Hortal, Mariano

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Hortal Reymundo, Mariano

Agencia Estatal de Meteorología

El programa HIRLAM-AIntroducciónEl programa “HIRLAM-A” es un proyecto de inves-tigación que está siendo desarrollado entre los años2006 y 2010. Es la continuación de la exitosa coope-ración científica entre los servicios meteorológicosnacionales de Dinamarca, España, Finlandia,Holanda, Irlanda, Islandia, Noruega y Suecia, a lacual se ha añadido recientemente Estonia y a la quese agregarán en el próximo futuro Letonia y Lituania.El objetivo de la cooperación es suministrar a losestados miembros un sistema de análisis y predicciónmeteorológica para el corto plazo (hasta 48 horas)que utilice un modelo numérico que lleve incorpora-dos los últimos avances en el campo de la predicciónnumérica. Esta es hoy en día la mejor herramientapara suministrar los datos que necesita la predicciónoperativa del tiempo.Al mismo tiempo, se desarrollará un sistema operativo depredicción de la probabilidad de ocurrencia de fenómenosatmosféricos en un plazo de hasta 60 horas, para suministrardatos a aplicaciones, tanto generales como específicas, inclu-yendo el impacto de sucesos violentos como temporales deviento e inundaciones.Estructura y objetivosEl programa HIRLAM-A está estructurado como un conjun-to de cinco proyectos:• Asimilación de datos y uso de observaciones• Parametrizaciones físicas del modelo de predicción• Dinámica del modelo• Predecibilidad y predicción estadística• Sistemas y aplicacionesLos objetivos estratégicos del consorcio HIRLAM para lospróximos 10 años han sido formulados en el documento “HIR-LAM strategy 2006-2015” y son básicamente los que se deta-llan a continuación.El principal objetivo es conseguir, para el año 2009 o cercade el mismo, y en colaboración con las comunidades ALADINy AROME, un sistema de análisis y predicción a mesoescala(resolución de ~2 km) operacionalmente factible, cuyo nom-bre clave se ha establecido como HARMONIE. Subsecuen-temente se pretende extender este sistema hacia un modelomás general del sistema Tierra, que incluya, entre otros, datosrelativos a la calidad del aire y a la hidrología.Al mismo tiempo, se dará el mantenimiento adecuado y secontinuará incrementando la calidad del sistema HIRLAM deanálisis y predicción a escala sinóptica (~10 km de resolu-ción), hasta que el desarrollo del sistema mesoescalar seasuficiente como para poder ser empleado también a escalasinóptica (antes del 2010). El siguiente objetivo es desarrollar un sistema operacional-mente factible de predicción probabilística, adecuado para elcorto plazo (72 horas). Ello implica también comprobar la bon-dad y utilidad de este y otros sistemas de predicción por con-juntos aplicables al corto plazo y participar en la organizaciónde las actividades europeas que incluyen sistemas de predic-ción por conjuntos utilizando múltiples modelos (sistemasmultimodelo)Para conseguir una buena predicción, se debe continuar eldesarrollo de sistemas de asimilación variacional tri- y cuatri-dimensionales de datos y estudiar la mejor forma de incluir enlos mismos un amplio rango de observaciones de alta resolu-ción. El sistema variacional cuatri-dimensional de asimilaciónde datos será el que se aplique a escala sinóptica en los paí-ses del grupo HIRLAM en los próximos años, pero las aplica-ciones a muy corto plazo (nowcasting) pueden requerir deaproximaciones más pragmáticas y rápidas para que se pue-dan entregar los productos a tiempo.También se prevé aumentar la precisión y utilidad de laspredicciones del modelo para un, cada vez más amplio grupode usuarios, mejorando y extendiendo el acoplamiento delmodelo de la atmósfera con el océano, la biosfera, la superfi-cie y la química atmosférica, tanto a escala sinóptica como amesoescalaMariano Hortal Reymundo. Instituto Nacional de MeteorologíaPARTICIPANTES EN LA REUNIÓN ANUAL DE LOS GRUPOS HIRLAM Y ALADIN DE OSLO (ABRIL - 2007)ASOCIACIÓN METEOROLÓGICA ESPAÑOLA34Hay que continuar mejorando la comprobación de calidad yla facilidad de uso del sistema de referencia HIRLAM, median-te validación sistemática y verificación comparativa, mejoran-do los estándares de codificación y la eficiencia de los algorit-mos de solución en el modelo.Se asegurará que el sistema HIRLAM esté óptimamenteadaptado a los intereses operativos de los usuarios, medianteconsultas periódicas con los mismos e incorporación de susnecesidades a los planes de investigación.Se explotará el potencial y las consecuencias de una mayorcolaboración operativa entre los estados miembros del grupoHIRLAM y de los grupos ALADIN y AROME.Se apoyará una mayor cooperación europea en los camposen los que HIRLAM es especialista, como la predicción a meso-escala (colaboración con los grupos ALADIN y AROME), pre-dicción por conjuntos (proyecto THORPEX) o reanálisis regio-nal (EURRA).Se posibilitará el uso del modelo HIRLAM como herramien-ta para la predicción estacional y climática regional, mediantela colaboración con grupos de investigación climática.En el plan científico del HIRLAM-A 2006-2010, estos objeti-vos generales han sido convertidos en metas específicas quehan de ser alcanzadas durante el periodo de vigencia del pro-yecto HIRLAM-A.Asimilación de datos a mesoescalaLa asimilación de datos se considera extremadamenteimportante para los modelos de predicción a mesoescala(resoluciones del orden de 1 km) pero representa un reto con-siderable, ya que no está claro cómo llevarla a cabo, tantodesde el punto de vista metodológico como desde el punto devista del tipo de datos que deben ser asimilados.La estrategia de asimilación de datos del grupo HIRLAMtiene como núcleo las técnicas variacionales. La técnica varia-cional en cuatro dimensiones (4D-VAR) es la mejor herra-mienta existente hoy en día para extraer información deobservaciones complejas tales como radar, que se consideranesenciales para inicializar un modelo a mesoescala. Además elproblema de balance físico/dinámico de un análisis a mesoes-cala requiere de los conceptos en los que se basa la asimila-ción 4D-VARLa estrategia a seguir es desarrollar, dentro de HARMONIE,un esquema de asimilación variacional que converja, median-te algunos pasos intermedios, hacia un sistema 4D-VAR desofisticación creciente. Sin embargo, HIRLAM debe estar abier-to también a explorar las oportunidades que los sistemas depredicción estadística por conjuntos ofrecen para mejorar lastécnicas variacionales. Técnicas híbridas variacional/estadísti-cas pueden presentar diversas ventajas con respecto a las téc-nicas puramente variacionales.Hacia mediados del 2008, un sistema básico de asimilaciónen tres dimensiones (3D-VAR) debería estar listo en HARMO-NIE para pruebas pre-operativas. Las actividades de investiga-ción dirigidas a mejorar este sistema continuarán durante2008 y 2009.Para aplicaciones de nowcasting, los análisis deben seractualizados rápidamente o incluso casi de forma continua.Este requerimiento puede ser incompatible con las demandasde computación de la técnica 4D-VAR y se debe investigar elenfoque óptimo, intentando una serie de diferentes posibilida-des.A mayores resoluciones espaciales (escalas mas finas), laasimilación de datos de superficie y de suelo se hace más ymás relevante. Es de importancia crítica utilizar y combinartoda la información disponible o que estará disponible en elpróximo futuro: datos de satélite, de radar y observacioneslocales provenientes de redes nacionales de alta resolución.Los campos que un análisis a mesoescala deben incluir son almenos: la temperatura y la humedad del suelo, la cantidad deprecipitación, las características de la cobertura nivosa, laspropiedades de las superficies del mar y de los lagos y datosfisiográficos cambiantes tales como el albedo y la vegetación.Parametrizaciones físicasEn el año 2006 se comenzó con el desarrollo y validaciónde un conjunto de parametrizaciones físicas (la parte delmodelo que representa fenómenos a escala inferior a laresuelta explícitamente por las ecuaciones de evolución), ade-cuadas a la mesoescala. Hasta ahora, la principal contribucióndel grupo HIRLAM ha sido el desarrollo de un esquema com-binado de capa límite planetaria y convección poco profunda.Este esquema, que se denomina EDMF (eddy diffusivity –mass flux), se supone que la convección profunda será repre-sentada explícitamente por el modelo, dada su resolución delorden de 1 km. En otoño de 2007 el esquema EDMF ha empe-zado a ser validado por comparación de sus resultados condatos provenientes de campañas intensivas de observación enla torre de Cabauw (Holanda).La verificación rutinaria de predicciones del modelo HAR-MONIE, durante el año pasado, ha suministrado informaciónmuy beneficiosa acerca de las deficiencias del modelo, porejemplo en la descripción de la precipitación o en los paráme-tros cercanos al suelo. Para poder utilizar ese conocimiento enla mejora del modelo, se hará durante el 2008 un diagnósticoa fondo del paquete de parametrizaciones a mesoescala en suconjunto, en colaboración estrecha con los grupos ALADIN yAROME.Dinámica no hidrostáticaLa mayoría de las actividades en el campo de la dinámicadel modelo de predicción a mesoescala durante los próximosaños, se basan en los planes conjuntos acordados con elgrupo ALADIN en el año 2005. El modelo de predicción queserá utilizado es la versión de área limitada del modelo de pre-dicción del Centro Europeo, desarrollado en colaboración conMétéo-France y cuya versión no-hidrostática y de área limita-da ha sido puesta a punto por el grupo ALADIN. El desarrollomás importante (y complejo) que se ha abordado ya en el2007 y que continuará durante el 2008 es la introducción deuna discretización vertical utilizando elementos finitos, quepuede ir acompañada del cambio de variables que se predicenen el modelo, con respecto a la versión actual, que utiliza unadiscretización de diferencias finitas.Dada la capacidad limitada de un ordenador, por muypotente que éste sea, y por tanto el relativamente pequeñodominio que puede cubrir un modelo de predicción complejode resolución quilométrica, un tema de investigación impor-AME BOLETÍN • ENERO DE 2008 • N.º 19 35MEPS), es decir, un sistema en el cual, cada país miembro pro-duzca un conjunto de predicciones, mediante diversas técni-cas, y luego se intercambien en tiempo real estas prediccionespara construir un conjunto de conjuntos o gran conjuntoEl sistema de prueba (V0) consiste en dos variedades dela versión 7.1 del modelo de predicción HIRLAM que se correna tiempo pasado en el ordenador del Centro Europeo,cubriendo el área que se muestra en la figura, para una varie-dad de distintas situaciones atmosféricas y con una resoluciónde 0.2 grados. El sistema incluye una asimilación de datoscompleta, utilizando 3D-Var y perturbaciones de los datos ini-ciales y de las condiciones de contorno, suministradas poruna versión especial del sistema de perturbaciones dirigidas(Targeted Ensemble Prediction System o TEPS) del CentroEuropeo.El conjunto de predicciones será evaluado utilizando el sis-tema de postprocesamiento y verificación desarrollado en elINM.La contribución del grupo HIRLAM al GLAMEPS se basa enlos sistemas desarrollados en Noruega (NORLAMEPS) y enEspaña (SREPS). Nuevos componentes, basados en técnicasalternativas de construcción de conjuntos para predicción acorto plazo, se irán añadiendo gradualmente.Sistemas y aplicacionesEl objetivo principal del grupo de sistemas del proyectoHIRLAM-A es el mantenimiento y mejora del “Sistema deReferencia”. Aquí el término “mejora” se refiere, tanto a la cali-dad meteorológica como a la eficiencia técnica, facilidad deuso y portabilidad de los códigos utilizados.Con el desarrollo del modelo de predicción a mesoescala ydel sistema de predicción por conjuntos para predicción pro-babilista, las responsabilidades del grupo de sistemas seamplían considerablemente con respecto a las que tenía hastaahora. En el 2007 se comenzó esta ampliación, introduciendoelementos del modelo HARMONIE y del sistema HIRLAM-EPSde predicción por conjuntos, en el “sistema de referencia”.Estos elementos se irán ampliando y extendiendo durante losaños próximos, hasta que se integren completamente con loselementos ya existentes y constituyan, eventualmente, unúnico sistema de referencia válido para todas las escalas depredicción.La forma más estricta de comprobar todos los aspectos delmodelo de mesoescala es hacer un seguimiento y una verifi-cación en tiempo cuasi real. Un conjunto de herramientasbásicas para este fin, desarrolladas por el InstitutoMeteorológico Sueco SMHI, está siendo utilizado por todos losinstitutos HIRLAM que corren actualmente el modelo HARMO-NIE.Se está desarrollando un sistema sencillo de verificaciónautomática rutinaria de las predicciones de HARMONIE en losdistintos institutos de HIRLAM. Con este fin, los datos deobservación que van a ser utilizados en la verificación, se reco-lectan en un servidor central y los resultados de la verificaciónse podrán visualizar en la página “Hexnet” de HIRLAM.Posteriormente, los métodos y herramientas de verificación seirán ampliando con las contribuciones de los grupos HIRLAM,ALADIN y AROME.tante es encontrar el método óptimo para anidar este modelono-hidrostático de predicción dentro de la predicción de unmodelo sinóptico HIRLAM que cubra un área mayor o inclusodentro de la predicción global del modelo del Centro Europeo.Esto implica, no solo cuestiones técnicas como qué tipo deinterpolación utilizar y qué frecuencia de condiciones de con-torno deben ser suministradas, sino también cuestiones cien-tíficas no triviales tales como la posibilidad de crear condicio-nes de contorno transparentes.Una posible alternativa a la utilización de condiciones decontorno transparentes es minimizar los errores de advecciónaumentando la frecuencia de suministro de las condiciones decontorno. Idealmente, las condiciones de contorno deben sersuministradas por el modelo en el que se anida, a cada pasode tiempo de este modelo. Las consecuencias prácticas y elimpacto potencial de este aumento de frecuencia deben serinvestigados.Predecibilidad y predicción estadísticaEn línea con otros sistemas de predicción operativa en elmundo, que no se conforman con la predicción determinista,sino que tratan de añadir valor a la predicción mediante unaestimación de la probabilidad (predicción probabilística por con-juntos) de ocurrencia de los diversos fenómenos meteorológi-cos, el objetivo principal de HIRLAM, en esta área, es el desa-rrollo de un sistema de predicción probabilística de corto plazo.En el HIRLAM-A, el objetivo es crear un sistema operacio-nalmente factible, capaz de proporcionar predicciones dehasta 60 o 72 horas, con más calidad y mayor detalle que elque suministra el sistema de predicción por conjuntos (EPS)del Centro Europeo, en particular en lo que se refiere a fenó-menos violentos. Para lograr esto, el objetivo es establecer, en cooperacióncon el grupo ALADIN, un sistema de gran conjunto (GLA-Area de análisis y predicción del sistema de prueba de HIRLAM-A

El programa HIRLAM-A

https://repositorio.aemet.es/bitstream/20.500.11765/2648/1/TyC_2008_19_02.pdf

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