Comparació entre mètodes numèrics de diagnòstic i pronòstic de la velocitat vertical atmosfèrica: Aplicació a episodis mediterranis

Abstract

[cat] La velocitat vertical atmosf`erica ´es una variable molt important, amb un paper directe en la situaci´o meteorol`ogica donat que subsid`encies de l’aire impliquen bon temps, mentre que per ascend`encies ocorre el contrari, podent apar`eixer condensaci´o, pluja i fins i tot tempestats sota les condicions adequades. Per sistemes de grans escales espacials, les magnituds d’aquestes velocitats s´on de l’ordre de cm/s, el que complica la seva mesura efica¸c i precisa. Aquesta dificultat comporta que sigui m´es t´ıpic estimar el seu valor mitjan¸cant equacions de diagn`ostic desenvolupades per marcs te`orics simplificats sobre din`amica atmosf`erica. Alternativament, tamb´e es poden pronosticar aplicant models num`erics amb equacions mesoescalars junt tots els processos din`amics i f´ısics representats a les seves equacions. En aquest treball seran usats cinc m`etodes de diagn`ostic, dos d’aquests sent unes expressions integrals m´es primitives conegudes com el m`etode cinem`atic i de la vorticitat, corresponent la resta a les equacions Omega cl`assica, de Trenberth i del vector Q⃗ pr`opies de la teoria quasige ostr`ofica de l’atmosfera. Primerament, aquest treball consistir`a en la seva implementaci´o sobre un domini sin`optic i resoluci´o num`erica fent ´us de dades meteorol`ogiques corresponents a gener de 2020, on la borrasca Gl`oria va afectar la pen´ınsula Ib`erica i les Illes Balears. Aquests c`alculs es realitzaran amb la finalitat de comparar els diferents m`etodes diagn`ostics en termes dels seus resultats, aplicabilitat pr`actica i avantatges, esclarint per qu`e les equacions Omega suposen una millora respecte a aquells m`etodes m´es primitius. Despr´es d’una comparaci´o dels resultats proporcionats per cada equaci´o Omega i l’elecci´o d’una com la que millors qualitats posseeix per diagnosticar la situaci´o din`amica, en la part final del treball seran exposades les velocitats verticals de pron`ostic calculades pel model mesoescalar TRAM-UIB, partint des de la primera data i hora de les dades disponibles sobre l’episodi cicl`onic. Els resultats de pron`ostic seran comparats respecte a aquells del diagn`ostic instantani de l’equaci´o Omega elegida, analitzant aix´ı la capacitat predictiva de les velocitats verticals per part del nou model de la UIB

[spa] La velocidad vertical atmosf´erica es una variable muy importante, teniendo un papel directo en la situaci´on meteorol´ogica dado que subsidencias de aire implican buen tiempo, mientras que en ascendencias sucede lo contrario, pudiendo aparecer condensaci´on, lluvia y hasta tempestades bajo condiciones adecuadas. Para sistemas de grandes escalas espaciales, las magnitudes de estas velocidades son del orden de cm/s, lo que complica su medida eficaz y precisa. Esta dificultad conlleva que sea m´as t´ıpico estimar su valor mediante ecuaciones de diagn´ostico desarrolladas por marcos te´oricos simplificados sobre din´amica atmosf´erica. Alternativamente, tambi´en se pueden pronosticar usando modelos num´ericos con ecuaciones mesoescalares junto a todos los procesos din´amicos y f´ısicos representados en sus ecuaciones. En este trabajo ser´an usados cinco m´etodos de diagn´ostico, dos de estos siendo unas expresiones integrales m´as primitivas acu˜nadas como el m´etodo cinem´atico y de la vorticidad, correspondi endo el resto a las ecuaciones Omega cl´asica, de Trenberth i del vector Q⃗ propias de la teor´ıa cuasigeostr´ofica de la atm´osfera. Primeramente, este trabajo consistir´a en su implementaci´on sobre un dominio sin´optico y resoluci´on num´erica haciendo uso de datos meteorol´ogicos cor respondientes a enero de 2020, donde la borrasca Gloria afect´o la pen´ınsula Ib´erica y las Islas Baleares. Estos c´alculos se realizar´an con la finalidad de comparar los diferentes m´etodos di agn´osticos en t´erminos de sus resultados, aplicabilidad pr´actica y ventajas, esclareciendo por qu´e las ecuaciones Omega suponen una mejora respecto aquellos m´etodos m´as primitivos. Tras una comparaci´on de los resultados proporcionados por cada ecuaci´on Omega y la elecci´on de una como la que mejores cualidades posee al diagnosticar la situaci´on din´amica, en la parte final del trabajo ser´an expuestas las velocidades verticales de pron´ostico calculadas por el mo delo mesoescalar TRAM-UIB, partiendo desde la primera fecha y hora de los datos disponibles sobre el episodio cicl´onico. Los resultados de pron´ostico ser´an comparados respecto aquellos del diagn´ostico instant´aneo de la ecuaci´on Omega elegida, analizando as´ı la capacidad predictiva de las velocidades verticales por parte del nuevo modelo de la UIB.

[eng] The atmospheric vertical velocity is a very important variable, playing a crucial role in the we ather situation, as subsiding air implies fair weather, while ascending air is the opposite, leading to condensation, rain and even storms under appropriate conditions. For large-scale systems, the magnitudes of these velocities are on the order of cm/s, which hinders their effective and precise measurement. Due to this difficulty, it is easier to estimate their value using diagnostic equations developed by simplified theoretical frameworks on atmospheric dyamics. Alternati vely, they can also be forecasted by making use of numerical models with mesoscale equations, incorporating all the dynamic and physical processes represented in their equations. In this work, five diagnostic methods will be used, two of which are integral expressions known as the kinematic and vorticity methods, while the remaining methods correspond to the classical, Trenberth’s and Q⃗ -vector Omega equation from the quasigeostrophic theory of the atmosphere. Initially, this work will consist of their implementation on a synoptic domain and numerical resolution using meteorological data corresponding to January 2020, when the storm Gloria affected the Iberian Peninsula and the Balearic Islands. These calculations will be used to compare the different diagnostic methods in terms of their results, practical applicability and advantages, clarifying the reasons of why the Omega equations are an improvement over those more primitive methods. After comparing the results provided by each Omega equation and selecting the one with the best qualities for diagnosing the dynamic situation, the final part of the work will expose the forescasted vertical velocities calculated by the mesoscale model TRAM-UIB, starting from the first date and hour of available data on the cyclonic episode. The forecasted results will then be compared to those from the instantaneous diagnosis of the chosen Omega equation, thus analyzing the predictive capability of the vertical velocities by the new UIB model.