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METEOROLOGÍA Y METODOS NUMERICOS

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by

Jair Rojas

on 28 November 2013

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Transcript of METEOROLOGÍA Y METODOS NUMERICOS

photo credit Nasa / Goddard Space Flight Center / Reto Stöckli
METEOROLOGÍA Y METODOS NUMERICOS
(PRONOSTICO NUMERICO)

Que es?
El pronóstico numérico del tiempo es la simulación de los procesos atmosféricos en computadoras con el objetivo de deducir los estados futuros del tiempo basados en las condiciones actuales
Modelos numéricos
Proceso operativo de los modelos numericos
Tipos de modelos
-Modelos globales
-Modelos regionales o de area limitada (LAM)
Modelo global
Se trata de modelos cuya prioridad es la simulación del flujo de circulación general atmosférico, por tanto su rejilla de integración debe cubrir toda la Tierra. Se usan principalmente para predicciones a medio plazo, estacionales y climáticas ya que no necesitan ningún dato externo (salvo las condiciones iniciales) para realizar las predicciones
Modelo LAM
La atmósfera es un fluido y por tanto pueden usarse las ecuaciones fundamentales de la dinámica de fluidos para resolver el problema de la evolución de los fenómenos meteorológicos en la atmósfera terrestre, es decir, para resolver el problema de la predicción del tiempo.
Ecuaciones del sistema
Los modelos numéricos realizan una predicción objetiva del futuro
estado de la atmósfera resolviendo un sistema de ecuaciones
matemáticas para calcular, a partir de un instante inicial, la evolución
temporal de la temperatura, el viento, la humedad y la presión en
cualquier punto de la atmósfera.

Estas ecuaciones expresan los siguientes principios y leyes de la Física:
La segunda ley de Newton, el primer principio de la Termodinámica, el
principio de conservación de la masa de aire y del agua (vapor-líquidosólido)
en la atmósfera, la ecuación hidrostática y la ecuación de estado
del aire.
Rejilla
Las ecuaciones del modelo se resuelven aplicando
esquemas numéricos, para lo cual es preciso dividir el
espacio ocupado por la atmósfera mediante una malla
de celdillas tridimensionales.
Al iniciar la simulación, se asigna el valor de las
variables atmosféricas en cada celdilla del modelo, que
se deduce de las numerosas observaciones disponibles
en ese momento a lo largo de todo el planeta.
Con los esquemas numéricos solo se
puede simular la evolución de los
procesos atmosféricos cuyo tamaño
sea mayor que el de las celdillas de la
malla del modelo.
Pero hay muchos otros procesos
físicos con menor tamaño que
producen importantes efectos en el
estado y evolución de la atmósfera.

Parametrizaciones Fisicas
-Radiación
-Convección
-Intercambio atmósfera superficie del suelo
-Turbulencia
-Condensación a gran escala
-Frenado por ondas gravitatorias
Algunos ejemplos
Condiciones iniciales
Para asignar los valores iniciales de temperatura, humedad,
presión y viento en todas y cada una de las celdillas que
componen la malla del modelo, se tienen en cuenta las
observaciones meteorológicas que simultáneamente se
realizan en todo el mundo cuatro veces al día (00, 06, 12, 18
GMT). Hay más de 12.000 observatorios con medidas en
superficie, más de 1.000 que realizan observaciones en altura
con globo-sondas, centenares de barcos y aviones con
medidores y varios satélites artificiales que observan
constantemente la Tierra.
Tipos de observaciones meteorológicas que suelen tenerse en cuenta en los modelos modernos
A partir de los valores iniciales se resuelven numéricamente
todas las ecuaciones matemáticas que expresan las leyes
físicas que gobiernan la atmósfera. El cálculo necesario es tan
enorme, que se requiere el uso de superordenadores para
realizar las operaciones muy rápidamente. Para una
predicción a un plazo de diez días con un modelo global es
necesario efectuar casi un trillón de operaciones (1018). Los
superordenadores actuales son capaces de realizar todos
esos cálculos en menos de una hora.

Superordenador
Modelo
Resultados
Los resultados del modelo consisten en una enorme cantidad
de datos con los valores de las variables atmosféricas
(temperatura, presión, humedad, precipitación, viento, etc.)
que se pronostican para cada una de las celdillas del modelo,
a lo largo del periodo de predicción (3 - 10 días) y con la
frecuencia que se desee (cada hora, cada 3 horas, cada 6
horas etc.). A partir de dichos datos se elaboran diversos
mapas donde se representan las variables atmosféricas de
interés. También se pueden confeccionar diagramas con la
evolución prevista de cada variable en el lugar que se desee.
El modelo del ECMWF
El Centro Europeo de Predicción a Plazo Medio (conocido por sus siglas inglesas ECMWF) se creó en 1975 como un consorcio de países europeos que acordaron unir sus esfuerzos para crear un centro especializado en la predicción a medio plazo (entre 2 y 10 días). Las primeras predicciones operativas se produjeron en 1979.
Paises miembros del ECMWF
El modelo Hirlam
Hirlam es un consorcio de países europeos cuya finalidad es el desarrollo de un modelo de área limitada que pueda ser usado operativamente por los países miembros. Actualmente el proyecto lo forman los servicios meteorológicos de Suecia, Noruega, Finlandia, Dinamarca, Islandia, Irlanda, Holanda, España y Francia (que es un miembro asociado). El Instituto Nacional de Meteorología de España forma parte del proyecto desde 1992 y usa el modelo Hirlam como modelo operativo de predicción numérica del tiempo a corto plazo desde 1995.Se trata de un modelo de puntos de rejilla cuya resolución es de 0.5 grados de latitud-longitud y 31 niveles en la vertical. Con él se realizan predicciones hasta 48 horas cuatro veces al día.
El MM5
Se trata de un modelo desarrollado por la Universidad de Pensilvania (PSU) y el National Center for Atmospheric Research (NCAR) de Estados Unidos. Es un modelo de puntos de rejilla y de área limitada e incluye varias opciones particulares para cada unos de los esquemas de parametrizaciones físicas.

Es un modelo de investigación aunque algunas instituciones como el servicio meteorológico de la Fuerza Aérea de Estados Unidos (AFWA) lo usan para sus predicciones operativas.
Presentado por:
Allison Fonseca 20121078041
Jair Rojas Pineda 20121078019
Productos derivados de los modelos numericos
El resultado de los modelos numéricos de predicción del tiempo son las variables del modelos y algunas derivadas de ellas en los nodos de la rejilla de integración y en cada paso de tiempo hasta completar el total de la predicción planteada. De esta manera si nuestro modelo tiene un paso de tiempo de tres minutos lo que podemos obtener son todas las variables del modelo en todos los nodos de la rejilla de integración y cada tres minutos de tiempo.
Mapas del tiempo(en el ejemplo se muestra el campo de presion al nivel del mar)
Meteogramas
Predicción de oleaje
Referencias
-http://www.tethys.cat/antics/num02/articles/art0205esp.htm
-
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