Modelamiento Meteorológico como base de un Sistema de Pronóstico de Incendios Forestales René D....
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Modelamiento Meteorológico como base de un Sistema de Pronóstico de Incendios Forestales
René D. Garreaud
Departamento de GeofísicaFacultad de Ciencias Físicas y Matemáticas
Universidad de Chile
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Estructura
• Motivación
• Aspectos meteorológicos en la zona centro-sur de Chile.
• Pronóstico del tiempo: Bases, aplicaciones y limitaciones
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Motivación
1. Condiciones atmosféricas (temperatura, precipitación, radiación solar, humedad, viento,...) determinan de manera importante el comportamiento de sistemas naturales y actvidades humanas desde el nivel horario al interanual:
• Manejo del fuego (T, HR, V; horas a días)
• Potencial de IF (T, HR, V; días a semanas)
• Crecimiento vegetal/forestal (Pp, T; meses a años)
2. Cambios en las condiciones atmosféricas (tiempo y variabilidad climática) son potencialmente predecibles.
3. La predictabilidad de la atmósfera puede extenderse a otros sistemas conociendo su asociación y las CI de los segundos
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ZCITecuador
38S
AB
Factores de Gran Escala
Cinturon de los oestesy regimén de Rossby (ondas)
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Factores meteorológicos regionales
• Durante la estación de verano, el anticiclón subtropical del Pacifico extiende su dominio hasta la zona centro-sur de Chile, asociado a “buen tiempo” y condiciones estables.
• Aun así, la región sigue siendo afectada por el paso de sistema migratorios que se traducen en una alternancia de condiciones cálidas y secas (durante el paso de centros de Alta presión) y frías y lluviosas (durante el paso de centros de baja presión / frentes)
• La presencia de la cordillera de los Andes y los cerros de la costa modifican la circulación de gran escala, dando origen a fenómenos locales, como el viento Puelche.
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Estación Villarrica
Eventos de Puelche
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B
CONDICION (PRE) FRONTAL
Disminución de la subsidenciaIncremento flujo desde la costaLluvia
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CONDICION POST- FRONTAL
B
A
A
Restauración de la subsidenciaFlujo del este (cálido): PuelcheDesarrollo de una Vaguada costera
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Potencial meteorológico de IF
Considerando la multiplicidad de variables atmosféricas que pueden amplificar y extender un incendio forestal, parece particularmente necesario contar con modelos numéricos que simulen de manera realista la circulación de regional de la atmósfera.
El uso de estos modelos es complementario a pronósticos subjetivos, aunque podrían reemplazar a estos últimos.
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R
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V
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Conservaciónde Momentum
Conservaciónde Energía
Conservaciónde Masa
Ec. gases ideales
Pronóstico Numérico del Tiempo
Conocer la distribución espacial y temporalde las variables que caracterizan la atmósfera
Sistema complejo, no existen soluciones analíticas
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z
y
x
Ly
Lx
Lz
Ecuaciones anteriores son resueltas en forma numérica, discretizando la atmósfera en una grilla 3-D:
Modelos regionales (LAM, MM)
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MM5-DGF: Dominios Anidadosinfomet.dgf.uchile.cl
D1
D2
D3
Detalles de la dominios
D1: 135 x 135 (km) 34 x 40 x 30 puntos 17-53S I-XID2: 45 x 45 (km) 55 x 55 x 30 puntos 24-42S III-XD3: 15 x 15 (km) 73 x 73 x 30 puntos 29-38S IV-VIII
CB AVN
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x = 5 km
x = 15 km x = 45 km
La resolución espacial determina que rasgos geomorfológicos y meteorológicos estarán
presentes en la simulación/pronóstico
x = 0.1 km
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Eventos de Puelche: Simulaciones numéricas
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La resolución espacial es critica en presencia de topografía compleja...
Lat: 33.5 S
Rojo: 45 kmVerde: 15 kmAzul: 1 km
...pero incrementar la resolución se paga caro: mayor numero de puntos y paso de integración temporal más corto (CFL) Dominios de alta
resolución son generalmente pequeños
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Tiempo de simulación
Diferencia entre 2 puntos adyacentes
10-20 horas para x < 5 km
Var
iabl
e
Aun cuando aumentar la resolución espacial es factible, sus beneficios son decrecientes en el tiempo.
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Plazo de Previsión [días]
0.5
Res
oluc
ión
Esp
acia
l [km
]
10
1
100
31 7
Co bert ur a espa cial [ km
]
20
200
2000
Pronóstico regionalde potencial de incendio
Pronóstico predialde potencial
Manejo Incendios
Perspectiva regionalde potencial de incendio
• Modelos de mesoescala
• MOS
• Modelos climáticos estadísticos
Herramienta
• Extrapolación observaciones• Modelos de mesoescala
30 30*6
Predictabilidad….todo depende de la escalaPredictabilidad….todo depende de la escala
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Modelos de Mesoescala¿Deterministicos o Probabilisticos?
1. Los modelos que hemos descrito son DETERMINISTICOS
2. Dado un conjunto de CI y CB los resultados siempre serán los mismos, pues las ecuaciones no cambian.
3. El modelo no entrega “incertidumbre”
Sin embargo, los modelos “fallan” en cuanto susresultados no son identicos a la realidad,
y sus pronósticos no son perfectos....
(variadas fuentes de errores: letra chica de los modelos)
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Validación de los pronósticosMM5-DGF Invierno 2002
ecm
Santiago: sesgo ~ 2C ecm ~ ±2.5CLo Prado: sesgo ~ 0C ecm ~ ± 1.5C
Tmod. puede mejorarusando post-proc.
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MM5-DGF: Dominios Anidadosinfomet.dgf.uchile.cl
D1
D2
D3
Detalles de la dominios
D1: 135 x 135 (km) 34 x 40 x 30 puntos 17-53S I-XID2: 45 x 45 (km) 55 x 55 x 30 puntos 24-42S III-XD3: 15 x 15 (km) 73 x 73 x 30 puntos 29-38S IV-VIII
CB AVN
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MM5-DGF: Recursos Utlizados
Computador: Apple G5Procesadores: 2 Procesadores 1.8 GHz c/u.Memorias: 1 GByte de memoria RAM.Compiladores: XLF 8.1 y gcc (MacOSX 10.3).
Tamaños aproximados de las entradas: 107 MBytesTamaños aproximados de las salidas: 790 MBytesTransformaciones a formato GrADS y figuras de salida: 1100 MBytes
Tiempos de Proceso (Total): 2 horas, 20 minutos (aproximado).
2 Simulaciones diarias (inicializadas a las 20 HL y 08 HL) con plazo de previsión de 5 días en Dom. 2 y 3 días en Dom. 3
http://infomet.dgf.uchile.cl (pronósticos numéricos)
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Mapassinópticos
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Series de Tiempo
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Cortestiempo-altura
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Modelos de pronóstico numérico del tiempoSituación actual
Sus resultados son útiles en la previsión probabilística de fenómenos extremos de carácter regional (100-1000 km) con 1-3 días de anticipación.
Modelos actualmente en operación (DGF-DMC) pero sub-empelados por la industria
Necesidad de validación de resultados y acoplamiento con modelos ambientales
Necesidad cuantificar beneficios de contar con pronósticos meteorológicos (mejor que cerrar los ojos...)
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Pronóstico Potencial IF
Condiciones Ambientalesiniciales
y precedentes
Calibración / OptimizaciónModel Output Statistics
Modelo Potencial IF
Modelo PronósticoNumérico del Tiempo
Condiciones inicialesde la atmósfera
Pronóstico del Tiempo
Trabajo en colaboración
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Modelos de pronóstico numérico del tiempoSituación actual
Sus resultados son marginalmente útiles en la previsión de corto plazo (horas) de eventos extremos locales (km).
Para este tipo de previsión es fundamental contar con información meteorológica en tiempo real de variables claves en lugares claves (e.g., PP en cordillera).
Red actual de observaciones (DMC, DGA) satisface de manera marginal requerimiento anterior.
Información meteorológica en tiempo real también debe alimentar modelos integrados
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Variabilidad Climática
El clima varía en todas las escalas temporales. Lo natural es que lo haga, lo extraordinario es que se mantenga en una condición estacionaria.
Desde el punto de vista de los impactos socio-económicos, los más significativos son los que ocurren en las escalas decadales, interanuales, e intraestacionales.
El factor antropogénico es uno más, que se suma a los factores del cambio climático global, favoreciendo un aumento de la temperatura media del planeta. De todos modos, en Chile la temperatura no parece estár aumentando en las décadas más recientes, excepto en la región entre Santiago y Concepción.
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TSM
PNM
Alisios
Funcionamiento delsistema oceano-atmosfera en el Pacifico ecuatorial
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SURGENCIA
ALISIOS
OCEANIA S. AMERICA
MJO
SISTEMA INTEGRADO OCEANO-ATMOSFERAPACIFICO ECUATORIAL
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ENOS (El Niño-Oscilación de Sur)
El sistema OA es inestable. Perturbaciones incialmente pequeñas crecen hasta dar lugar al fenomeno ENSO
Es un modo propio de oscilación no periódica (recurrencia entre 3 y 7 años) del sistema acoplado océano-atmósfera en el Pacífico tropical, que se manifiesta en todas las variables atmosféricas y oceánicas de esta región
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Impactos climáticos de El Niño
verano
invierno
Ref: CPC/NCEP/NOAA
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IMPACTO DE ENSO SOBRE LA LLUVIAEN CHILE CENTRAL
JJA
ON
EFM
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Predicción Climática
Considerando que la TSM en el Pacifico ecuatorial es una condición de borde de alto impacto en la circulación atmosférica, el seguimiento de la TSM y su pronóstico (numérico/estadístico) permite la predicción climática
El énfasis es aquí en las variaciones de las estadísticas del tiempo (clima) con plazos de previsión de 3 a 12 meses.
Variable meteorológica
Prob.Ocurrencia
LN N EN
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Predicción Climática: Monitoreo + Modelamiento
met.dgf.uchile.cl/clima/
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Conclusiones
Forzamiento atmosférico sobre sistemas ambientales es significativo a través de un amplio rango de escalas temporales y espaciales
Eventos meteorológicos extremos asociados a fenómenos característicos pero gatillados por una (o mas) rasgo atmosférico inusual (i.e., alto periodo de retorno).
Capacidad instalada de pronóstico del tiempo y predicción climática es sub-empleada en sectores sanitarios (varias razones) pero esa situación debería cambiar en el futuro.