Mapas previstos de seudo reflectividad radar a partir de modelos numéricos de alta resolución

Por ejemplo, es posible obtener otras variables previstas como las observadas desde satélite, o sea, la radiancia medida por un satélite  como una imagen infrarroja o vapor de agua, o predecir la reflectividad equivalente de las zonas de precipitación como si hubiera un radar “dentro del modelo”. En este último caso son las  imágenes de seudo reflectividad. Ver imagen siguiente como ejemplos.

La reflectividad meteorológica de un blanco (zonas de precipitación, granizo, suelo, mar, etc.) es la capacidad que tiene un cuerpo o conjunto de elementos de reflejar la energía electromagnética con la que dicho blanco es iluminado por un radar, en especial los de tipo meteorológico.

Pseudo imagen infrarroja del canal IR10.8 en polar estereográfica, obtenida con las predicciones del CEPPM y  algoritmos de transferencia radiativa para el 8 de noviembre de 2009 prevista para las 06UTC. Fuente: SATREP ONLINE.

La capacidad reflectora se suele presentar en las imágenes convencionales de dBZ y en una escala adjunta, coloreada en función de la capacidad reflectora. En principio, a mayor capacidad reflectora mayor será la intensidad de precipitación, aunque esta relación no es tan simple y univoca. Se han obtenido relaciones que permiten comparar, de forma grosera, la cantidad de agua total condensada (de hielo, agua, nieve, granizo...) con dicha energía devuelta, y así obtener la reflectividad (dBZ) de un blanco. Esta relación, entre el agua condensada y la Z, está basada en suposiciones básicas que tienen en cuenta la densidad de partículas, distribución de tamaño, etc.

Los radares reales en tierra están sujetos a unas limitaciones inherentes a su posición, altura, obstáculos limítrofes, zonas de apantallamiento, curvatura del haz, etc. El radar de un supuesto modelo no está sujeto a dicas limitaciones.

Genración de imágenes previstas 

Para generar los campos de reflectividad a partir de modelos de muy alta resolución, como el MM5 o WRF, se usan los datos volumétricos del modelo creando una imagen 3D del agua condensada en cada punto de grid. Se usa un radar ficticio y matemático que ilumina al volumen tridimensional del modelo que da una supuesta distribución de gotitas y partículas de nieve, agua, hielo y granizo.

El algoritmo

El algoritmo aplicado a las salidas volumétricas del modelo seleccionado  usa las siguientes variables previstas relativas a las razones de mezcla (cantidad del meteoro considerado en Kg por cada Kg de aire) de:

• Nieve
• Hielo
• Vapor de agua
• Lluvia

Todas estas variables se convierten en una “cantidad condensada” usando la densidad de aire en cada punto. Se suman los 4 componentes y se calcula la seudo reflectividad equivalente que vería el supuesto radar en todos los puntos de grid. Lo que se obtiene al final es una matriz 3D de seudo reflectividades del modelo. Nótese que se obtiene una imagen 3D de reflectividades, sin incluir la cuarta variable de tiempo cronológico. Esta imagen es instantánea, a diferencia de la precipitación que la suele dar el modelo de forma acumulada en periodos horarios de 1,3, 6 12h, etc., de acumulación y en mm.

El producto final

El algoritmo, en el caso que nos ocupa y para generar el producto final, busca en la vertical de cada punto del grid el MÁXIMO DE REFLECTIVIDAD PREVISTA, y lo proyecta en el mapa en cada instante de la pasada del modelo. Se ajusta a los colores e intervalos asociados a las escalas de los radares americanos (red NEXRAD) para que el usuario americano lo familiarice con los productos radar reales.

Otros productos seudo radar a partir del modelo podría utilizar la reflectividad a un nivel dado de altura sobre el modelo.

Diferencia entre precipitación y campo de reflectividad

Mientras que el campo de reflectividad (medida en dBZ) es instantáneo y se basa en la cantidad condensada máxima de toda la precipitación prevista por el modelo (que puede o no puede llegar a la superficie), el campo de precipitación sólo tiene en cuenta la precipitación que llega al suelo del modelo y que previamente es parametrizada por unas ecuaciones físicas del modelo que tratan de simular los procesos de precipitación. El modelo va acumulando la precipitación en pasos de tiempo para generar una acumulación temporal. Normalmente se presentan campos de precipitación acumulada en intervalos de  1, 3 , 6,.. horas. El campo de precipitación acumulada se mide en mm/h o por cada paso de tiempo acumulado.

El campo instantáneo de seudo reflectividad recordará (pero no es igual) al campo de precipitación acumulada. Nunca serán los mismos.

El campo de reflectividad previsto puede, así, compararse con los campos de reflectividad reales en zonas donde existan datos de radar. En EEUU es muy útil esta comparación pues las escalas de colores de ambos productos son muy parecidas.

Ejemplos

1.- Situación del 22 de enero de 2003  12-15 UTC

Un sistema frontal asociado a una vaguada profunda barre la península de oeste a este. La nubosidad en forma de “coma” lleva asociada precipitaciones relativamente uniforme. Véase la secuencia de imágenes siguientes.

Imagen IR realzada de las 12 UTC. Nótese el paso de una estructura en “coma” muy activa por la Península. Fuente EUETSAT.

Imagen de seudo reflectividad, dBZ , según el modelo MM5  para las 15 UTC. Ver escala adjunta en la parte inferior derecha. Fuente AFWA.

Imagen de reflectividad, dBZ,  real compuesta mosaico nacional de INM-AEMET de las 12:20 UTC. Fuente: AEMET.

Precipitación acumulada en 3 h, de 12-15 UTC, según el modelo MM5 y coloreada con la escala adjunta. Fuente AFWA.

2.- Situación del 8 de noviembre de 2009 a las 06 UTC

Una borrasca no muy profunda a sur de Inglaterra y un potente anticiclón sobre las azores condiciona un canal de fuertes vientos  sobre el norte peninsular generando vientos con rachas superiores a los 100 Km./h y mar con olas de hasta 9 m. Otras regiones españolas se ven afectada por dicho temporal adverso. Véase la siguiente serie de imágenes.

Imagen IR de las 06 UTC. Fuente EUMETSA- sat24.com

Presión en superficie, hPa en linea amarilla , y espesores 500=1000 hPa en rojo y mgp,  previsto para las 06 UTC. Fuente AFWA.

Precipitación acumulada en 3 h, de 03-06 UTC, en pulgadas. Según modelo WRF y escala adjunta. Fuente AFWA.

Imagen de seudo reflectividad, dBZ , según el modelo WRF  para las 06 UTC. Ver escala adjunta en la parte inferior derecha. Fuente AFWA.

Imagen de reflectividad, dBZ,  real compuesta mosaico nacional de AEMET de las 06:00 UTC.  La “ruptura” de las estructuras de ecos ligados a la precipitación se deben o a la caída de uno de los radares españoles y a la no composición con los radares franceses. Fuente: AEMET.

Imagen radar de las 08:00 UTC composición europea donde se observan los ecos de precipitación coloreados más los rayos, +. Fuente Meteox.com

Conclusiones

Hoy en día a las salidas 3D, o 4D si se incluye en tiempo cronológico,  de los modelos numéricos de alta resolución es posible aplicarles algoritmos específicos para obtener variables observadas por imágenes de satélite o radar. De esta manera se pueden generar imágenes previstas de satélite en sus diferentes canales (IR, WV, etc.) o incluso imágenes previstas de reflectividad de un radar ideal que observará las salidas directas del modelo.

Estas últimas imágenes no son comparables directamente con las de precipitación prevista al ser las primeras instantáneas y las segundas acumuladas.

Información sobre generación de seudo imágenes radar suministrada por Telfeyan Bruce del AFWA/DNXT

Campos sobre Europa y seudo reflectividad

http://afweather.afwa.af.mil/weather/met/eu_mod_mm5_pre.html

http://westwind.ch/?page=mm5f