generalidades y ecuaciones básicas - senamhi.gob.bo · ðncapa de frontera atmosférica: minutos a...
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Generalidades yGeneralidades yEcuaciones BásicasEcuaciones Básicas
Ángel G Muñoz S.Ángel G Muñoz S.Centro de Modelado Científico. (CMC) Facultad de Ciencias.Centro de Modelado Científico. (CMC) Facultad de Ciencias.
La Universidad del Zulia.La Universidad del Zulia.
Generalidades yGeneralidades yEcuaciones BásicasEcuaciones Básicas
Ángel G Muñoz S.Ángel G Muñoz S.Centro de Modelado Científico. (CMC) Facultad de Ciencias.Centro de Modelado Científico. (CMC) Facultad de Ciencias.
La Universidad del Zulia.La Universidad del Zulia.
InteraccionesInteracciones
Agentes:Agentes:
Radiación solarRadiación solar Vegetación,Vegetación,ecosistemas.ecosistemas.
Interacción aguaInteracción agua--hielo.hielo.
Patrones TSM.Patrones TSM. Cambios en laCambios en la
atmósfera.atmósfera.
Agentes:Agentes:
Radiación solarRadiación solar Vegetación,Vegetación,ecosistemas.ecosistemas.
Interacción aguaInteracción agua--hielo.hielo.
Patrones TSM.Patrones TSM. Cambios en laCambios en la
atmósfera.atmósfera.
ComponentesComponentes
AtmósferaAtmósfera(A)(A)
LitósferaLitósfera(L)(L)
HidrósferaHidrósfera(H)(H)
BiósferaBiósfera(B)(B)
Criósfera (C)Criósfera (C)
Capa de frontera atmosférica:Capa de frontera atmosférica: minutos a horas.minutos a horas. Atmósfera libre:Atmósfera libre: semanas a (quizá) meses.semanas a (quizá) meses.
Capa de mezcla oceánica superior:Capa de mezcla oceánica superior: semanas a años.semanas a años. Capas oceánicas profundas:Capas oceánicas profundas: décadas a milenios.décadas a milenios.
Hielo marino:Hielo marino: semanas a décadas.semanas a décadas. Aguas interiores y vegetación:Aguas interiores y vegetación: meses a siglos.meses a siglos.
Glaciales:Glaciales: siglos.siglos. Capas de hielo continental:Capas de hielo continental: milenios.milenios.
Placas tectónicas:Placas tectónicas: decenas de millones de años.decenas de millones de años.
Tiempos de RelajaciónTiempos de Relajación
Capa de frontera atmosférica:Capa de frontera atmosférica: minutos a horas.minutos a horas. Atmósfera libre:Atmósfera libre: semanas a (quizá) meses.semanas a (quizá) meses.
Capa de mezcla oceánica superior:Capa de mezcla oceánica superior: semanas a años.semanas a años. Capas oceánicas profundas:Capas oceánicas profundas: décadas a milenios.décadas a milenios.
Hielo marino:Hielo marino: semanas a décadas.semanas a décadas. Aguas interiores y vegetación:Aguas interiores y vegetación: meses a siglos.meses a siglos.
Glaciales:Glaciales: siglos.siglos. Capas de hielo continental:Capas de hielo continental: milenios.milenios.
Placas tectónicas:Placas tectónicas: decenas de millones de años.decenas de millones de años.
S=S=AA UU HH UU CC UU LL UU BB Sistema compuesto consistente de 5Sistema compuesto consistente de 5
componentes adjuntos interactivoscomponentes adjuntos interactivos Sistema no aislado para energía.Sistema no aislado para energía.
Sistema cerrado para masa.Sistema cerrado para masa. A, H, C y B actúan como sistemasA, H, C y B actúan como sistemas cascada.cascada.
Sistema ClimáticoSistema Climático
S=S=AA UU HH UU CC UU LL UU BB Sistema compuesto consistente de 5Sistema compuesto consistente de 5
componentes adjuntos interactivoscomponentes adjuntos interactivos Sistema no aislado para energía.Sistema no aislado para energía.
Sistema cerrado para masa.Sistema cerrado para masa. A, H, C y B actúan como sistemasA, H, C y B actúan como sistemas cascada.cascada.
Complejos procesos físicos que involucran flujoComplejos procesos físicos que involucran flujode energía, momentum y masa a través de lasde energía, momentum y masa a través de las
fronteras.fronteras. AutoreguladoresAutoreguladores
Retroalimentación.Retroalimentación. Sistema termoSistema termo--hidrodinámico heterogéneo,hidrodinámico heterogéneo,
especificado en general porespecificado en general por composicióncomposición,, estadoestadotermodinámicotermodinámico yy mecánicomecánico..
Sistema ClimáticoSistema Climático
Complejos procesos físicos que involucran flujoComplejos procesos físicos que involucran flujode energía, momentum y masa a través de lasde energía, momentum y masa a través de las
fronteras.fronteras. AutoreguladoresAutoreguladores
Retroalimentación.Retroalimentación. Sistema termoSistema termo--hidrodinámico heterogéneo,hidrodinámico heterogéneo,
especificado en general porespecificado en general por composicióncomposición,, estadoestadotermodinámicotermodinámico yy mecánicomecánico..
GCMsGCMs
ModelosModelos computacionalescomputacionales dede circulacióncirculación globalglobal
PocaPoca resoluciónresolución espacialespacial ((100100--300300 km)km)
EscalaEscala tempraltempral deldel ordenorden mensualmensual--estacionalestacional--anualanual
MismasMismas ecuacionesecuaciones dede movimientomovimiento queque loslosmodelosmodelos dede pronósticopronóstico deldel tiempotiempo..
ModelosModelos computacionalescomputacionales dede circulacióncirculación globalglobal
PocaPoca resoluciónresolución espacialespacial ((100100--300300 km)km)
EscalaEscala tempraltempral deldel ordenorden mensualmensual--estacionalestacional--anualanual
MismasMismas ecuacionesecuaciones dede movimientomovimiento queque loslosmodelosmodelos dede pronósticopronóstico deldel tiempotiempo..
GCMsGCMs
ModelosModelos atmosféricosatmosféricos yy oceánicosoceánicos..AcoplamientosAcoplamientos..
DiscretizaciónDiscretización 33DD ((44D)D) dede ecuacionesecuaciones dedemovimientomovimiento deldel fluidofluido (física)(física) ee integraciónintegracióntemporaltemporal..
ParametrizacionesParametrizaciones..
ModelosModelos atmosféricosatmosféricos yy oceánicosoceánicos..AcoplamientosAcoplamientos..
DiscretizaciónDiscretización 33DD ((44D)D) dede ecuacionesecuaciones dedemovimientomovimiento deldel fluidofluido (física)(física) ee integraciónintegracióntemporaltemporal..
ParametrizacionesParametrizaciones..
GCMsGCMs
DESARROLLO HISTÓRICO DE LOS MODELOSDESARROLLO HISTÓRICO DE LOS MODELOS
Resolución espacial
DownscalingDownscaling
DownscalingDownscaling
IncrementarIncrementar resoluciónresolución espacialespacial yy temporaltemporal..
ResolucionesResoluciones espacialesespaciales:: entreentre 11 yy 100100 kmkm
ResolverResolver patronespatrones dede escalaescala regionalregional--locallocal aa partirpartirdede loslos dede escalaescala globalglobal provistosprovistos porpor loslos GCMsGCMs..
IncrementarIncrementar resoluciónresolución espacialespacial yy temporaltemporal..
ResolucionesResoluciones espacialesespaciales:: entreentre 11 yy 100100 kmkm
ResolverResolver patronespatrones dede escalaescala regionalregional--locallocal aa partirpartirdede loslos dede escalaescala globalglobal provistosprovistos porpor loslos GCMsGCMs..
DownscalingDownscaling
DownscalingDownscaling dinámicodinámico
DownscalingDownscaling estadísticoestadístico
MétodosMétodos híbridos/empíricoshíbridos/empíricos..
DownscalingDownscaling dinámicodinámico
DownscalingDownscaling estadísticoestadístico
MétodosMétodos híbridos/empíricoshíbridos/empíricos..
DownscalingDownscaling
Dynamical Downscaling
(CMM5, CWRF, RSM, RegCM, ETA)
CAM_CMC (2 tier)
tier-1: P-SST,
CFS_SST, CA_SST
LEVEL I
LEVEL IIDynamical Downscaling
(CMM5, CWRF, RSM, RegCM, ETA)
* Hydrological Models
(VIC, NOAH, RUC, CLM)
* Climate and Health (e.g. Malaria,
dengue)
* CAVEAT, CAVEL
LEVEL III
Muñoz et al., 2010. BAMS:http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/2010BAMS2958.1
See Muñoz et al., 2010. BAMS:
http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/2010BAMS2958.1
Observatorio Andino
AproximaciónAproximaciónMultiMulti--paramétrica,paramétrica,multimulti--modelomodelo
Una realizaciónUna realización(mayor incertidumbre)(mayor incertidumbre)
Varias realizacionesVarias realizaciones(menores incertidumbres)(menores incertidumbres)
NDJ
2009
-2010
ENSEMBLE - OBS
AproximaciónAproximaciónMultiMulti--paramétrica,paramétrica,multimulti--modelomodelo
Una realizaciónUna realización(mayor incertidumbre)(mayor incertidumbre)
Varias realizacionesVarias realizaciones(menores incertidumbres)(menores incertidumbres)
EcuacionesEcuacionesEcuacionesEcuaciones
EcuacionesEcuaciones
Ecuaciones de NavierEcuaciones de Navier--StokesStokes TermodinámicaTermodinámica
Conservación de masaConservación de masa
Fuerzasexternas
presión
Divergenciadeviatórica
Fuerzasexternas
presión
EcuacionesEcuaciones
Newtoniano Incompresible
Compresible
Newtoniano Incompresible
Ecuaciones SimplificadasEcuaciones Simplificadas
Son,Son, esencialmente,esencialmente, laslas dede NavierNavier--StokesStokes.. EnEncartesianascartesianas yy simplificadassimplificadas sonson::
11.. MovimientoMovimiento geostróficogeostrófico
NotaNota:: LasLas derivadasderivadas mayúsculasmayúsculas sonson laslas convectivasconvectivas..
Son,Son, esencialmente,esencialmente, laslas dede NavierNavier--StokesStokes.. EnEncartesianascartesianas yy simplificadassimplificadas sonson::
11.. MovimientoMovimiento geostróficogeostrófico
NotaNota:: LasLas derivadasderivadas mayúsculasmayúsculas sonson laslas convectivasconvectivas..
Ecuaciones BásicasEcuaciones Básicas
22.. EcuaciónEcuación hidrostáticahidrostática
33.. EcuaciónEcuación dede continuidadcontinuidad
22.. EcuaciónEcuación hidrostáticahidrostática
33.. EcuaciónEcuación dede continuidadcontinuidad
Ecuaciones BásicasEcuaciones Básicas
44.. PrimeraPrimera LeyLey dede lala TermodinámicaTermodinámica
Modelos de MallaModelos de Malla
Modelos de MallaModelos de Malla
Modelos de MallaModelos de Malla
Modelo de MallaModelo de Malla Los datos se representan en un conjunto de puntos de rejilla fijosLos datos se representan en un conjunto de puntos de rejilla fijos
La resolución es función del espaciamiento de los puntos de rejillaLa resolución es función del espaciamiento de los puntos de rejilla
Todos los cálculos se realizan en los puntos de rejillaTodos los cálculos se realizan en los puntos de rejilla
Se utilizan aproximaciones de diferencias finitas para resolver las derivadas deSe utilizan aproximaciones de diferencias finitas para resolver las derivadas delas ecuaciones del modelo.las ecuaciones del modelo.
El error por truncado se introduce a través de las aproximaciones porEl error por truncado se introduce a través de las aproximaciones pordiferencias finitas de las ecuaciones primitivasdiferencias finitas de las ecuaciones primitivas
El grado del error por truncado es función del espaciamiento de la rejilla y elEl grado del error por truncado es función del espaciamiento de la rejilla y elintervalo de tiempointervalo de tiempo
Los datos se representan en un conjunto de puntos de rejilla fijosLos datos se representan en un conjunto de puntos de rejilla fijos
La resolución es función del espaciamiento de los puntos de rejillaLa resolución es función del espaciamiento de los puntos de rejilla
Todos los cálculos se realizan en los puntos de rejillaTodos los cálculos se realizan en los puntos de rejilla
Se utilizan aproximaciones de diferencias finitas para resolver las derivadas deSe utilizan aproximaciones de diferencias finitas para resolver las derivadas delas ecuaciones del modelo.las ecuaciones del modelo.
El error por truncado se introduce a través de las aproximaciones porEl error por truncado se introduce a través de las aproximaciones pordiferencias finitas de las ecuaciones primitivasdiferencias finitas de las ecuaciones primitivas
El grado del error por truncado es función del espaciamiento de la rejilla y elEl grado del error por truncado es función del espaciamiento de la rejilla y elintervalo de tiempointervalo de tiempo
Modelos de MallaModelos de Malla AAlta resolución horizontal en aplicaciones regionales y delta resolución horizontal en aplicaciones regionales y de
mesoescalamesoescala
No necesitan transformar cálculos físicos desde y hacia el enrejadoNo necesitan transformar cálculos físicos desde y hacia el enrejado
A medida que la física en los modelos operacionales se vuelve másA medida que la física en los modelos operacionales se vuelve máscompleja, los modelos de rejilla se vuelven más competitivos desdecompleja, los modelos de rejilla se vuelven más competitivos desdeel punto de vista computacional con los modelos espectralesel punto de vista computacional con los modelos espectrales
Versiones no hidrostáticas pueden pronosticar explícitamenteVersiones no hidrostáticas pueden pronosticar explícitamentedetalles de convección, si se introduce suficiente resolución y detalledetalles de convección, si se introduce suficiente resolución y detalleen las condiciones inicialesen las condiciones iniciales
AAlta resolución horizontal en aplicaciones regionales y delta resolución horizontal en aplicaciones regionales y demesoescalamesoescala
No necesitan transformar cálculos físicos desde y hacia el enrejadoNo necesitan transformar cálculos físicos desde y hacia el enrejado
A medida que la física en los modelos operacionales se vuelve másA medida que la física en los modelos operacionales se vuelve máscompleja, los modelos de rejilla se vuelven más competitivos desdecompleja, los modelos de rejilla se vuelven más competitivos desdeel punto de vista computacional con los modelos espectralesel punto de vista computacional con los modelos espectrales
Versiones no hidrostáticas pueden pronosticar explícitamenteVersiones no hidrostáticas pueden pronosticar explícitamentedetalles de convección, si se introduce suficiente resolución y detalledetalles de convección, si se introduce suficiente resolución y detalleen las condiciones inicialesen las condiciones iniciales
Modelos de MallaModelos de Malla Un ejemplo:Un ejemplo:
Condición CFLCondición CFL
Condición CFLCondición CFL
DebidasDebidas aa RichardRichard Courant,Courant, KurtKurt FriedrichsFriedrichsandand HansHans LewyLewy.. DescritasDescritas porpor vezvez primeraprimera enen19281928..
Condición CFLCondición CFL
UnUn ejemplitoejemplito........
ElEl casocaso barotrópicobarotrópico
httphttp:://profhorn//profhorn..meteormeteor..wiscwisc..edu/wxwiedu/wxwise/kinematics/barotropicse/kinematics/barotropic..htmlhtml
UnUn ejemplitoejemplito........
ElEl casocaso barotrópicobarotrópico
httphttp:://profhorn//profhorn..meteormeteor..wiscwisc..edu/wxwiedu/wxwise/kinematics/barotropicse/kinematics/barotropic..htmlhtml
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