APLICACIÓN DEL SISTEMA DE ASIMILACIÓN DE DATOS

Meteorología Colombiana
N3
pp.143–150
Marzo, 2001
Bogotá D.C.
ISSN-0124-6984
APLICACIÓN DEL SISTEMA DE ASIMILACIÓN DE DATOS CLIMÁTICOS (CDAS) DEL
PROYECTO NCEP/NCAR - REANALYSIS DATA SET - PARA FINES CLIMATOLÓGICOS
Y SINÓPTICOS
JORGE ANÍBAL ZEA MAZO
Profesor Asociado, Departamento de Geociencias-Universidad Nacional de Colombia
Investigador Científico IDEAM
GLORIA ESPERANZA LEÓN ARISTIZABAL
Profesora Asociada, Departamento de Geociencias-Universidad Nacional de Colombia
Investigador Científico IDEAM
JESÚS ANTONIO ESLAVA RAMÍREZ
Profesor Titular, Departamento de Geociencias-Facultad de Ciencias-Universidad Nacional de Colombia
Zea, J., G. León & J. Eslava. 2001: Aplicación del sistema de asimilación de datos climáticos (CDAS) del proyecto
NCEP/NCAR - Reanalysis data set - para fines climatológicos y sinópticos. Meteorol. Colomb. 3:143-150. ISSN 0124-6984.
Bogotá, D.C. - Colombia.
RESUMEN
Como respuesta a la creciente demanda de información meteorológica sinóptica y a la necesidad
de adquirir un conocimiento más claro y preciso sobre los diferentes campos atmosféricos a
escala local, regional y mundial, se ha preparado la aplicación con base en el programa GRADS,
desarrollado por el Centro Para Estudios Océano-Tierra-Atmósfera (COLA) de Estados Unidos.
Esta aplicación permite generar una presentación gráfica de los patrones meteorológicos en
superficie y a distintos niveles de la tropósfera y baja estratósfera a partir de datos reticulares de
alta calidad preparados por el Centro Nacional de Predicción Ambiental y el Centro Nacional de
Investigación Atmosférica (NCEP/NCAR) de la Administración Atmosférica y Oceánica de los
Estados Unidos (NOAA).
ABSTRACT
In response to an increasing demand of meteorological information on a synoptic scale and the
need for a better and more precise knowledge of the different atmospheric fields on a local,
regional and global scale, the program known as GRADS, developed by COLA in the US, has
been implemented, to show graphically meteorological patterns at the surface and at different
levels in the troposphere and lower stratosphere, based on high-quality grid data prepared by
NCEP/NCAR of NOAA.
1
INTRODUCCIÓN
La climatología sinóptica es un elemento básico para el
desarrollo posterior de modelos que permitan simular el
estado actual y la evolución de los distintos eventos
meteorológicos. Una gran limitación para poder obtener
una visión de los diversos campos atmosféricos se debe
primordialmente a la carencia de datos históricos que
correspondan a una densidad temporal y espacial tal que
permitan realizar en forma aceptable el seguimiento de
los sistemas sinópticos; esta condición resulta ser
particularmente crítica para las áreas oceánicas y
tropicales. La calidad de la información es, en general,
otro limitante más que encuentran los meteorólogos en
las labores de diagnosis y prognosis del tiempo y el
clima, como también en los procesos de investigación y
establecimiento
de
modelos
atmosféricos.
La
metodología empleada en el manejo y procesamiento de
datos es otro factor importante en los estudios
meteorológicos, debido a que cambios en la misma
pueden reflejarse en falsos cambios del clima.
144
METEOROLOGÍA COLOMBIANA N3, MARZO 2001
2
ASPECTOS METODOLÓGICOS
La aplicación implementada para el manejo gráfico y
análisis reticular de la anterior información se fundamentó
en el programa GRADS 1.5.1, sistema de exhibición y
análisis reticular desarrollado por Brian Doty del Centro
para Estudios Océano-Tierra-Atmósfera (COLA) de
Estados Unidos. Es una herramienta de carácter
interactivo que suministra un ambiente integrado para
acceso, manipulación y presentación de datos en
ciencias de la tierra. GRADS maneja un modelo de datos
en cuatro dimensiones, las cuales generalmente
corresponden a latitud, longitud, altura y tiempo y permite
una interacción amigable entre el manejo de datos y la
visualización gráfica, lo cual hace posible obtener
campos de variables meteorológicas de áreas
seleccionadas mediante una variedad de técnicas
gráficas y a color con trazos de isolíneas, líneas de
corriente y vector del viento.
El uso del programa GRADS se ha extendido
ampliamente a nivel mundial. El Centro de Datos
Climático de los Estados Unidos suministra productos
climatológicos en línea con esta aplicación; de la misma
manera lo utilizan el Centro de Predicción Climático de la
NOAA, el Servicio Meteorológico de Alemania, el Servicio
Meteorológico Emilia Romagne de Italia, la Oficina de
Asimilación de datos de la Nasa, la Oficina Meteorológica
Surafricana y el Instituto de Investigaciones Espaciales
de Brasil, entre otros.
Los datos utilizados para la aplicación corresponden a los
datos reticulares desarrollados mediante el proyecto
“Reanalysis” del Centro Nacional de Predicción Ambiental
y el Centro Nacional de Investigación Atmosférica
(NCEP/NCAR) de la Administración Atmosférica y
Oceánica de los Estados Unidos (NOAA), el cual tiene
como finalidad producir una base de datos reticular de
alta calidad para un periodo de 40 años (1957-1996). Los
datos son tratados a través de un modelo de asimilación
cuyas características principales son las siguientes:
resolución horizontal de aproximadamente 210 km con 28
niveles verticales, análisis de interpolación estadística
espectral, correcciones de alta calidad para las alturas y
temperaturas de sondeos, promedios óptimos por área,
interpolación óptima para el reanálisis de la temperatura
superficial del mar. En el modelo de asimilación, los datos
iniciales se procesan y sus resultados se monitorean con
un sistema complejo de control de calidad en el cual las
estadísticas de los datos, las tendencias, etc. se
comparan con las estadísticas climatológicas para
detectar errores.
Los datos se encuentran en una retícula uniforme de 2.5
grados de la latitud por 2.5 grados de longitud para 17
niveles de presión (1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400,
300, 250, 200, 150, 100, 70, 50, 30, 20 y 10 hPa) a nivel
global y las variables que se pueden disponer son:
Altura geopotencial (mgp) en 17 niveles.
Componente zonal del viento (m/s) en 17 niveles.
Componente meridional del viento (m/s) en 17 niveles.
Temperatura (ºK) en 17 niveles.
Velocidad vertical (Pa/s) en 12 niveles.
Humedad específica (kg/kg) en 8 niveles.
Presión reducida al nivel del mar (Pa).
Cantidad de agua precipitable (kg/m²).
Precipitación convectiva estimada (kg/m²/s).
Precipitación estimada (kg/m²/s).
Temperatura en la superficie del mar y del suelo (ºK).
Temperatura a 2 m de altura (ºK).
Humedad específica a 2 m de altura (kg/kg).
Cobertura de nubes bajas (%).
Cobertura de nubes medias (%).
Cobertura de nubes altas (%).
Componente del viento zonal a 10 m de altura (m/s).
Componente del viento meridional a 10 m de altura (m/s).
Tensión del viento zonal en superficie (N/m²).
Tensión del viento meridional en superficie (N/m²).
Tensión zonal de las ondas de gravedad (N/m²).
Tensión meridional de las ondas de gravedad (N/m²).
Contenido volumétrico de humedad en el suelo entre
superficie y 10 cm de profundidad (fracción).
Contenido volumétrico de humedad en el suelo entre 10 y
200 cm de profundidad (fracción).
Escorrentía (kg/m²/6hr).
3
3.1
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS
RESULTADOS
Sensibilidad de los datos producidos
con el modelo del proyecto “Reanalysis”
El Proyecto “Reanalysis” se originó con la idea de realizar
un análisis a posteriori con un Sistema de Asimilación de
Datos Climáticos (CDAS) que permaneciera sin cambios
en el futuro. En 1990 se inició el proyecto con la
modalidad de reanálisis a un periodo más largo porque
resultaba más útil que la sola la aplicación del CDAS. El
desarrollo del sistema de reanálisis bajo esa modalidad
llegó a ser la mayor componente del proyecto. Es claro,
que la combinación del reanálisis para el pasado y el
CDAS para el futuro, usando el mismo sistema, resulta
mucho más útil para los investigadores que la utilización
de uno solo.
El análisis CDAS se realiza dentro de los tres últimos
días del mes, con los mismos programas del reanálisis,
para permitir la captura de un gran número de datos
retrasados y servir como base para la generación del
Boletín de Diagnóstico Climático mensual del Centro de
Predicción Climática de Estados Unidos.
En los planes futuros hay una segunda fase del
CDAS/Reanalysis que empezó en 1998, después de que
se completó la primera fase. En la segunda fase, el
Reanalysis-2 se realizará con un sistema actualizado a
1999, acoplado con un correspondiente CDAS-2 en el
futuro. Tal reanálisis será repetido cada 5 años usando
los sistemas más avanzados y datos adicionales
recuperados del pasado. El CDAS-1, sin embargo,
continuará en el futuro para mantener la mayor
homogeneidad posible de los productos de asimilación de
datos. Dado que CDAS-1 llegará a ser menos costoso
con el tiempo, será factible considerar el funcionamiento
ZEA, LEÓN & ESLAVA: APLICACIÓN SISTEMA ASIMILACIÓN DATOS CLIMÁTICOS PROYECTO NCEP/NCAR
de un sistema de observación fijo para compararlo con el
reanálisis en uso, el cual presenta variaciones
considerables en los sistemas de observación.
En la primera fase del reanálisis se acopló el análisis
atmosférico con el reanálisis de la temperatura de la
superficie del mar mediante interpolación óptima a partir
de 1982. Para los periodos iniciales se usó la base de
datos de la temperatura superficial del mar y de los hielos
del Servicio Meteorológico del Reino Unido. Este análisis
fue mejorado con base en las funciones ortogonales
empíricas. En adición, se realizó un reanálisis oceánico
acoplado,
considerando
además
observaciones
satelitales.
El reanálisis para la información del periodo, a partir de
1982 se inició en 1995 usando en primer lugar, el
reanálisis atmosférico. Luego de obtenidos los modelos
forzantes se complementó con el reanálisis oceánico
para el periodo 1957-1996.
El proyecto Reanalysis, que se encuentra aún en
ejecución, producirá modelos atmosféricos diarios para
40 años, muy cercanos a la mejor estimación del estado
de la atmósfera. El ciclo de análisis, con el uso de
pronósticos a 6 horas como primera prueba, puede
transportar información desde regiones con abundantes
datos a regiones con pocos datos, de tal forma que aún
en áreas relativamente carentes de datos el reanálisis
puede estimar la evolución de la atmósfera a través de
escalas sinópticas y climatológicas.
Un investigador que use el reanálisis, sin embargo,
debería estar consciente que los distintos resultados no
son uniformemente confiables. Los campos derivados de
análisis en cuatro dimensiones no están igualmente
influenciados por las observaciones. Algunos campos
tales como el de la temperatura o el de la masa de aire
superior están generalmente bien definidos por las
observaciones y, además porque la interpolación
estadística de las observaciones y de la primera prueba
dan una mejor estimación del estado de la atmósfera que
aquella que se obtiene cuando solo se usan las
observaciones. Otros, aunque parcialmente definidos por
las observaciones, están fuertemente influenciados por el
modelo. Por ejemplo, la cantidad de humedad que puede
contener la atmósfera tropical depende de la
parametrización de la convección en cúmulus, puesto
que algunos esquemas de convección tienden a hacer
más seca la atmósfera que otros. Por eso, aún que el
análisis incorpore los datos de humedad procedentes de
radiosondas y satélites, la humedad total estará
influenciada por la climatología del modelo. Esto es aún
más cierto para aquellas cantidades que no son
observadas directamente o cuyas observaciones no se
asimilan corrientemente en el sistema de análisis actual.
Ejemplo de estas cantidades son la precipitación y la
tensión de los flujos de superficie. Bajo el alcance del
modelo y sus parametrizaciones físicas, estos campos
pueden ser confiables y suministrar estimaciones tan
precisas como cualquiera otra disponible, aún sobre una
escala de tiempo diario.
3.2
145
Energía global y balance de agua
Los resultados del reanálisis incluyen muchos
diagnósticos del forzamiento físico del flujo atmosférico,
que incluyen los balances de la energía superficial e
hidrológicos, el balance de radiación en el tope de la
atmósfera, balances de momento angular y del
calentamiento adiabático medio mensual. En la Fig.1a. se
compara el balance de radiación global en el tope de la
atmósfera y en la Fig.1b se compara el balance de
energía en superficie del reanálisis 1985-1991 con las
estimaciones climatológicas de Ramanathan, Bartstrom
& Harrison (1989) y Morel (1994). La mayoría de estos
modelos de reanálisis, concuerdan con las climatologías,
tanto como lo hacen las distintas climatologías entre sí.
En el tope de la atmósfera, la radiación de onda corta
2
saliente del reanálisis parece ser 11 W/m más intensa
que las estimaciones climatológicas (las cuales son
forzadas para que estén en balance), y las pérdidas de la
2
atmósfera al espacio de 11 W/m . Hay alguna evidencia
que el albedo oceánico en el modelo es demasiado alto,
y esto puede conducir a un aumento de la radiación de
onda corta saliente. En la superficie, la radiación neta es
2
de 5 a 8 W/m inferior a las estimaciones climatológicas,
2
y la atmósfera pierde 5.5 W/m hacia la superficie. En
consistencia con la pérdida de energía al espacio y a la
superficie, el modelo presenta un ligero enfriamiento en
los pronósticos de las primeras 6 horas. Las
distribuciones regional y zonal media del flujo superficial
en el reanálisis también parecen ser consistentes con las
estimaciones climatológicas.
La Fig.2 presenta las medias mensuales del balance
hidrológico medio global y las medias móviles para 12
meses del flujo atmosférico neto del reanálisis para el
periodo 1985-1991. En el periodo, la evaporación excedió
a la precipitación en 0.04 mm/día. En la gráfica se puede
apreciar un ciclo anual con valores máximos en julio. La
precipitación media global esta dentro del rango de las
estimaciones climatológicas. Hay poca evidencia de
variaciones a largo término en los promedios globales del
reanálisis.
3.3
El efecto de las velocidades del viento
calculadas con sondeos especiales por
satélite
Los datos proceden del Sistema de Satélites
Meteorológicos a partir de julio de 1987 y el NCEP inició
su uso operacional para el cálculo de la velocidad del
viento en superficies oceánicas mediante la aplicación del
algoritmo de Goodberlet, Swift & Wilkerson (1989) en
julio de 1993, después de que las pruebas mostraron un
impacto positivo de estos datos. Originalmente se
reprocesó una base de datos de radiancias por satélite,
archivada para propósitos climáticos, la cual fue
suministrada por el Servicio de Información y Datos de
Satélites Medioambientales de Estados Unidos (NESDIS)
para derivar estimaciones de velocidades de viento. Se
usó un algoritmo de redes neurales desarrollado por
Krasnopolsky, Breaker & Gemmill (1995).
146
METEOROLOGÍA COLOMBIANA N3, MARZO 2001
350
Media Global (W/m2)
300
250
200
150
100
50
0
-50
RCE
RCS
OLR
NETA
(a)
450
Media Gobal (W/m2)
400
350
300
250
200
150
100
50
0
CS
CL
RCE
RCS
Reanalysis
RCN
RLE
Ramanathan
RLS
RLN
FCN
Rad.
Neta
M orel
(b)
Figura 1. (a) Balance de radiación global media para el tope de la atmósfera, y (b) balance de energía en superficie
para 1985-1991 obtenido con el Reanalysis. Las convenciones son : CS calor sensible, CL calor latente, RC
radiación de onda corta, RL radiación de onda larga, OLR radiación de onda larga saliente, E entrante, S saliente, N
neta, FC flujo de calor y Rad. Radiación. Valores del Reanalysis comparados con estimaciones climatológicas por
Ramanathan, Bartstrom & Harrison, y Morel
Este algoritmo que es no lineal resulta ser
significativamente mas ajustado con boyas que el
algoritmo operativo de Goodberlet usado anteriormente y
es menos sensible a las nubes y a la humedad, dando
una cobertura mucho mayor.
En marzo de 1995 se descubrió que las velocidades de
viento por satélite asimiladas para el periodo de julio de
1987 a diciembre de 1991, no contenían una corrección
de la temperatura en razón del equipo receptor. Con base
en una evaluación preliminar se estimó que este error
generaba en las velocidades de viento a 10 metros de
altura un sesgo positivo de cerca de 2 m/s. Esto originaba
un aumento del 5 al 10% en los flujos superficiales. Con
los datos de temperatura por satélite corregidos, el sesgo
es mucho menor. Sin embargo, el gran volumen de datos
originales y derivados de radiancia resultan en una
significativa disminución de la velocidad a través del
proceso de reanálisis. Por esta razón se decidió no usar
los vientos por satélite en la primera fase del reanálisis.
La segunda fase incluirá el uso de todos los productos
derivados por satélite.
ZEA, LEÓN & ESLAVA: APLICACIÓN SISTEMA ASIMILACIÓN DATOS CLIMÁTICOS PROYECTO NCEP/NCAR
147
3,5
3
Media Global (W/m2)
2,5
2
P
E
P-E
1,5
1
0,5
0
-0,5
E F MA M J J A S ON D E F MA MJ J A S ON D E F MA M J J A S ON D E F MA MJ J A S ON D E F MA M J J A S ON D E F MA MJ J A S ON D E F MA MJ J A S ON D
85
86
87
88
89
90
91
(a)
10
5
Media Global (W/m2)
0
SFC
TOA
TOTAL
-5
-10
-15
-20
E F MA M J J A S O N D E F MA MJ J A S O N D E F MA MJ J A S O N D E F MA M J J A S O N D E F MA MJ J A S O N D E F MA MJ J A S O N D E
85
86
87
88
89
90
91
(b)
Figura 2. (a) Medias mensuales de la precipitación (P) y evaporación (E) promediadas globalmente, y su diferencia ;
(b) medias móviles de 12 meses del flujo neto de calor en superficie (SFC), flujo neto radiativo en el tope de la
atmósfera (TOA), y el flujo neto de la atmósfera (TOTAL) a partir del Reanalysis para el periodo 1985-1991
148
3.4
METEOROLOGÍA COLOMBIANA N3, MARZO 2001
Sensibilidad de las medias mensuales
Antes de iniciar el reanálisis se examinó el impacto de los
cambios en el modelo usado sobre los campos medios
mensuales. Estos impactos incluían el efecto de la
resolución horizontal y vertical y de los diferentes
esquemas de convección. Salstein (1993) también
examinó el efecto de la resolución horizontal para el mes
de mayo de 1992. Los resultados indicaron que el flujo
divergente de niveles superiores, la precipitación y los
vientos estratosféricos eran más sensibles a los cambios
en el sistema de pronóstico y análisis del NCEP. El
patrón de gran escala del flujo divergente en niveles
superiores parece ser bastante sólido, en los trópicos; sin
embargo, la magnitud de este flujo y las características
de pequeña escala todavía están definidas en forma muy
deficiente por un sistema moderno de análisis, como el
usado.
3.5
Precipitación y humedad del suelo
La precipitación y la humedad del suelo son clasificadas
como datos de tipo que no son asimilados sino más bien
son derivados totalmente de los pronósticos a 6 horas,
dados por el modelo. Se compararon los resultados de
precipitación del reanálisis con una base de datos
conformada por estimaciones de lluvia sobre los océanos
derivadas de satélite (tienden a sobrestimar los valores
de lluvia y su extensión geográfica) y datos de
pluviómetros sobre tierra. En particular, se compararon
los años 1987 y 1988, debido a la gran variación que se
presentó en muchas regiones tropicales con motivo de la
transición del episodio cálido El Niño-Oscilación del Sur a
condiciones de episodio frío en el Pacífico tropical
durante el periodo 1986 -1988. Las temperaturas de la
superficie del mar durante el evento cálido en gran parte
del Pacífico tropical superaron en más de tres grados
celsius a las registradas en el evento frío, lo cual tuvo un
gran impacto en el patrón de convección tropical y en la
subsiguiente liberación de calor latente. Ropelewski &
Halpert (1987) mostraron que la precipitación tiende a
ser menor (mayor) que lo normal en la India y en el
océano que la rodea durante los episodios cálidos (fríos)
y
además
encontraron
evidencias
sobre
un
desplazamiento más al sur de la Zona de Convergencia
Intertropical (ZCIT) sobre el océano Pacífico durante
condiciones de episodios cálidos que en condiciones de
episodios fríos. Los patrones de precipitación sobre la
India y en las áreas de la ZCIT sobre el océano Pacífico
también fueron documentados para estos eventos
específicos por Janowiak & Arkin (1991). Los patrones
de lluvia, entre episodios cálidos y fríos del Pacífico,
representados en la base de datos estimados por satélite
y obtenidos con pluviómetro son consistentes con los
estudios antes citados.
La discrepancia dada por el reanálisis en el patrón de
precipitación entre los veranos del hemisferio norte de
1987 y 1988, se ajusta bien con la observada mediante la
base de datos obtenidos de pluviómetros y con satélite y
adicionalmente con los estudios antes mencionados
sobre la India y en la región de la ZCIT sobre el Pacífico.
La humedad del suelo obtenida mediante el reanálisis
muestra que India fue más húmeda y Norteamérica más
seca en 1988 que en 1987. Las estimaciones por
pluviómetro y por satélite sugieren que América Central
tuvo más lluvia en 1988 que en 1987, pero que la mayor
parte de Sudamérica fue más seca en 1988. Esto
también se observa en el reanálisis pero con amplitudes
menores. El reanálisis subestima la intensidad de la
sequía en el sur y este de Estados Unidos durante 1988.
En general la humedad del suelo parece ser razonable y
no muestra una tendencia a largo término, hacia
regímenes excesivamente secos o húmedos, aún sin el
uso de datos de superficie, se vislumbra ligeramente la
climatología de la misma.
Como era de esperarse la máxima humedad del suelo
ocurre al final del invierno en latitudes medias y al final de
la estación del monzón en el trópico. La mínima se
presenta después del verano en latitudes media y antes
de la estación del monzón en los trópicos.
Una comparación cuantitativa de las anomalías de
precipitación sobre Estados Unidos dadas por el
reanálisis con las anomalías mensuales de precipitación
estimadas por el NCDC, muestran un patrón de
correlación de aproximadamente 40 a 60% y un poco
mayor en el invierno que en el verano.
Los campos de precipitación se basan en datos de
pluviómetro sobre tierra y en estimaciones sobre los
océanos (Jaeger 1976, Legates & Wilmott 1990). Estos
datos fueron ensamblados a partir de atlas actuales de
precipitación sobre tierra. Para las áreas oceánicas, se
insertaron valores digitalizados de datos analizados
subjetivamente a partir del atlas climático marino de
Estados Unidos y se hicieron ajustes a las estimaciones
de lluvia oceánica de tal forma que se lograra una media
anual global de 1000 mm. También se hicieron
correcciones gruesas a los valores pluviométricos sobre
tierra para corregir problemas de evaporación y de la
captación influenciada por el viento. Sobre los océanos,
se incorporaron las estimaciones de Dorman & Bourke
(1978,1981), quienes estimaron lluvias mensuales a partir
de los reportes de “tiempo presente” provenientes de las
observaciones sinópticas de buques. Los datos originales
2
están dados en unidades de kg/m /s, para convertirlos a
unidades de milímetros por día, se deben multiplicar por
86400. Los datos se interpolaron usando un método
bilineal, de una grilla de 5.0X2.5 grados de latitud/longitud
a una de 2.5X2.5 grados de latitud/longitud.
3.6
La oscilación cuasibienal y el análisis
estratosférico
El sistema operativo de asimilación de datos globales del
NCEP tenía una baja resolución en la baja estratósfera
hasta julio de 1993, cuando se incrementó la resolución
vertical de 18 a 28 niveles y se subió el tope del modelo a
2.7 hPa, cambios que también se incorporaron en el
reanálisis.
ZEA, LEÓN & ESLAVA: APLICACIÓN SISTEMA ASIMILACIÓN DATOS CLIMÁTICOS PROYECTO NCEP/NCAR
Los arreglos anteriores permitieron definir muy bien la
oscilación cuasibienal, la cual no se aprecia en el análisis
operativo. Los datos del reanálisis cerca de la isla de
Cantón para una sección transversal entre 100 y 10 hPa
presentan características similares a las mostradas por
los datos analizados por Reed & Rogers (1962). Estos
análisis manuales de datos de radiosonda muestran
también una propagación hacia abajo, con un cambio
más rápido de estes a oestes que en el sentido inverso.
Las confrontaciones del reanálisis para sitios cerca a
Singapur también muestran buena coincidencia con los
datos de radiosonda, lo cual indica que el sistema de
análisis también puede asimilar muy bien los datos de la
estratósfera ecuatorial superior.
3.7
Impacto
satélite
de
las
observaciones
por
Un estudio para evaluar el impacto ocasionado por la
introducción del sistema de observación por satélite en el
reanálisis, adelantado con dos conjuntos de análisis de
pronósticos hechos con y sin datos de satélite, mostró
que el efecto es mucho menor que el obtenido en
estudios previos de impacto usando datos del
experimento First GARP Global Experiment - FGGE ;
ésto refleja mejoramientos del modelo y del esquema de
análisis global.
Los análisis con el promedio zonal del cuadrado de la
correlación entre los análisis diarios de los dos conjuntos
de datos, mostraron que el conjunto sin información de
satélite, explica cerca del 100% de la varianza diaria de
las alturas geopotenciales calculadas con datos de
satélite en las regiones extratropicales del hemisferio
norte, entre 70 y 90% en los trópicos, más del 90% en
latitudes medias del hemisferio sur y entre 40 y 80% de la
región antártica. Además, sugieren que los datos sin
información de satélite reflejan más del 90% de la
varianza zonal de las ondas estacionarias medias
mensuales correspondientes a los análisis hechos con
datos de satélite para la mayor parte de los trópicos y al
sur de los 60 grados en el hemisferio sur, mientras que
en la región extratropical del hemisferio norte la
coincidencia es de nuevo cercana al 100%. En relación
con el sesgo de los valores promediados zonalmente, se
aprecia que la concordancia entre los dos conjuntos, en
general, es buena, excepto en niveles superiores a los
200 hPa y en las regiones polares. Es obvio que las
diferencias aumentan para cantidades más variables,
tales como en el caso de flujos cuadráticos y sus
divergencias. También es típico que las diferencias
relativas entre los flujos meridionales del momentum
zonal o del calor estimado por medio de los datos de los
dos conjuntos son inferiores al 10% en las regiones
extratropicales del hemisferio norte e inferiores al 20% en
latitudes medias del hemisferio sur, aunque pueden
superar en un orden de magnitud los valores de los
trópicos, la estratósfera y al sur de 60ºS. Los datos de
satélite no influyeron substancialmente en los modelos de
la precipitación estimada.
4
149
COMPARACIÓN CON OTROS ANÁLISIS
OPERATIVOS
Se comparó el Sistema Operativo de Asimilación de
Datos Global del NCEP usado en 1992 con corridas
paralelas usando el nuevo esquema simplificado
Arakawa-Schubert (Pan & Wu, 1994) y el sistema de 28
niveles adoptado en el reanálisis. También se comparó
con otros análisis operacionales. Las diferencias,
probablemente son el mejor modo de estimar la precisión
de los análisis resultantes para bases de datos
observacionales similares y, por eso, son representativas
de la fortaleza de los modelos del reanálisis del NCEP.
Con este propósito se definió “diferencias de análisis
interno”, como la diferencia de la raíz cuadrática media
entre las medias mensuales calculadas diferentes
modelos de NCEP y “diferencias de análisis externo”
como las diferencias de la raíz cuadrática media entre los
análisis de las medias mensuales del NCEP y aquellas
de otros sistemas operacionales.
Las diferencias internas reflejan la sensibilidad a la
primera prueba usada en el análisis y son una estimación
de la inestabilidad en el análisis medio mensual del
sistema NCEP. Para el hemisferio norte 20-80ºN las
diferencias internas son de casi 3 metros en 850 hPa y
de 6 metros en 500 a 200 hPa. En el hemisferio sur las
diferencias internas son 5, 8, 15 y 30 metros en 850, 500,
300 y 200 hPa, respectivamente, reflejando una gran
inestabilidad introducida por la carencia de datos de
radiosonda. Las diferencias externas entre los análisis
NCEP y los análisis de la Oficina Meteorológica del Reino
Unido son aproximadamente 12, 7, 9 y 12 metros en 850,
500, 300y 200 hPa, respectivamente ; los valores
mayores en 850 hPa reflejan la inestabilidad introducida
por las diferencias en las condiciones fisiográficas y por
las extrapolaciones superficiales. En el hemisferio sur 2080ºS, son aproximadamente 20, 12, 15 y 25 metros,
respectivamente. Las comparaciones con otros sistemas
operacionales dieron resultados similares.
En los análisis de viento medio mensual, las diferencias
internas de la raíz cuadrática media en el hemisferio
norte para las componentes zonal y meridional son
aproximadamente de 0.4 m/s en 850 hPa y 0.7 m/s en
200 hPa. Las diferencias externas de la raíz cuadrática
media son aproximadamente de 1 m/s en 850 hPa y 1.2
m/s en 200 hPa. En los trópicos 20ºS a 20ºN, las
diferencias internas para el análisis del viento zonal son
0.7 m/s en 850 hPa y 2 m/s en 200 hPa. La diferencia
externa entre el análisis operacional del NCEP y de la
Oficina Meteorológica del Reino Unido en 1992 fue de 2
m/s en 850 hPa y 2.5 en 200 hPa. En el caso de la
componente meridional las diferencias de la raíz
cuadrática media fueron aproximadamente inferiores en
un 30%. En el hemisferio sur, las diferencias internas en
850 hPa fueron cercanas a 0.8 m/s, las externas fueron
1.3 m/s, y las diferencias de la raíz cuadrática media del
viento meridional inferiores casi en un 20%. En 200 hPa,
tanto las diferencias internas como las externas fueron
aproximadamente de 1.8 m/s para el viento zonal y de
1.2 m/s para el meridional.
150
METEOROLOGÍA COLOMBIANA N3, MARZO 2001
5
CONCLUSIONES
La aplicación desarrollada para uso nacional, elaborada
con el lenguaje de comandos propios del sistema
GRADS, permite una interacción amigable entre el
manejo de datos y la visualización gráfica. A través de su
uso se pueden obtener campos climatológicos de áreas
seleccionadas mediante una variedad de técnicas
gráficas y a color con trazos de isolíneas, líneas de
corriente y vector del viento.
Conjuntamente con la aplicación se ha provisto el
programa Gv, que actúa como interface para el manejo y
reproducción bajo un ambiente Windows, de las gráficas
resultantes de dicha aplicación. La aplicación está
organizada en menús que permiten guiar al usuario de
manera secuencial y fácil.
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