Manuel de Castro Instituto de Ciencias Ambientales Universidad de Castilla-La Mancha

Transcripción

1 Manuel Castro Instituto Ciencias Ambientales Universidad Castilla-La Mancha Seminario Gestión Ambiental: Clima, energía y medio ambiente (12 Junio, Toledo)

2 La predicción n meteorológica está contribuyendo eficazmente a salvar vidas y ahorrar costes económicos ENERGÍA A ELÉCTRICA Sectores que se benefician las predicciones meteorológicas AGRICULTURA ENERGÍA Predicciones meteorológicas RECURSOS PROTECCIÓN HÍDRICOS CIVIL AVIACIÓN Demanda Generación SEGUROS Invierno TRANSPORTE Verano MEDIOS DE DE COMUNICACIÓN Eólica TURISMO Solar

3 El tiempo local está terminado por la dinámica atmosférica a escala global

4 Tiempo meteorológico Condiciones atmosféricas en en un un momento terminado Clima Promedio (y (y variabilidad) las las condiciones atmosféricas en en periodos mensuales, estacionales, anuales o multianuales Predicciones meteorológicas 1 10 días Predicciones climáticas 1 12 meses Proyecciones cambio climático > 30 años

5 Cómo se se realizan? Con Con molos molos matemáticos matemáticos ticos que que simulan simulan la la evolución evolución n l l estado estado atmosférico atmosférico global. global. Qu Qué son son los los molos? Resolución Resolución n un un complejo complejo sistema sistema ecuaciones, ecuaciones, a partir partir l l conocimiento conocimiento l l estado estado atmosférico atmosférico en en un un terminado terminado instante instante inicial. inicial. Qu Qué ecuaciones? Segunda Segunda ley ley Newton, Newton, primer primer principio principio la la Termodinámica, mica, principio principio conservación n la la masa masa y ecuación ecuación n los los gases gases iales. iales.

6 Esquemas numéricos Las Las ecuaciones ecuaciones se se resuelven resuelven forma forma aproximada aproximada con con esquemas esquemas numéricos, numéricos, dividiendo dividiendo la la atmósfera atmósfera en en celdillas celdillas tridimensionales. tridimensionales. En En cada cada celdilla celdilla se se calcula calcula la la evolución evolución futura futura las las variables variables atmosféricas atmosféricas en en intervalos intervalos tiempo tiempo regulares. regulares. Parametrizaciones físicas Para Para simular simular el el efecto efecto procesos procesos atmosféricos atmosféricos con con menor menor tamaño tamaño que que las las celdillas celdillas (cenas (cenas ecuaciones ecuaciones semi-empíricas). semi-empíricas).

7 Los Los valores valores iniciales iniciales las las variables variables en en cada cada celdilla celdilla se se ducen ducen l l conjunto conjunto observaciones observaciones disponibles disponibles en en ese ese momento momento a escala escala global global

8 Cálculo necesario para una predicción a 10 días plazo Nº celdillas : (30_30 km capas) Nº iteraciones : 2000 (6-7 min) Nº ecuaciones : Cada ecuación tiene varios términos Resolver cada término requiere varias operaciones Las parametrizaciones necesitan casi el triple cálculo Nº total operaciones simples: (0.1 trillones!!!) Se precisan potentes superornadores BlueGene Roadrunner The first Petaflop computer (June, 2008)

9 Métodos aproximados para resolver ecuaciones exactas Ecuaciones semiempíricas para simular procesos clave Con cuánta antelación se pue realizar una predicción n fiable? La atmósfera es un sistema caótico

10 Métodos aproximados para resolver ecuaciones exactas Ecuaciones semiempíricas para simular procesos clave Se pue terminar la fiabilidad las previsiones? La atmósfera es un sistema caótico La La revolución n científica E. E. Lorenz Los Los sistemas sistemas caóticos caóticos están están n gobernados gobernados por por precisas precisas ecuaciones ecuaciones terministas terministas evolución, evolución, pero pero con con solución solución inestable inestable a pequeñas pequeñas perturbaciones. perturbaciones.

11 Evoluciones simuladas por el mismo molo, pero con valores iniciales ligeramente diferentes

12 La La revolución n científica E. E. Lorenz CAOS CAOS DETERMINÍSTICO El El grado grado sensibilidad sensibilidad a las las condiciones condiciones iniciales iniciales los los sistemas sistemas dinámicos dinámicos complejos complejos no no es es siempre siempre igual igual Poco sensible a errores iniciales Sensible a errores iniciales Muy sensible a errores iniciales El error inicial no crece a plazo corto y medio El error inicial crece a plazo medio El error inicial crece a plazo corto La La precibilidad pen l l estado inicial

13 Realización n un conjunto simulaciones, cada una iniciada con valores ligeramente diferentes Las simulaciones similares tienen una mayor precibilidad

14 Mapas probabilidad

15 Penachos probabilidad

16 Molos globales Celdillas km Molos regionales Celdillas 5 20 km

17 Cómo se se realizan? Con Con molos molos que que simulan simulan también también n la la dinámica dinámica oceánica oceánica y los los intercambios intercambios atmósfera- atmósfera- océano océano OBJETIVO OBJETIVO MÉTODO MÉTODO Precir Precir la la probabilidad probabilidad que que el el clima clima los los siguientes siguientes meses meses se se asemeje asemeje o diferencie diferencie los los valores valores normales normales (climatológicos) Conjunto Conjunto simulaciones simulaciones partiendo partiendo diferentes diferentes condiciones condiciones iniciales iniciales y utilizando utilizando diversos diversos tipos tipos parametrizaciones físicas físicas

18 Ejemplo predicción climática Probabilidas que la temperatura media mensual sea superior o inferior a la climatológica en los próximos seis meses

19 Ejemplo predicción climática Probabilidas que la precipitación acumulada mensual sea superior o inferior a la climatológica en los próximos seis meses

20 Cómo se se realizan? Con Con molos molos que que simulan simulan los los principales principales procesos procesos en en el el Sistema Sistema Climático Climático (Earth (Earth System System Mols) Mols) OBJETIVO OBJETIVO MÉTODO MÉTODO Realizar Realizar proyecciones proyecciones climáticas climáticas a lo lo largo largo años aaños variando variando la la concentración n gases gases efecto efecto invernaro invernaro según según n lo lo observado observado en en el el pasado pasado y diversos diversos supuestos supuestos futuros futuros Conjunto Conjunto simulaciones simulaciones realizadas realizadas con con varios varios molos molos (20 (20 en en IPCC-AR4) IPCC-AR4)

21 Probabilidas que en el escenario emisiones A1B la temperatura media en exceda en 2ºC a la Diciembre-Enero-Febrero Junio-Julio-Agosto IPCC 2007: WG1-AR4

22 La Física F la Atmósfera y l Clima ha experimentado notables avances en las últimas décadasd La fiabilidad las predicciones meteorológicas se ha duplicado en los últimos 10 añosa El pronóstico meteorológico tiene valor económico Las predicciones climáticas empiezan a tener utilidad para planificación Las proyecciones cambio climático están n permitiendo el diseño o estrategias mitigación n y adaptación

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25 Tabla contingencia un molo cisión Actuación Ocurrencia No Sí No 0 P Sí C C OBJETIVO Minimizar la razón C / P Valor económico potencial l sistema predicción por conjuntos (ECMWF) a 6 días plazo para el evento que la temperatura a 850 hpa sea 4ºC inferior a la normal

26 El El pronóstico pronóstico l l tiempo tiempo ja ja ser ser fiable fiable a un un plazo plazo superior superior a díasd días?? Son Son fiables fiables las las simulaciones simulaciones cambio cambio climático climático a cenas cenas años aaños o siglos siglos plazo? plazo?

27 Trayectoria calculada Trayectoria observada

28 El El pronóstico pronóstico l l tiempo tiempo ja ja ser ser fiable fiable a un un plazo plazo superior superior a díasd días Son Son fiables fiables las las simulaciones simulaciones cambio cambio climático climático a cenas cenas años aaños o siglos siglos plazo plazo Dependiente valores iniciales (estado inicial la atmósfera) Dependiente valores contorno (niveles gases efecto invernaro) Trayectoria con precibilidad creciente con el tiempo Tiempo promedio : 37 s Varianza : 17 s Percentil 90 : 72 s Percentil 10 : 11 s : Comparación estadísticas Tiempo promedio : 48 s Varianza : 16 s Percentil 90 : 82 s Percentil 10 : 14 s :