• Nota informativa. Lluvias intensas en las islas occidentales de Canarias
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Predicción Numérica del Tiempo

AEMET desarrolla y opera diariamente sistemas de análisis y predicción numérica del tiempo de área limitada desde hace más de 25 años. Desde comienzos de los años 90, colabora con los Servicios Meteorológicos Nacionales de varios países de Europa occidental que conforman el Consorcio HIRLAM en el ámbito de la Predicción Numérica del Tiempo (PNT), para el desarrollo de sistemas operativos de análisis y predicción a corto plazo basados en modelos numéricos de alta resolución. Actualmente se trabaja en una nueva generación de modelos que proporcionarán predicciones a resoluciones horizontales del orden de 1-2km.

 

Sistema HIRLAM

La colaboración en el Consorcio HIRLAM se lleva a cabo a través de sucesivos Planes Científicos conjuntos de los países participantes, de varios años de duración, coordinados por un equipo directivo. El grado de consecución obtenido es evaluado por un grupo externo de expertos al término de la vigencia de cada Plan Científico.

Los especialistas de AEMET han contribuido decisivamente al desarrollo de las sucesivas versiones del sistema HIRLAM que se han ido liberando en el transcurso del tiempo en el terreno de la asimilación de datos, las parametrizaciones físicas y la dinámica del modelo. Algunos de estos expertos  han liderado distintas áreas de desarrollo desde que nos integramos en el Consorcio.

El consorcio HIRLAM está formado por los Servicios Meteorológicos Nacionales de los países escandinavos, Islandia, Estonia, Liutania, Holanda, Irlanda y España
El consorcio HIRLAM está formado por los Servicios Meteorológicos Nacionales de los países escandinavos, Islandia, Estonia, Liutania, Holanda, Irlanda y España
HIRLAM es un modelo hidrostático de puntos de rejilla con una dinámica semilagrangiana, en el que son parametrizados los procesos radiativos y los que suceden a escala sub-rejilla (turbulencia, nubes y condensación, convección, intercambios de agua y energía con la superficie, etcétera).
Parametrización de la convección: circulaciones representadas en los esquemas de flujo de masa
Parametrización de la convección: circulaciones representadas en los esquemas de flujo de masa

El estado inicial atmosférico, o análisis, se obtiene corrigiendo una primera estimación (basada en una predicción a corto plazo reciente), mediante la asimilación de observaciones convencionales (procedentes de estaciones de superficie en tierra, barcos y boyas, radiosondeos y aviones), así como los datos brutos medidos por los instrumentos a bordo de los satélites meteorológicos, mediante un método variacional tri o tetradimensional (3DVAR o 4DVAR). Los campos iniciales de superficie y suelo (temperatura del agua del mar, espesor y cobertura de nieve, humedad y temperaturas del suelo y subsuelo?) se describen gracias a un sistema de análisis objetivo que utiliza diferentes tipos de observaciones.

 

Distribución de observaciones meteorológicas asimiladas procedentes de satélite (azul claro), aviones (rojo) y radiosondeos (azul oscuro)
Distribución de observaciones meteorológicas asimiladas procedentes de satélite (azul claro), aviones (rojo) y radiosondeos (azul oscuro)

Los desarrollos realizados en la Agencia con el modelo HIRLAM han formado parte de proyectos de los Programas Marco de investigación financiados por la Unión Europea, Acciones COST y experimentos internacionales de intercomparación de modelos sobre situaciones meteorológicas especiales en los que AEMET ha participado. El modelo HIRLAM es uno de los integrantes del sistema pionero de predicción por conjuntos desarrollado en AEMET, SREPS. El sistema HIRLAM también es utilizado para analizar el sistema compuesto europeo de observación meteorológica, que integra todas las redes de los diferentes tipos de medidas.  Entre los estudios que se llevan a cabo, está el investigar el impacto en la predicción de fenómenos adversos en el Mediterráneo de la asimilación de observaciones adicionales en zonas especialmente sensibles a las condiciones iniciales (fase final del proyecto MEDEX).

Dominios de integración del modelo Hirlam operativo
Dominios de integración del modelo Hirlam operativo

 

La cadena HIRLAM se ejecuta 4 veces al día en AEMET en 3 dominios distintos: un área  euroatlántica con 16km de resolución horizontal y dos centradas en la Península Ibérica y Canarias de 5km de resolución. El número de niveles en la vertical es de 40. Los campos previstos del modelo global del Centro Europeo de Predicción a Plazo Medio (CEPPM) se reciben 4 veces al día y se utilizan como forzamientos en los contornos del dominio de integración y para mejorar la descripción de la componente de larga escala del análisis. Las observaciones utilizadas para determinar el estado inicial atmosférico se reciben regularmente gracias al sistema mundial de telecomunicaciones establecido por la Organización Meteorológica Mundial. 

Sistema HARMONIE

Cuando se avanza hacia resoluciones de unos pocos kilómetros, los efectos no hidrostáticos deben estar representados en los modelos meteorológicos y algunos fenómenos que en resoluciones inferiores deben ser parametrizados comienzan a ser descritos explícitamente. En el año 2006, los Consorcios europeos de PNT HIRLAM y ALADIN acordaron comenzar una cooperación para el desarrollo de sistemas de muy alta resolución basados en modelos no hidrostáticos.

 

El sistema HARMONIE, que se está desarrollando en HIRLAM, es el resultado de esta colaboración y ha sido diseñado de forma flexible, pudiendo ser utilizado en diferentes escalas espaciales: desde la sinóptica hasta resoluciones inferiores a 1km. Además del modelo de predicción, consta de un sistema de asimilación de datos para la inicialización del estado atmosférico y de un módulo de análisis de superficie. Tiene implementados  diferentes conjuntos de parametrizaciones físicas que resultan apropiados para cada escala espacial. El núcleo de la dinámica no hidrostática aprovecha los desarrollos obtenidos por el grupo ALADIN. Las librerías de código se comparten entre el CEPPM, los Consorcios HIRLAM y ALADIN y el Servicio Meteorológico francés.

Orografía del modelo Harmonie a 2,5km de resolución horizontal
Orografía del modelo Harmonie a 2,5km de resolución horizontal

El modelo HARMONIE en modo no hidrostático incluye 6 variables de pronóstico para los procesos húmedos: vapor de agua, agua líquida, cristales de hielo, lluvia, nieve y nieve granulada o granizo. Esta versión del modelo se ejecuta diariamente en modo experimental en AEMET sobre un área que cubre la península Ibérica y Baleares a 2,5km de resolución horizontal y 65 niveles en la vertical.

Reflectividades previstas por el modelo HARMONIE (izquierda) y medidas por la red de radares de AEMET (derecha)
Reflectividades previstas por el modelo HARMONIE (izquierda) y medidas por la red de radares de AEMET (derecha)

La participación de AEMET en el desarrollo de nuevas versiones del modelo HARMONIE se centra tanto en los aspectos de nuevos desarrollos científicos (en asimilación de datos y en el modelo de predicción), como de operación (obtención de nuevas variables a partir de las salidas directas del modelo y mantenimiento de las cadenas operativas).

Distribución de estaciones receptoras de la señal de los satélites GPS
Distribución de estaciones receptoras de la señal de los satélites GPS

 

 

AEMET contribuye activamente a la mejora de la dinámica del modelo, basada en un aumento de la eficiencia y  de la precisión (discretización vertical por elementos finitos y conservación de masa), así como a una mejor interacción entre los procesos física-dinámica cuando se aumenta la resolución  En el ámbito de las parametrizaciones físicas, AEMET participa en los desarrollos sobre la representación de los procesos convectivos y los procesos turbulentos y nieblas. En esta última tarea, se colabora con grupos de expertos de la Universidad de las Islas Baleares.

En el campo de la asimilación de datos se trabaja, entre otros, en la asimilación de nuevas fuentes de datos de observación como reflectividades y vientos radiales medidos por los radares de AEMET, y retrasos de la señal de los satélites GPS debidos a la masa y el contenido de humedad atmosféricos. También se trabaja en la inicialización del contenido de humedad del suelo con métodos avanzados.

El modelo HARMONIE no hidrostático se prueba también en AEMET, de modo experimental, sobre casos de estudio de fenómenos meteorológicos de tiempo adverso, como los ocurridos en Canarias en el mes de febrero del año 2010.

Orografía del modelo HARMONIE sobre las islas Canarias a 2,5km de resolución horizontal
Orografía del modelo HARMONIE sobre las islas Canarias a 2,5km de resolución horizontal

 

La complicada orografía de la mayoría de las islas comienza a ser mejor representa por el modelo a 2,5km de resolución, como se puede observar en la figura superior.

Los resultados obtenidos en estos casos de lluvias y vientos fuertes son esperanzadores,  a pesar de la poca predecibilidad de los procesos convectivos a escalas pequeñas. La figura contigua muestra el mejor comportamiento del modelo Harmonie no hidrostático (en verde), los modelos HIRLAM operativos a 16km (rojo) y 5km de resolución (azul) frente a las  observaciones de la racha de viento en Los Rodeos (Tenerife).

Comparación de las predicciones de rachas de viento frente a observaciones
Comparación de las predicciones de rachas de viento frente a observaciones
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