Modelamiento Meteorológico como base de un Sistema de Pronóstico de Incendios Forestales

René D. Garreaud

Departamento de GeofísicaFacultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Universidad de Chile

rgarreau@dgf.uchile.cl

Estructura

• Motivación

• Aspectos meteorológicos en la zona centro-sur de Chile.

• Pronóstico del tiempo: Bases, aplicaciones y limitaciones

Motivación

1. Condiciones atmosféricas (temperatura, precipitación, radiación solar, humedad, viento,...) determinan de manera importante el comportamiento de sistemas naturales y actvidades humanas desde el nivel horario al interanual:

• Manejo del fuego (T, HR, V; horas a días)

• Potencial de IF (T, HR, V; días a semanas)

• Crecimiento vegetal/forestal (Pp, T; meses a años)

2. Cambios en las condiciones atmosféricas (tiempo y variabilidad climática) son potencialmente predecibles.

3. La predictabilidad de la atmósfera puede extenderse a otros sistemas conociendo su asociación y las CI de los segundos

ZCITecuador

38S

AB

Factores de Gran Escala

Cinturon de los oestesy regimén de Rossby (ondas)

Factores meteorológicos regionales

• Durante la estación de verano, el anticiclón subtropical del Pacifico extiende su dominio hasta la zona centro-sur de Chile, asociado a “buen tiempo” y condiciones estables.

• Aun así, la región sigue siendo afectada por el paso de sistema migratorios que se traducen en una alternancia de condiciones cálidas y secas (durante el paso de centros de Alta presión) y frías y lluviosas (durante el paso de centros de baja presión / frentes)

• La presencia de la cordillera de los Andes y los cerros de la costa modifican la circulación de gran escala, dando origen a fenómenos locales, como el viento Puelche.

Estación Villarrica

Eventos de Puelche

B

CONDICION (PRE) FRONTAL

Disminución de la subsidenciaIncremento flujo desde la costaLluvia

CONDICION POST- FRONTAL

B

A

A

Restauración de la subsidenciaFlujo del este (cálido): PuelcheDesarrollo de una Vaguada costera

Potencial meteorológico de IF

Considerando la multiplicidad de variables atmosféricas que pueden amplificar y extender un incendio forestal, parece particularmente necesario contar con modelos numéricos que simulen de manera realista la circulación de regional de la atmósfera.

El uso de estos modelos es complementario a pronósticos subjetivos, aunque podrían reemplazar a estos últimos.

gFpVkfdtVd

R

1ˆ

SfcConvRADPQQQSTV

t

)(

0p

V

pRT

pgz

)(

Ecu

acio

nes

bási

cas

Conservaciónde Momentum

Conservaciónde Energía

Conservaciónde Masa

Ec. gases ideales

Pronóstico Numérico del Tiempo

Conocer la distribución espacial y temporalde las variables que caracterizan la atmósfera

Sistema complejo, no existen soluciones analíticas

z

y

x

Ly

Lx

Lz

Ecuaciones anteriores son resueltas en forma numérica, discretizando la atmósfera en una grilla 3-D:

Modelos regionales (LAM, MM)

MM5-DGF: Dominios Anidadosinfomet.dgf.uchile.cl

D1

D2

D3

Detalles de la dominios

D1: 135 x 135 (km) 34 x 40 x 30 puntos 17-53S I-XID2: 45 x 45 (km) 55 x 55 x 30 puntos 24-42S III-XD3: 15 x 15 (km) 73 x 73 x 30 puntos 29-38S IV-VIII

CB AVN

x = 5 km

x = 15 km x = 45 km

La resolución espacial determina que rasgos geomorfológicos y meteorológicos estarán

presentes en la simulación/pronóstico

x = 0.1 km

Eventos de Puelche: Simulaciones numéricas

La resolución espacial es critica en presencia de topografía compleja...

Lat: 33.5 S

Rojo: 45 kmVerde: 15 kmAzul: 1 km

...pero incrementar la resolución se paga caro: mayor numero de puntos y paso de integración temporal más corto (CFL) Dominios de alta

resolución son generalmente pequeños

Tiempo de simulación

Diferencia entre 2 puntos adyacentes

10-20 horas para x < 5 km

Var

iabl

e

Aun cuando aumentar la resolución espacial es factible, sus beneficios son decrecientes en el tiempo.

Plazo de Previsión [días]

0.5

Res

oluc

ión

Esp

acia

l [km

]

10

1

100

31 7

Co bert ur a espa cial [ km

]

20

200

2000

Pronóstico regionalde potencial de incendio

Pronóstico predialde potencial

Manejo Incendios

Perspectiva regionalde potencial de incendio

• Modelos de mesoescala

• MOS

• Modelos climáticos estadísticos

Herramienta

• Extrapolación observaciones• Modelos de mesoescala

30 30*6

Predictabilidad….todo depende de la escalaPredictabilidad….todo depende de la escala

Modelos de Mesoescala¿Deterministicos o Probabilisticos?

1. Los modelos que hemos descrito son DETERMINISTICOS

2. Dado un conjunto de CI y CB los resultados siempre serán los mismos, pues las ecuaciones no cambian.

3. El modelo no entrega “incertidumbre”

Sin embargo, los modelos “fallan” en cuanto susresultados no son identicos a la realidad,

y sus pronósticos no son perfectos....

(variadas fuentes de errores: letra chica de los modelos)

Validación de los pronósticosMM5-DGF Invierno 2002

ecm

Santiago: sesgo ~ 2C ecm ~ ±2.5CLo Prado: sesgo ~ 0C ecm ~ ± 1.5C

Tmod. puede mejorarusando post-proc.

MM5-DGF: Dominios Anidadosinfomet.dgf.uchile.cl

D1

D2

D3

Detalles de la dominios

D1: 135 x 135 (km) 34 x 40 x 30 puntos 17-53S I-XID2: 45 x 45 (km) 55 x 55 x 30 puntos 24-42S III-XD3: 15 x 15 (km) 73 x 73 x 30 puntos 29-38S IV-VIII

CB AVN

MM5-DGF: Recursos Utlizados

Computador: Apple G5Procesadores: 2 Procesadores 1.8 GHz c/u.Memorias: 1 GByte de memoria RAM.Compiladores: XLF 8.1 y gcc (MacOSX 10.3).

Tamaños aproximados de las entradas: 107 MBytesTamaños aproximados de las salidas: 790 MBytesTransformaciones a formato GrADS y figuras de salida: 1100 MBytes

Tiempos de Proceso (Total): 2 horas, 20 minutos (aproximado).

2 Simulaciones diarias (inicializadas a las 20 HL y 08 HL) con plazo de previsión de 5 días en Dom. 2 y 3 días en Dom. 3

http://infomet.dgf.uchile.cl (pronósticos numéricos)

Mapassinópticos

Series de Tiempo

Cortestiempo-altura

Modelos de pronóstico numérico del tiempoSituación actual

Sus resultados son útiles en la previsión probabilística de fenómenos extremos de carácter regional (100-1000 km) con 1-3 días de anticipación.

Modelos actualmente en operación (DGF-DMC) pero sub-empelados por la industria

Necesidad de validación de resultados y acoplamiento con modelos ambientales

Necesidad cuantificar beneficios de contar con pronósticos meteorológicos (mejor que cerrar los ojos...)

Pronóstico Potencial IF

Condiciones Ambientalesiniciales

y precedentes

Calibración / OptimizaciónModel Output Statistics

Modelo Potencial IF

Modelo PronósticoNumérico del Tiempo

Condiciones inicialesde la atmósfera

Pronóstico del Tiempo

Trabajo en colaboración

Modelos de pronóstico numérico del tiempoSituación actual

Sus resultados son marginalmente útiles en la previsión de corto plazo (horas) de eventos extremos locales (km).

Para este tipo de previsión es fundamental contar con información meteorológica en tiempo real de variables claves en lugares claves (e.g., PP en cordillera).

Red actual de observaciones (DMC, DGA) satisface de manera marginal requerimiento anterior.

Información meteorológica en tiempo real también debe alimentar modelos integrados

Variabilidad Climática

El clima varía en todas las escalas temporales. Lo natural es que lo haga, lo extraordinario es que se mantenga en una condición estacionaria.

Desde el punto de vista de los impactos socio-económicos, los más significativos son los que ocurren en las escalas decadales, interanuales, e intraestacionales.

El factor antropogénico es uno más, que se suma a los factores del cambio climático global, favoreciendo un aumento de la temperatura media del planeta. De todos modos, en Chile la temperatura no parece estár aumentando en las décadas más recientes, excepto en la región entre Santiago y Concepción.

TSM

PNM

Alisios

Funcionamiento delsistema oceano-atmosfera en el Pacifico ecuatorial

SURGENCIA

ALISIOS

OCEANIA S. AMERICA

MJO

SISTEMA INTEGRADO OCEANO-ATMOSFERAPACIFICO ECUATORIAL

ENOS (El Niño-Oscilación de Sur)

El sistema OA es inestable. Perturbaciones incialmente pequeñas crecen hasta dar lugar al fenomeno ENSO

Es un modo propio de oscilación no periódica (recurrencia entre 3 y 7 años) del sistema acoplado océano-atmósfera en el Pacífico tropical, que se manifiesta en todas las variables atmosféricas y oceánicas de esta región

Impactos climáticos de El Niño

verano

invierno

Ref: CPC/NCEP/NOAA

IMPACTO DE ENSO SOBRE LA LLUVIAEN CHILE CENTRAL

JJA

ON

EFM

Predicción Climática

Considerando que la TSM en el Pacifico ecuatorial es una condición de borde de alto impacto en la circulación atmosférica, el seguimiento de la TSM y su pronóstico (numérico/estadístico) permite la predicción climática

El énfasis es aquí en las variaciones de las estadísticas del tiempo (clima) con plazos de previsión de 3 a 12 meses.

Variable meteorológica

Prob.Ocurrencia

LN N EN

Predicción Climática: Monitoreo + Modelamiento

met.dgf.uchile.cl/clima/

Conclusiones

Forzamiento atmosférico sobre sistemas ambientales es significativo a través de un amplio rango de escalas temporales y espaciales

Eventos meteorológicos extremos asociados a fenómenos característicos pero gatillados por una (o mas) rasgo atmosférico inusual (i.e., alto periodo de retorno).

Capacidad instalada de pronóstico del tiempo y predicción climática es sub-empleada en sectores sanitarios (varias razones) pero esa situación debería cambiar en el futuro.