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El mundo de la ciencia | La próxima generación de modelos meteorológicos

Mayor resolución, menor tiempo de cálculo

06/04/2023
Dylan Reynolds
Las previsiones meteorológicas numéricas y los modelos de nieve son ahora muy buenos, pero aún pueden mejorarse. En las montañas, la compleja topografía es uno de los mayores retos para los modelos meteorológicos. Cada cumbre y cada valle influyen en el movimiento de la atmósfera y, por tanto, en procesos a pequeña escala como la deriva de la nieve.

Dylan Reynolds es estudiante de doctorado en el SLF e investiga cómo mejorar las simulaciones meteorológicas de alta resolución y vincularlas a los modelos de nieve. En el siguiente artículo, explica su investigación y por qué la previsión de aludes también puede beneficiarse de modelos meteorológicos más rápidos.

La escarpada y complicada topografía de los Alpes es una bendición para cualquiera que disfrute del esquí y el alpinismo. Desde las escarpadas cumbres, la ruta desciende abruptamente hacia profundos valles. Las vistas son preciosas, pero la complejidad del terreno es una pesadilla para los modelos atmosféricos que deben predecir el tiempo aquí. Se necesitan modelos de muy alta resolución para predecir las nevadas en las montañas. Los servicios de alerta de avalanchas suelen utilizar información sobre la nieve y el viento generada estadísticamente a partir de una serie de productos de datos diferentes. Esto es útil, pero con modelos meteorológicos de alta resolución, los procesos subyacentes podrían calcularse directamente en lugar de basarse en estadísticas espaciales.

¿Por qué no se hace? La potencia de cálculo necesaria para tales modelos es sencillamente demasiado grande. Aunque se está invirtiendo mucho en la próxima generación de modelos meteorológicos, probablemente pasarán al menos otros 10 años antes de que dispongamos de previsiones meteorológicas numéricas operativas a esas escalas. Para mejorar las previsiones de todos modos, podemos buscar formas de simplificar los complejos modelos de alta resolución sin comprometer demasiado los resultados.

En un estudio reciente (Preprint), presentamos un modelo simplificado de este tipo: HICAR (High-resolution Intermediate Complexity Atmospheric Research Model). Con HICAR, podemos realizar simulaciones a una escala de unos 100 metros. ¡Y 100 veces más rápido que los modelos meteorológicos tradicionales! Si el tiempo de cálculo de los modelos se reduce tanto, las simulaciones de alta resolución en zonas más extensas van quedando poco a poco al alcance de la mano. El concepto HICAR se basa en la reducción de escala. Esto significa que las previsiones regionales existentes se convierten a escalas espaciales más pequeñas. Esto, a su vez, mejora las previsiones de nieve en terrenos complicados.

Comparando HICAR con WRF, un modelo meteorológico regional ampliamente utilizado, los resultados no son malos. Por ejemplo, HICAR calcula velocidades del viento en capas cercanas al suelo muy similares a las del modelo WRF. Esto es importante para la nieve porque la deriva del viento cerca del suelo influye mucho en la distribución de la nieve. A diferencia de la lluvia, el viento cerca del suelo es decisivo para la cantidad de nieve que finalmente llega al suelo. HICAR se desarrolló para simular mejor la llamada "deposición preferencial" de la nieve. Esto significa que el modelo está especializado en calcular exactamente dónde llegará más o menos nieve debido a la interacción del viento y la topografía. También en este caso, los primeros resultados muestran que HICAR encuentra patrones similares a los del modelo WRF, pero más pronunciados. Aún es necesaria una comparación con los datos de las mediciones para determinar con mayor precisión qué modelo refleja mejor la realidad.

Aunque la nieve ya esté en el suelo, puede ser transportada posteriormente por el viento. Cualquiera que haya esquiado alguna vez en una tormenta de nieve estará familiarizado con este fenómeno. Si el viento es lo suficientemente fuerte, los cristales de nieve se levantan del suelo y son transportados por el viento. A menudo se forman grandes acumulaciones de nieve a la deriva. Para la previsión de aludes y las aplicaciones hidrológicas, es importante que tanto la deposición de nieve durante la nevada como la deriva posterior estén bien representadas en el modelo.

En un estudio en curso, nuestro equipo está intentando vincular HICAR a un modelo de nieve. Hasta ahora, el modelo acoplado sólo funciona para una pequeña región de prueba, pero el estudio demuestra que es posible realizar simulaciones de alta resolución a lo largo de todo un invierno en terrenos complejos. Hasta ahora, esto no era algo habitual.

Los primeros resultados muestran que la combinación de HICAR y un modelo de deriva de nieve puede simular la deriva a escala de crestas individuales y bordes del terreno. ¡Un prerrequisito importante para predecir el peligro de nieve a la deriva utilizando un modelo! Esperamos que HICAR pueda algún día calcular los volúmenes de nieve a la deriva y las ubicaciones de peligro en laderas individuales para apoyar la evaluación del peligro de los servicios de alerta.

HICAR ya se ha utilizado para simular las precipitaciones invernales en los Alpes suizos con una resolución espacial de 250 metros. Ha funcionado bien, en algunos casos mejor que con otros métodos. Las precipitaciones invernales son especialmente importantes para el Servicio Hidrológico Operativo de la Nieve (OSHD) del SLF. En este marco funciona un modelo de nieve con una resolución similar. Confiamos en que HICAR pueda utilizarse en modo operativo y combinarse con el modelo OSHD en los próximos años. Gracias a su método especial de reducción de escala, HICAR representaría una especie de puente entre los datos meteorológicos de menor resolución de MeteoSwiss y el modelo de nieve OSHD. Esta cadena de modelos podría simular los procesos de la nieve en las montañas mejor de lo que lo han hecho hasta ahora los modelos por separado.

HICAR no sustituirá a las previsiones meteorológicas actuales. El menor tiempo de cálculo de HICAR se debe a que utiliza muchos datos de los demás modelos y no tiene que calcularlo todo él primero. HICAR no se utilizará en lugar de otros modelos, sino con ellos. Las cadenas de modelos y los métodos de reducción de escala como los utilizados en HICAR pueden ayudarnos a comprender mejor los complicados procesos que tienen lugar en las montañas entre la atmósfera y el manto de nieve.

Nota

Este artículo ha sido traducido automáticamente con DeepL y posteriormente editado. Si, a pesar de ello, detectáis errores ortográficos o gramaticales, o si la traducción ha perdido sentido, no dudéis en enviar un correo electrónico a la redacción.

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