidad: cuanto más bajo el valor negativo, tanto más inestable el aire y más intensas la tormentas que pueden formarse MAPA DE VIENTO Viento en nudos (knots). Un nudo = 1,852 km/h MAPA DE PRECIPITACIÓN PREVISTA (mm) MAPA DE LA COTA DE NIEVE (altitud a partir de cual la precipitación es nieve) Cabe señalar la utilidad que tienen los mapas compuestos, que de un golpe de vista muestran los elementos más útiles en la previsión a varios niveles. Muy útil cuando analizamos una secuencia de mapas previstos hasta x días en el futuro: 1. Origen del pronóstico del tiempo y su historia 2. Cómo se realizan los modelos de predicción numérica: fuentes de datos, resolución, fiabilidad. 3. Claves para la lectura de los modelos y mapas sinópticos: • Generalidades y niveles de información ofrecidos • El mapa de superficie • Los mapas en capas medias y altas de la troposfera • Otras variables de interés 4. Fuentes disponibles a través de internet y aplicaciones gratuitas para descargar datos y generar mapas propios. FUENTES GRATUITAS DISPONIBLES A TRAVÉS DE INTERNET http://www1.wetter3.de/index_en.html Muchos recursos, modelos globales. http://www1.wetter3.de/animation_en.html Útil secuencia animada modelo global GFS hasta 12 días vista. http://www1.wetter3.de/archiv_gfs_en.html Es especialmente útil el archivo histórico de mapas del tiempo, desde 1870. http://www.wetterzentrale.de/es/default.php Modelos globales y algunos mesoscalares http://www.wetterzentrale.de/es/reanalysis.php?map=1&model=noaa&var=1 También tiene un histórico de mapas del tiempo que se remonta a 1851. http://www.aemet.es/es/eltiempo/prediccion/ Recursos de la AEMET: http://www.aemet.es/es/eltiempo/prediccion/mapa_frentes Mapa de superficie con frentes de la AEMET http://www.aemet.es/es/eltiempo/prediccion/modelosnumericos/harmonie_arome Modelo mesoscalar de la AEMET harmonie-arome http://www.aemet.es/es/eltiempo/prediccion/mapas_probabilisticos Predicción probabilística de la AEMET https://www.weatheronline.co.uk/cgi-bin/expertcharts?LANG=es Otra fuente con multitud de modelos, algunos mesoscalares de alta resolución, que cubren España, como Euro4 (resolución de 4km) FUENTES GRATUITAS DISPONIBLES A TRAVÉS DE INTERNET http://www.meteociel.fr/modeles/wrfnmm.php?ech=3&mode=1&map=8 Modelo mesoscalar WRF-NMM para España de Meteociel, de resolución 5km http://www.meteociel.fr/modeles/wrfnmm.php?ech=23&mode=1&map=314 Modelo mesoscalar WRF-NMM para La Comunidad Valenciana de Meteociel, con una resolución de tan sólo 2km http://www.meteocenter.eu/WRF-forecast/SW/South-West-Europe.html Otro modelo mesoscalar WRF para España. LLUVIA Y NUBOSIDAD EN TIEMPO REAL: http://www.sat24.com/images.php?country=sp&sat=? Imagen de satélite ampliada para España http://www.aemet.es/es/eltiempo/observacion/radar?w=1 Rádares de AEMET para detección de lluvia en tiempo real Algunas webs ofrecen la información del radar montada sobre mapas que facilitan la geolocalización: http://www.m.meteocastalla.es/actual/radar#s http://www.lopezespinosa.com/radarmurcia/ FUENTES GRATUITAS DISPONIBLES A TRAVÉS DE INTERNET Redes de observatorios dando información en tiempo real (estaciones automáticas): https://www.avamet.org/mxo-mxo.php Datos que aporta la red de estaciones de aficionados de AVAMET (socios de la Associació Valenciana de Meteorologia) para el ámbito de la Comunidad Valenciana. https://www.meteoclimatic.net/ Red de estaciones automáticas de aficionados en toda España http://eportal.mapama.gob.es/websiar/SeleccionParametrosMap.aspx?dst=1 Red SIAR de estaciones automáticas profesionales de Sistema de Información Agroclimática para el Regadío. En la Comunidad Valenciana IVIA: http://riegos.ivia.es/datos-meteorologicos Datos en tiempo real del Sistema SAIH de las Confederaciones Hidrográficas: p.ej. http://saih.chj.es/chj/saih/?f Caso del Júcar APLICACIONES GRATUITAS QUE PERMITEN GENERAR MAPAS PROPIOS Aunque generalmente la creación de mapas a partir de las grillas numéricas que generan los modelos requiere el uso de programación (por ejemplo en Matlab, R, ArcGIS, Qgis, Python, etc.), han aparecido algunos softwares de uso relativamente simple que, sin necesidad de programar, permiten crear mapas del tiempo a medida. Se usan mucho en navegación marítima. Éstos tienen opciones de descargar la grilla de un modelo o varios, o bien de leer archivos en formato grib: ZyGrib UGRIB ZyGrib: Uso libre bajo licencia GNU GPL v3 http://www.zygrib.org/ puede descargar directamente los datos del modelo GFS y ciertos modelos de oleaje. Puede leer los gribs de modelos mesoscalares que se publican libremente, por ejemplo en: https://openskiron.org/en/openwrf https://maritima.meteoconsult.es/cartas-meteo-maritima/archivos-grib.php
