Primeros resultados de integraciones de la cadena LAM (INM) con resolución 0.455

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INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA

SERVICIO DE PREDICCION NOTA TECNICA Rev .1 :26111/93

NUMERICA N° 34

PRIMEROS RESULTADOS· DE INTEGRACIONES DE LA

CADENA LAM(INM) CON RESOLUCION 0.455°

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PRIMEROS RESULTADOS DE INTEGRACIONES DE LA CADENA LAMfiNM) CON RESOLUCION 0.455

1.- INTRODUCCION

Desde octubre de 1993 está montada tanto en el CRA Y -EL como en el CRA Y -C94 una cadena de predicción basada en el LAM(INM) con resolución 0.455° (véase la descripción en la Nota Técnica N° 33). Una vez que han sido resueltos los problemas puramente informáticos se ha procedido a elaborar verificaciones subjetivas preliminares entre el modelo LAM(INM) operativo con resolución 0.91° y la nueva versión con resolución 0.455° a fin de tener una primera evaluación del comportamiento general de la nueva cadena.

Para realizar esta evaluación preliminar se ha elaborado un postproceso con un formato común para ambos modelos, utilizando el paquete gráfico MAGICS (versión SUN), de forma que se faciliten las comparaciones entre las salidas de ambas integraciones.

Teniendo en cuenta que el

leitmotiv

de la nueva cadena era que

se dispusiera de una cadena alternativa a la operativa cuya diferencia principal fuese la de duplicar la resolución horizontal en la esperanza de que mejorase la descripción tanto del análisis como de las predicciones por

a) Reducción de los errores de truncación en las ecuaciones de predicción.

b) Mejora en la descripción del suelo, singularmente de la orografía, que permitirá una mejor descripción de las variables en las proximidades del suelo y de los fenómenos asociados a él.

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de recoger estructuras de escalas más pequeñas si se dan las condiciones adecuadas de densidad suficiente de observaciones, campo previo que recoja o insinúe dichas estructuras y algoritmo suficientemente potente como para aislar la estructuras y no filtrarlas.

Debemos tener también en consideración los siguientes efectos negativos que pueden surgir al movernos a una nueva resolución horizontal sin realizar otros cambios sustanciales en la cadena de análisis y predicción:

a) Las parametrizaciones de los procesos físicos son dependientes de la resolución y están adaptadas y diseñadas para ciertos intervalos de resolución tanto vertical como horizontal. Una de las parametrizaciones más crítica y más dependiente de la resolución es la de los procesos de condensación debido a la ascendencias

de gran escala y a. los .. procesos de convección subrejilla. El

esquema de convección utilizado es el de KU074 que funciona aceptablemente bien en la escala sinóptica y cuya aplicación para rejillas similares a la del LAM{INM)_ 0.455° es bastante incierta.

b) El ajuste entre los campos de masa y de viento que se realiza en el esquema de inicialización tambien debería ser función de la escala, debiendo revisarse cuando nos acercamos a la mesoscala.

e) El algoritmo de análisis esta esencialmente pensado para escalas sinópticas (isotropía de las funciones de estructura, suposición de balance geostrófico en el cálculo de las funciones de autocorrelación para las componentes del viento, ajuste entre los campos de geopotencial y viento suponiendo hipótesis de viento del gradiente, fuerte peso del campo previo frente a las observaciones, ... )

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(5)

2.- COMPARACION LAM(INM)_0.455° CON LAM(INM)_0.91°

Se observan las siguientes características generales al comparar las integraciones de las dos versiones del modelo:

a) La versión en alta resolución muestra una gran resolución de las estructuras frontales con marcados giros de los vientos, fuertes gradientes de temperatura y humedad, y aparición de claras subsidencias postfrontales.

b) La versión en alta resolución proporciona unos vientos locales (véase el cierzo, tramontana, levante en el Estrecho, ... ) de gran calidad, siempre y cuando el origen sea orográfico.

e) La precipitación total (gran escala

+

convectiva) es muy

dependiente de la resolución, siendo en el caso de la versión de alta resolución muy ruidosa y sensible a la orografía.

d) La evolución general de las estructuras sinópticas es muy similar en las dos versiones del LAM(INM).

e) En el caso de que las estructuras sinópticas estén forzadas o influidas por la topografía (p.ej., ciclogénesis de Genova)

entonces se observa un mejor comportamiento del

LAM(INM)_ 0.455°.

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2.1.- CASO DEL 21 DE OCTUBRE DE 1993 (H

+

36).

Se ha seleccionado este caso para ilustrar las diferencias entre las dos versiones del modelo LAM(INM), porque se dan todas las características señaladas en el apartado anterior y en cierto modo es bastante representativo de las diferencias entre las dos versiones.

No se ha incluido el análisis verificante porque como mencionamos más arriba algunas de las características que aparecen en la versión en alta resolución si bien son plausibles, no aparecen recogidas por el análisis.

Se han incluido siete colecciones de mapas para cada integración con cada una de las versiones del LAM{INM) que dan una idea general de los diferentes parámetros y niveles. Se han dispuesto en hojas consecutivas las salidas de cada versión del modelo. Por último, se .ha elegido el alcance hasta 36 horas para que se manifiesten suficientemente bien las tendencias de las integraciones y no aparezcan -demasiados efectos negativos debidos a los contornos.

Los mapas son suficientemente explicativos en cuanto a su contenido, por lo que se ha obviado su numeración. Pasaremos por tanto a comentar algunos de los aspectos destacables de las dos integraciones.

La estructura frontal asociada a la baja atlántica aparece perfectamente delimitada tanto en los campos de temperatura como de humedad, siendo muy destacable el mejor comportamiento del giro del viento en 1000mb en el caso de alta resolución.

Los vientos locales asociados a la topografía aparecen muy fielmente simulados por la versión en alta resolución. Es de destacar la simulación de la tramontana, del cierzo y del levante en el Estrecho de Gibraltar.

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divergencia con grandes velocidades verticales, que finalmente se manifiestan en forma de precipitación. Por consiguiente, no se deben nunca considerar estas zonas. Dentro ya de la zona de integración, se observa una estructura mucho más ruidosa mucho más ruidosa en la versión en alta resolución. En este caso la versión en alta resolución ha dado precipitaciones menores sobre los Pirineos y los Alpes que la versión operativa. Comparando con otras integraciones se ha observado que la versión en alta resolución da precipitaciones mayores cuando el origen de éstas es por forzamiento en nivel bajos de marcado carácter orográfico. Mientras que parece que cuando el forzamiento se produce fundamentalmente en altura la versión operativa proporciona precipitaciones más elevadas. En cualquier caso habría que comparar ambas versiones con las precipitaciones medidas.

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(22)

2.2.- CASO DEL 22 DE NOVIEMBRE DE 1993 (H +48).

Este caso incluye las predicciones H +48 del LAM(INM)_0.455°, del LAM(INM)_0.91 ° y del modelo del ECMWF, así como los análisis verificantes de dos días después. La diferencia esencial entre las dos predicciones de las dos versiones del LAM(INM) estriba en la banda frontal que avanza por delante del frente asociado a la baja de Islandia. Esta banda se resuelve perfectamente en la versión en afta resolución. El modelo del ECMWF resuelve la banda frontal mejor que la versión operativa del LAM(INM), si bien adelanta un poco más tanto el frente asociado a la baja como la banda previa, más en consonancia con lo que realmente pasó, según se ve en el análisis verificante.

En este caso, de nuevo, la versión el alta resolución del LAM(INM) perfila mejor las estructuras frontales, pero predice peor su movimiento

comparado con el modelo del. ECMWF y_ con e,l análisis verificante. - _

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4o•e

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60°E

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4o•e

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2o•e

4.1

a

Sun4

•

prnueca

22

November

1993

17:39:08

(32)

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LAMINM

(0.91

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Geopotential

Height

andYemperature

Analysis

22/11/93/

12 Z,

H

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MAGICS

4.1

a

Sun4

-prnueca

22

November

1993

17:39:20

-COMPARACION

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4o•e

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2o•e

(33)

v

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LAMII

(0.91

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hPa

Geopotentlal

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and

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Analysis

22/11193/

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4o•e

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4.1

a

Sun4

-prnueca

22

November

1993

17:39:33

-COMPARACION

o•

(34)

LAMINM

(0.91)

Conv.+

Large

Se.

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5,

1 O,

15,

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80,

120,

150 mm)

v

Analysis

22/11

/93/

12 Z,

H

+

48

60"W

40"W

40"E

20"W

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60"E 40"E

20"W

MAGICS

4.1

a

Sun4

-prnueca

22

November

1993

17:39:48

•

COMPARACION

o•

20"E

(35)

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(38)

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22/11

/93/

12 Z,

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400E

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2o•w

MAGICS

4.1

a

Sun4

•

prnueca

23

November

1993

14:26:57

•

COMPAAACION

o•

(39)

LO

(40)

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ECMW~

500 hPa

Geopotential

Hetght

u

Analysis

22/11

/93/

12 Z,

H

+

48

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40•w

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4o•e

40°E

400W

e

20"W

MAGICS

4.1

a

Sun4

-prnueca

23

November

1993

14:27:19

-COMPARACION

(41)

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(42)

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(43)

60'W

LAMINM

(0.91

)1

000 hPa

Geopotential

Height

and

850 hPa

Temperatura

Analysis

24/11/93/

12 Z,

H

+

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40•w

2o'W

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2o•e

4o•e

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2o•w

400S

o•

2o•e

4.1a

Sun4-prnueca

24

November

199319:39:23

•

COMPARACION

41:.

(44)

70

-80

LEVEL

'---...1

LAMINM

(0.91)

850

hPa

Geopotential

Helght

and

Relativa

humidity

Analysls

24/11/93/

12

Z,

H

+

00

90

LEVEL

100

LEVEL

o•

20"W

o•

MAGICS

4.1

a

Sun4

•

prnueca

24

November

1993

4o•E

2o•E

(45)

'

\

\ \

\ \ \ \

\ \

\

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LAMINM

(0.91

)500

hPa

Geopotential

H,eight

and

Temperatura

Analysis

24/11

/93/

12 z,:

H

+

00

60"W

4o•w

20"W

o•

20°E

40°E

...

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---2o•w

o•

4.1a

Sun4

•

prnueca

24

November

20•E

(46)

U1

'

:::2'

o

(47)

2.3.- CASO DEL 26 DE NOVIEMBRE DE 1993 (H

+

48}.

En este caso se muestra sólo la integración con la versión en alta resolución del modelo para ilustrar un caso muy bonito de excitación de ondas gravitatorias. El fenómeno ondulatorio sólo aparece en las capas bajas de la atmósfera, en la zona de vientos fuertes posterior a un marcado frente frío asociado a una baja en el Atlántico Norte.

Debido al carácter eminentemente divergente de estas ondas, aparecen sucesivamente bandas de movimientos ascendentes y descendentes, que se manifiestan en forma de bandas con mayor y menor humedad relativa.

(48)

FMMINM

(0.455)1000

hPa

Geopotential

Height

and

850 hPa

Temperatura

40"W

Analysis

26~J)

/93/

00 Z,

H

+

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(49)

60°N so•

N

40"N so•

N

FMMINM

(0.455)

850 hPa

Geopotential

Height

and

Relativa

humidity

Analysis

26/11/93/

00 Z,

H

+

48

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600N SO"

(50)

3.- COMPARACION LAM(INM)_0.455° CON EL MODELO DEL ECMWF.

Si se compara la versión LAM{INM)_0.455° con el modelo del ECMWF, se observan las siguientes características generales.

a) Notable efecto de las condiciones de contorno, que en algunos

casos puede llegar a ser marcadamente negativo. Es

imprescindible avanzar hacia unas condiciones de contorno más recientes que introduzcan menos errores en las predicciones del LAM(INM). Se considera muy urgente utilizar la integración

basada en análisis de

OOZ

del ECMWF. Igualmente, parece muy

recomendable no extender el alcance de las predicciones más allá de 36 horas, dado el tamaño del área de integración y el tiempo que tardan los efectos negativos de las condiciones de contorno en alcanzar nuestra zona de interés.

b) Fuerte impacto del campo previo en el análisis. El algoritmo de análisis no es capaz de simülar ciertas bajas profundas en el Atlántico por la escasez de datos de satélite, si previamente no han quedado muy perfiladas en el campo previo.

(51)

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(52)

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(53)

3.1.- CASO DEL 11 DE NOVIEMBRE DE 1993.

En este caso sólo se muestran los mapas de superficie para

ilustrar las diferencias entre las integraciones con el LAM(INM}_ 0.91

°

operativo, con el LAM(INM)_0.455° y con el modelo del ECMWF.

Las predicciones H

+

36 del 11/11/93 a las 12Z muestran una

evolución muy similar en las dos versiones del LAM(INM) de la baja atlántica, siendo ambas totalmente diferentes de la evolución proporcionada por el modelo del ECMWF para el mismo alcance. El modelo ECMWF profundiza mucho más la baja y la desplaza más hacia el E.

Sin embargo si observamos las predicciones realizadas 12 horas más tarde ( 12/11/93 a las OOZ) para un alcance de 24 horas, se observa que entonces la evolución de ambos modelos se aproxima más a la evolución del ECMWF y al análisis verificante (13/11 /93 a las OOZ} . . .

El origen de esta evolución tan diferente de las predicciones a 36

horas se observa ya en los primeros alcances de la predicción (H

+

1 2}

(profundidades de 30 mgp en el ECMWF y de 90 mgp en el

LAM(INM)_0.91 °), de donde se deduce que las diferencias ya debían

ser notorias en los respectivos análisis. Si a esto se une el hecho de

que las condiciones de . contorno para esta predicción a H

+

36

corresponden a predicciones H

+

60 del ECMWF, no es de extrañar que

se obtengan evoluciones tan diferentes. En la cadena operativa el campo previo del análisis de las 12 Z se toma de la integración anterior

del modelo (H

+

06 de la pasada de las 06Z) y si nuestro análisis como

hemos dicho anteriormente necesita tener un campo previo muy exacto que compense la escasez de datos de satélite que le llegan. La

integración H

+

24 realizada 12 horas despues dispone por un lado de

un análisis basado en un campo previo (H

+

.12 del ECMWF) que en

principio tiene una gran calidad, y de unas condiciones de contorno que

para este alcance son predicciones H

+

36 y que por lo tanto es de

(54)

'...,/

600W

...

FMMINM

(0.455)1

000 hl--él

Geopotential

Height

and

85\i

hPa

Temperatura

Analysis

11 /11/93/

12 Z,

H

+

36

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4o•w

zoow

o•

zo•e

4o•e

20°W

o

MAGlCS

4.1

a

Sun4

-prnueca

11

November

1993

17:27:25

-COMPARAClON

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4o•e

zo•e

(55)

\ ..

...1

LAMINM

(0.91)1000

hP~Geopotential

Height

and

85trhPa

Temperatura

Analysis

11/11/93/

12 Z,

H

+

36

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40'W

20'W

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2o•e

40°E

B

\

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1

20°W

o•

MAGICS

4.1

a

Sun4

-prnueca

11

November

1993

17:25:36

-COMPARACION

J

40°E

20°E

(56)

\...._/

~

ECMWF

·-J

1000

hPa

Geopotential

Height

Analysis

11/11/93/

12 Z,

H

+

36

eo•w

4o•w

2o•w

o•

2o•e

GJ

B

200W

o•

MAGICS

4.1

a

Sun4

-prnueca

12

November

1993

09:44:56

-COMPARACION

\

_

__)

40"E

40°E

2o•e

(57)

'--""'

FMMINM

(0.455)1

000 ht-d

Geopotential

Height

and

86J

hPa

Temperatura

Analysis

12/11/93/

00 Z,

H

+

24

·

soow

40"W

2oow

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2o•e

4o•e

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...

A

B

2o•w

MAGICS

4.1

a

Sun4

-prnueca

12

November

1993

10:12:45

-COMPARACION

o•

2o•e

~

(58)

-?

' '

LAMINM

(0.91

)1

000 hPciGeopotential

Height

and

85trhPa

Temperatura

Analysis

12/11

/93/

00 Z,

H

+

24

eoow

40"W

2o•w

o•

2o•e

40°E

eooe

·

eo•e

'ó\,

40"E

' '

...

B

2o•w

o•

20"E

MAGICS

4.1

a

Sun4-prnueca

12

November

1993

10:09:11

-COMPARAClON

\...,./'

(59)

ECMWF

1

000 hPa

Geopotential

H·~ght

\

.

._../

Analysis

11/11/93/

12 Z,

H

+

12

so•w

400W

2o•w

o•

r

~~==~----~~~~---;~:;~~--~r-J7---;----~--------_2---~0T-r---6E

eo•e

6~

4~E

e

2o•w

4.1

a

Sun4

•

prnueca

12

November

1993

10:36:01

•

COMPARACION

o•

(60)

'

V

LAMINM

(0.91

)1

000 hP'ciGeopotential

Height

and

asb1,Pa

Temperatura

Analysis

11/11/93/

12 Z,

H

+

12

GO"W

40"W

.

2o•w

o•

2ooe

4o•e

~~==~-------~:J---:-------------~"-r---~G~O"E

1

G~E 4o•e

e

20"W

MAGICS

4.1

a

Sun4

-prnueca

15

November

1993

15:39:00

-COMPARACJON

o•

(61)

'v

'

LAMINM

(0.91)1000

hPa'Geopotential

Height

and

85b11Pa

Temperatura

Analysis

13/11

/93/

oo

Z,

H

+

oo

6o'W

400W

.

2o•w

o•

2o•e

4o•e

'

\

'

',

' '

20'W

o•

4.1

a

Sun4-prnueca

15

November

1993

16:28:07

•

COMPARACION

v

40"E

2o•e

(62)

4.- CONCLUSIONES

A la vista de los casos considerados, de los que sólo unos pocos se reflejan en este informe, parece recomendable la utilización de la versión 0.455° del LAM{INM) por dos razones fundamentales:

*

Simula la evolución sinóptica aproximadamente igual que la

versión operativa. Las diferencias observadas en suficientes casos hacen difícil seleccionar una versión en detrimento de la otra. Lo que sí es notable en ambos casos es el efecto negativo de las condiciones de contorno no suficientemente actualizadas, que para alcances de dos días pueden dar lugar a predicciones muy defectuosas.

*

Adapta muy bien las predicciones realizadas (sean buenas o