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CITMA INSTITUTO DE METEOROLOGÍA CENTRO DE FÍSICA DE LA ATMÓSFERA INFORME DE RESULTADO CIENTÍFICO SISTEMA DE PREDICCIÓN NUMÉRICA OCÉANO-ATMÓSFERA PARA LA REPÚBLICA DE CUBA AUTORES: Alexis Pérez Bello, Ida Mitrani Arenal, Oscar O. Díaz Rodríguez COLABORADORES: Israel Borrajero Montejo, Adrian Luis Ferrer, Maibys Sierra Lorenzo, Alejandro Vichot Llano, Yoandy Alonso Díaz, Yandy González Mayor, Daniel Martínez Castro, Abel Centella Artola, Arnoldo Bezanilla Morlot, Magdiel Carrasco Díaz, Alfredo Roque, Maydes Barcenas Castro, Amilcar Calzada Estrada, Mylene Jaen Cabrera, Orestes González Marrero, Maritza Ballester, Cecilia González Pedroso, Janny González, Edgardo Soler, Orlando Cordova, Reynaldo Baez Altamirano, Javier Bolufé Torres. LA HABANA 2014
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CITMA
INSTITUTO DE METEOROLOGIacuteA
CENTRO DE FIacuteSICA DE LA ATMOacuteSFERA
INFORME DE RESULTADO CIENTIacuteFICO
SISTEMA DE PREDICCIOacuteN NUMEacuteRICA OCEacuteANO-ATMOacuteSFERA
PARA LA REPUacuteBLICA DE CUBA
AUTORES Alexis Peacuterez Bello Ida Mitrani Arenal Oscar O Diacuteaz Rodriacuteguez
COLABORADORES Israel Borrajero Montejo Adrian Luis Ferrer Maibys Sierra Lorenzo
Alejandro Vichot Llano Yoandy Alonso Diacuteaz Yandy Gonzaacutelez Mayor Daniel Martiacutenez Castro Abel
Centella Artola Arnoldo Bezanilla Morlot Magdiel Carrasco Diacuteaz Alfredo Roque Maydes Barcenas
Castro Amilcar Calzada Estrada Mylene Jaen Cabrera Orestes Gonzaacutelez Marrero Maritza Ballester
Cecilia Gonzaacutelez Pedroso Janny Gonzaacutelez Edgardo Soler Orlando Cordova Reynaldo Baez Altamirano
Javier Bolufeacute Torres
LA HABANA
2014
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resumen 3
Introduccioacuten 4
Resentildea bibliograacutefica acerca de la utilizacioacuten de la prediccioacuten numeacuterica del tiempo 6
Aplicacioacuten de la modelacioacuten numeacuterica en la prediccioacuten del tiempo 6
Materiales y Meacutetodos 9
Modelos numeacutericos componentes del sistema 9
Datos batimeacutetricos utilizados 10
Dominios numeacutericos utilizados 10
Datos reales de referencia 11
Esquema de trabajo descripcioacuten 14
Resultados y discusioacuten 16
Productos que brinda el Sistema 17
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema 21
Conclusiones 28
Recomendaciones 29
Bibliografiacutea 30
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resumen
En este trabajo se presenta el disentildeo y desarrollo en su primera fase de un Sistema de Prediccioacuten
Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares Interamericanos y toda la zona costera de Cuba El
sistema esta conformado por los modelos numeacutericos de uacuteltima generacioacuten WRF (Weather Research and
Forecasting ) WAVEWATCH III (Third generation wave model ) SWAN (Simulating Wave Nearshore
) y ROMS (Regional Ocean Modeling System ) con pronoacutesticos hasta 72 horas de las principales
variables atmosfeacutericas y oceaacutenicas Como forzamiento atmosfeacuterico global es utilizado el modelo GFS
(Global Forecast System ) con 05 grados de resolucioacuten espacial del cual se extraen las condiciones
iniciales y de frontera para correr el WRF Como forzamiento oceaacutenico es utilizado el modelo HYCOM
(HYbrid Coordinate Ocean Model ) con 112 grados de resolucioacuten espacial para correr el ROMS El
sistema creado cuenta ademaacutes con programas de preprocesamiento y postprocesamiento de toda la
informacioacuten requerida y generada por cada uno de los modelos asiacute como mecanismos de
automatizacioacuten que garantizan su completa ejecucioacuten y operatividad Las salidas graacuteficas para su
despliegue y consulta son mostradas en un sitio web de forma praacutectica y faacutecil acceso para su uso en el
servicio meteoroloacutegico nacional En este trabajo se presenta ademaacutes una breve evaluacioacuten del
comportamiento del mismo para el periacuteodo del antildeo 2013 tomando como referencia estaciones
meteroloacutegicas de la red de estaciones de Cuba y datos en el oceacuteano procedentes de las boyas del NDBC
(National Data Buoy Center) de la NOAA
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Introduccioacuten
La presente investigacioacuten se desarrolloacute en el marco del Proyecto propio (Asimilacioacuten de modelos
numeacutericos regionales para representar la circulacioacuten atmosfeacuterica y oceaacutenica en los Mares
Interamericanos y Aguas Cubanas ) En el texto se describe la combinacioacuten de un modelo atmosfeacuterico
a mesoescala WRF dos modelos de oleaje WW3 y SWAN asiacute como un modelo de circulacioacuten
oceaacutenica ROMS y su aplicacioacuten en conjunto para la prediccioacuten del estado del tiempo y la dinaacutemica
oceaacutenica en los mares que rodean al territorio cubano El colectivo de autores pertenece al Centro de
Fiacutesica de la Atmoacutesfera del Instituto de Meteorologiacutea
El conocimiento acerca del estado del tiempo para los proacuteximos dias es siempre un pregunta presente
en el mayor porciento de la poblacioacuten En los uacuteltimos antildeos debido al incremento del equipamiento
computacional y los meacutetodos de observacioacuten asiacute como el rendimiento de los modelos numeacutericos de
prediccioacuten del tiempo es posible brindar resultados con buena resolucioacuten espacial y complejidad en la
fiacutesica simulada (Warner JC et al 2010 BS Powell et al 2009) Este desarrollo alcanzado en la
complejidad de los modelos puede contribuir satisfactoriamente a que esa repuesta anhelada por la
poblacioacuten sea cada vez maacutes aceptable y precisa
En el centro de Fiacutesica de la Atmoacutesfera del Instituto de Meteorologiacutea se cuenta con gran experiencia
previa acerca del uso de modelos numeacutericos de uacuteltima generacioacuten para contribuir al pronoacutestico del
tiempo Desde el 2007 el modelo MM5V3 (Fifth Generation Mesoscale Model) se encuentra corriendo
dos veces por diacutea (00Z y 12Z) para 72 horas de pronoacutestico con una configuracioacuten de 3 dominios
(81km 27km 9km) con todo el proceso completamente automatizado (Mitrani et al 2010) Esta
configuracioacuten fue usada ademaacutes en combinacioacuten con el modelo WAVEWATCH III para predecir el
oleaje en aguas profundas ante la presencia de huracanes (Mitrani et al 2011) Posteriormente fue
incluido el modelo SWAN para predecir el oleaje en aguas pocos profundas en combinacioacuten con el
MM5V3 y el WAVEWATCH III antes mencionados (Peacuterez y Mitrani 2013) La constante necesidad de
poder contar con herramientas numeacutericas que tributen al pronoacutestico del tiempo no solo ante la
presencia de eventos extremos sino tambieacuten en condiciones habituales tanto para la atmoacutesfera como
para el oceacuteano constituyoacute la principal motivacioacuten para la creacioacuten de este trabajo
Problema de investigacioacuten iquest Como disentildear y desarrollar un sistema de prediccioacuten Oceacuteano-
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Atmoacutesfera capaz de generar resultados aceptables y que puedan ser utilizados en el pronoacutestico
operativo del Instituto de Meteorologiacutea
Hipoacutetesis de la investigacioacuten Es posible mediante la combinacioacuten de modelos atmosfeacutericos de
oleaje y de circulacioacuten oceaacutenica obtener un pronoacutestico de la atmoacutesfera y el oceacuteano en los mares
Interamericanos aguas cubanas y puntos de intereacutes de las costas de Cuba completamente automatizado
para el uso de los pronosticadores
Objetivo General Crear un sistema de prediccioacuten numeacuterica Oceacuteano- Atmoacutesfera capaz de brindar
productos graacuteficos y numeacutericos que puedan ser utilizados en el pronoacutestico operativo del Instituto de
Meteorologiacutea
Objetivos especiacuteficos
-Asimilar y combinar los modelos numeacutericos WRF WAVEWATCH III SWAN y ROMS
-Pronosticar el estado del tiempo los elementos de ola y la circulacioacuten marina en los mares
Interamericanos y Cuba mediante modelacioacuten numeacuterica para corto y mediano plazo
-Elaborar algoritmos de preprocesamiento y postprocesamiento de salidas graacuteficas de aplicacioacuten en el
trabajo operativo del INSMET
-Elaborar un sitio web en el cual se muestren los pronoacutesticos numeacutericos de forma praacutectica y faacutecil
acceso para su uso en el servicio meteoroloacutegico nacional
-Evaluar de forma preliminar las salidas numeacutericas con valores registrados por las boyas de la NOAA
asiacute como estaciones meteoroloacutegicas de la red nacional
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resentildea bibliograacutefica acerca de la utilizacioacuten de la prediccioacuten numeacuterica del tiempo
Aplicacioacuten de la modelacioacuten numeacuterica en la prediccioacuten del tiempo
En la deacutecada de los 50 comienza a escala internacional la utilizacioacuten de los modelos numeacutericos
macroescalares para el pronoacutestico del tiempo y del movimiento de los ciclones tropicales Ya en la
deacutecada de los sesenta del Siglo XX existiacutean antecedentes en el Instituto de Meteorologiacutea (INSMET) de
la utilizacioacuten de modelos de circulacioacuten atmosfeacuterica en los pronoacutesticos operativos Los primeros pasos
fueron dados en colaboracioacuten con especialistas rusos se hicieron algunos experimentos con el modelo
barocliacutenico adiabaacutetico de dos niveles de Bortnikov (1968) y fue incorporado a la praacutectica operativa de
los pronoacutesticos del estado del tiempo el modelo barotroacutepico con ecuaciones filtradas descrito por
Sitnikov (1969) Maacutes tarde en el trabajo operativo del INSMET se utilizoacute el modelo barotroacutepico de
Peacuterez Parrado et al (1989) Paralelo a este en la deacutecada de los 80 se desarrolloacute la versioacuten adiabaacutetica de
un modelo barocliacutenico de cuatro niveles por parte de Svidrinsky et al (1989)
Dada la importancia de los factores diabaacuteticos en los fenoacutemenos meteoroloacutegicos de la zona tropical
surge la necesidad de perfeccionar este modelo barocliacutenico con la incorporacioacuten de los efectos de los
procesos de menor escala Esta tarea constituyoacute la tesis de doctorado de Mitrani (1992) lograacutendose la
elaboracioacuten de un modelo diabaacutetico de cuatro niveles para pronoacutesticos a corto plazo el cual
posteriormente se incorporoacute al trabajo operativo del INSMET (Mitrani 1995)
Los modelos de baja resolucioacuten presentaron siempre la limitacioacuten de no describir con suficiente
efectividad los campos meteoroloacutegicos pero su elaboracioacuten constituyoacute una gran escuela para los
especialistas en el tema de modelacioacuten dinaacutemica de la atmoacutesfera Pasada esta etapa de aprendizaje
como paso posterior loacutegico se presenta la necesidad de investigar las posibilidades de aplicacioacuten de
modelos de alta resolucioacuten en el territorio nacional apelando a recursos modestos acordes con la
realidad econoacutemica del paiacutes Los especialistas cubanos en colaboracioacuten con investigadores del Centro
de Ciencias de la Atmoacutesfera de la Universidad Autoacutenoma de Meacutexico (CCAUNAM) estudiaron las
posibilidades del modelo de aacuterea limitada MM5 (Anthes and Warner 1978 PSUNCAR 1996
20002006)
Los primeros trabajos que describen al modelo a mesoescala procedente de PSUNCAR (Pennsylvania
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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State University National Center for Atmospheric Research) se remontan al final de la deacutecada de los
70 presentaba como tarea fundamental el estudio de dispersioacuten de contaminantes entre otros
fenoacutemenos a mesoescala (Anthes and Warner 1978) Posteriormente el modelo se fue mejorado y sus
posibilidades se ampliaron hacia tareas de prediccioacuten del tiempo (Anthes et al 1987) Ya en los 90
aparece en su variante de Modelo de Mesoescala de Quinta Generacioacuten MM5 (Fifth-generation
Mesoscale Modeling System) con posibilidades maacutes universales En esta su primera versioacuten MM5V1
soacutelo funcionaba en supercomputadoras del tipo CRAY (Grell et al 1994) Maacutes tarde al aparecer la
segunda versioacuten (MM5V2) se pudo adecuar sus coacutedigos para una estacioacuten de trabajo sobre plataforma
UNIX (PSUNCAR 1996) En estos antildeos el uso de este modelo se universaliza dada la calidad de sus
resultados en prediccioacuten y simulaciones de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y regional En junio
de 1998 investigadores de CCAUNAM generaron una variante del MM5V2 para computadora
personal (Peacuterez y Magantildea 1998) Esta opcioacuten fue muy conveniente por las posibilidades que ofrece a
los potenciales usuarios que disponen solo de una infraestructura de coacutemputo basada en computadoras
personales El MM5V2 que estaacute disentildeado en lenguaje FORTRAN fue instalado en una PC Pentium II
a 300 MHz con 64 Mb en RAM y el sistema operativo LINUX para simular la circulacioacuten atmosfeacuterica
sobre el territorio mexicano y parte del Golfo de Meacutexico y del Caribe Posteriormente se adaptoacute a las
condiciones del territorio cubano como fruto de la colaboracioacuten de especialistas de ambos paiacuteses Ya en
septiembre-octubre de 1998 se realizaron los primeros experimentos de prediccioacuten del tiempo a corto
plazo al paso de los huracanes ldquoGeorgesrdquo ldquoMitchrdquo de sistemas frontales y de ondas tropicales (Mitrani
y Peacuterez 1999)
Entre julio del 2001 y julio del 2002 se ejecutoacute en el INSMET el proyecto IAIPESCA ldquoAplicacioacuten de
modelos numeacutericos de alta resolucioacuten en la simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y
regional en aacutereas del Cariberdquo Con la ejecucioacuten de este proyecto se logroacute la asimilacioacuten total para las
condiciones de Cuba del modelo atmosfeacuterico de alta resolucioacuten MM5V3 que constituye una valiosa
herramienta para el mejoramiento de la prediccioacuten del tiempo sobre el aacuterea de intereacutes y para la
simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala regional y local en escenarios prefijados Se
realizaron corridas experimentales en el aacuterea de intereacutes en condiciones habituales del tiempo al paso de
eventos extremos como ondas y ciclones tropicales y en condiciones climaacuteticas anoacutemalas Se logroacute
utilizar MM5V3 para el pronoacutestico de trayectoria de huracanes y de los fenoacutemenos severos que los
acompantildean como son las aacutereas de lluvia y los fuertes vientos imprescindibles en la prediccioacuten de las
inundaciones costeras fluviales y pluviales
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Al asignaacutersele al INSMET el desarrollo de un proyecto de lluvia provocada se presenta la necesidad de
poner operativos los modelos de mesoescala a tiempo completo Acorde con los recursos
computacionales disponibles desde julio del 2005 se logroacute poner operativo MM5V37 en PC con todo
el proceso de automatizacioacuten realizado por especialistas del CFAINSMET
En el antildeo 2007 se mejora la configuracioacuten de MM5V3 al pasarse a tres dominios de 81 27 y 9 Km de
resolucioacuten con todo el proceso automatizado Esta es la forma en que se corre actualmente en el
INSMET
La experiencia de trabajo con MM5V3 mostroacute que este modelo no mejora notablemente en efectividad
a pesar de que el paso espacial se redujo en menos de 10 Km (Mitrani et al 2010) por lo que resulta
inadecuado para la prediccioacuten de tormentas locales severas y tornados Esta dificultad limita la
incorporacioacuten de parametrizaciones de procesos diabaacuteticos a escala local
En antildeos posteriores se adquirioacute experiencia en el trabajo con WRF y WW3 para la costa occidental de
la Repuacuteblica de Meacutexico (Mitrani et al 2012) al paso de tres huracanes que generaron inundaciones en
la regioacuten de estudio
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
2
Resumen 3
Introduccioacuten 4
Resentildea bibliograacutefica acerca de la utilizacioacuten de la prediccioacuten numeacuterica del tiempo 6
Aplicacioacuten de la modelacioacuten numeacuterica en la prediccioacuten del tiempo 6
Materiales y Meacutetodos 9
Modelos numeacutericos componentes del sistema 9
Datos batimeacutetricos utilizados 10
Dominios numeacutericos utilizados 10
Datos reales de referencia 11
Esquema de trabajo descripcioacuten 14
Resultados y discusioacuten 16
Productos que brinda el Sistema 17
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema 21
Conclusiones 28
Recomendaciones 29
Bibliografiacutea 30
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
3
Resumen
En este trabajo se presenta el disentildeo y desarrollo en su primera fase de un Sistema de Prediccioacuten
Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares Interamericanos y toda la zona costera de Cuba El
sistema esta conformado por los modelos numeacutericos de uacuteltima generacioacuten WRF (Weather Research and
Forecasting ) WAVEWATCH III (Third generation wave model ) SWAN (Simulating Wave Nearshore
) y ROMS (Regional Ocean Modeling System ) con pronoacutesticos hasta 72 horas de las principales
variables atmosfeacutericas y oceaacutenicas Como forzamiento atmosfeacuterico global es utilizado el modelo GFS
(Global Forecast System ) con 05 grados de resolucioacuten espacial del cual se extraen las condiciones
iniciales y de frontera para correr el WRF Como forzamiento oceaacutenico es utilizado el modelo HYCOM
(HYbrid Coordinate Ocean Model ) con 112 grados de resolucioacuten espacial para correr el ROMS El
sistema creado cuenta ademaacutes con programas de preprocesamiento y postprocesamiento de toda la
informacioacuten requerida y generada por cada uno de los modelos asiacute como mecanismos de
automatizacioacuten que garantizan su completa ejecucioacuten y operatividad Las salidas graacuteficas para su
despliegue y consulta son mostradas en un sitio web de forma praacutectica y faacutecil acceso para su uso en el
servicio meteoroloacutegico nacional En este trabajo se presenta ademaacutes una breve evaluacioacuten del
comportamiento del mismo para el periacuteodo del antildeo 2013 tomando como referencia estaciones
meteroloacutegicas de la red de estaciones de Cuba y datos en el oceacuteano procedentes de las boyas del NDBC
(National Data Buoy Center) de la NOAA
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
4
Introduccioacuten
La presente investigacioacuten se desarrolloacute en el marco del Proyecto propio (Asimilacioacuten de modelos
numeacutericos regionales para representar la circulacioacuten atmosfeacuterica y oceaacutenica en los Mares
Interamericanos y Aguas Cubanas ) En el texto se describe la combinacioacuten de un modelo atmosfeacuterico
a mesoescala WRF dos modelos de oleaje WW3 y SWAN asiacute como un modelo de circulacioacuten
oceaacutenica ROMS y su aplicacioacuten en conjunto para la prediccioacuten del estado del tiempo y la dinaacutemica
oceaacutenica en los mares que rodean al territorio cubano El colectivo de autores pertenece al Centro de
Fiacutesica de la Atmoacutesfera del Instituto de Meteorologiacutea
El conocimiento acerca del estado del tiempo para los proacuteximos dias es siempre un pregunta presente
en el mayor porciento de la poblacioacuten En los uacuteltimos antildeos debido al incremento del equipamiento
computacional y los meacutetodos de observacioacuten asiacute como el rendimiento de los modelos numeacutericos de
prediccioacuten del tiempo es posible brindar resultados con buena resolucioacuten espacial y complejidad en la
fiacutesica simulada (Warner JC et al 2010 BS Powell et al 2009) Este desarrollo alcanzado en la
complejidad de los modelos puede contribuir satisfactoriamente a que esa repuesta anhelada por la
poblacioacuten sea cada vez maacutes aceptable y precisa
En el centro de Fiacutesica de la Atmoacutesfera del Instituto de Meteorologiacutea se cuenta con gran experiencia
previa acerca del uso de modelos numeacutericos de uacuteltima generacioacuten para contribuir al pronoacutestico del
tiempo Desde el 2007 el modelo MM5V3 (Fifth Generation Mesoscale Model) se encuentra corriendo
dos veces por diacutea (00Z y 12Z) para 72 horas de pronoacutestico con una configuracioacuten de 3 dominios
(81km 27km 9km) con todo el proceso completamente automatizado (Mitrani et al 2010) Esta
configuracioacuten fue usada ademaacutes en combinacioacuten con el modelo WAVEWATCH III para predecir el
oleaje en aguas profundas ante la presencia de huracanes (Mitrani et al 2011) Posteriormente fue
incluido el modelo SWAN para predecir el oleaje en aguas pocos profundas en combinacioacuten con el
MM5V3 y el WAVEWATCH III antes mencionados (Peacuterez y Mitrani 2013) La constante necesidad de
poder contar con herramientas numeacutericas que tributen al pronoacutestico del tiempo no solo ante la
presencia de eventos extremos sino tambieacuten en condiciones habituales tanto para la atmoacutesfera como
para el oceacuteano constituyoacute la principal motivacioacuten para la creacioacuten de este trabajo
Problema de investigacioacuten iquest Como disentildear y desarrollar un sistema de prediccioacuten Oceacuteano-
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
5
Atmoacutesfera capaz de generar resultados aceptables y que puedan ser utilizados en el pronoacutestico
operativo del Instituto de Meteorologiacutea
Hipoacutetesis de la investigacioacuten Es posible mediante la combinacioacuten de modelos atmosfeacutericos de
oleaje y de circulacioacuten oceaacutenica obtener un pronoacutestico de la atmoacutesfera y el oceacuteano en los mares
Interamericanos aguas cubanas y puntos de intereacutes de las costas de Cuba completamente automatizado
para el uso de los pronosticadores
Objetivo General Crear un sistema de prediccioacuten numeacuterica Oceacuteano- Atmoacutesfera capaz de brindar
productos graacuteficos y numeacutericos que puedan ser utilizados en el pronoacutestico operativo del Instituto de
Meteorologiacutea
Objetivos especiacuteficos
-Asimilar y combinar los modelos numeacutericos WRF WAVEWATCH III SWAN y ROMS
-Pronosticar el estado del tiempo los elementos de ola y la circulacioacuten marina en los mares
Interamericanos y Cuba mediante modelacioacuten numeacuterica para corto y mediano plazo
-Elaborar algoritmos de preprocesamiento y postprocesamiento de salidas graacuteficas de aplicacioacuten en el
trabajo operativo del INSMET
-Elaborar un sitio web en el cual se muestren los pronoacutesticos numeacutericos de forma praacutectica y faacutecil
acceso para su uso en el servicio meteoroloacutegico nacional
-Evaluar de forma preliminar las salidas numeacutericas con valores registrados por las boyas de la NOAA
asiacute como estaciones meteoroloacutegicas de la red nacional
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
6
Resentildea bibliograacutefica acerca de la utilizacioacuten de la prediccioacuten numeacuterica del tiempo
Aplicacioacuten de la modelacioacuten numeacuterica en la prediccioacuten del tiempo
En la deacutecada de los 50 comienza a escala internacional la utilizacioacuten de los modelos numeacutericos
macroescalares para el pronoacutestico del tiempo y del movimiento de los ciclones tropicales Ya en la
deacutecada de los sesenta del Siglo XX existiacutean antecedentes en el Instituto de Meteorologiacutea (INSMET) de
la utilizacioacuten de modelos de circulacioacuten atmosfeacuterica en los pronoacutesticos operativos Los primeros pasos
fueron dados en colaboracioacuten con especialistas rusos se hicieron algunos experimentos con el modelo
barocliacutenico adiabaacutetico de dos niveles de Bortnikov (1968) y fue incorporado a la praacutectica operativa de
los pronoacutesticos del estado del tiempo el modelo barotroacutepico con ecuaciones filtradas descrito por
Sitnikov (1969) Maacutes tarde en el trabajo operativo del INSMET se utilizoacute el modelo barotroacutepico de
Peacuterez Parrado et al (1989) Paralelo a este en la deacutecada de los 80 se desarrolloacute la versioacuten adiabaacutetica de
un modelo barocliacutenico de cuatro niveles por parte de Svidrinsky et al (1989)
Dada la importancia de los factores diabaacuteticos en los fenoacutemenos meteoroloacutegicos de la zona tropical
surge la necesidad de perfeccionar este modelo barocliacutenico con la incorporacioacuten de los efectos de los
procesos de menor escala Esta tarea constituyoacute la tesis de doctorado de Mitrani (1992) lograacutendose la
elaboracioacuten de un modelo diabaacutetico de cuatro niveles para pronoacutesticos a corto plazo el cual
posteriormente se incorporoacute al trabajo operativo del INSMET (Mitrani 1995)
Los modelos de baja resolucioacuten presentaron siempre la limitacioacuten de no describir con suficiente
efectividad los campos meteoroloacutegicos pero su elaboracioacuten constituyoacute una gran escuela para los
especialistas en el tema de modelacioacuten dinaacutemica de la atmoacutesfera Pasada esta etapa de aprendizaje
como paso posterior loacutegico se presenta la necesidad de investigar las posibilidades de aplicacioacuten de
modelos de alta resolucioacuten en el territorio nacional apelando a recursos modestos acordes con la
realidad econoacutemica del paiacutes Los especialistas cubanos en colaboracioacuten con investigadores del Centro
de Ciencias de la Atmoacutesfera de la Universidad Autoacutenoma de Meacutexico (CCAUNAM) estudiaron las
posibilidades del modelo de aacuterea limitada MM5 (Anthes and Warner 1978 PSUNCAR 1996
20002006)
Los primeros trabajos que describen al modelo a mesoescala procedente de PSUNCAR (Pennsylvania
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
7
State University National Center for Atmospheric Research) se remontan al final de la deacutecada de los
70 presentaba como tarea fundamental el estudio de dispersioacuten de contaminantes entre otros
fenoacutemenos a mesoescala (Anthes and Warner 1978) Posteriormente el modelo se fue mejorado y sus
posibilidades se ampliaron hacia tareas de prediccioacuten del tiempo (Anthes et al 1987) Ya en los 90
aparece en su variante de Modelo de Mesoescala de Quinta Generacioacuten MM5 (Fifth-generation
Mesoscale Modeling System) con posibilidades maacutes universales En esta su primera versioacuten MM5V1
soacutelo funcionaba en supercomputadoras del tipo CRAY (Grell et al 1994) Maacutes tarde al aparecer la
segunda versioacuten (MM5V2) se pudo adecuar sus coacutedigos para una estacioacuten de trabajo sobre plataforma
UNIX (PSUNCAR 1996) En estos antildeos el uso de este modelo se universaliza dada la calidad de sus
resultados en prediccioacuten y simulaciones de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y regional En junio
de 1998 investigadores de CCAUNAM generaron una variante del MM5V2 para computadora
personal (Peacuterez y Magantildea 1998) Esta opcioacuten fue muy conveniente por las posibilidades que ofrece a
los potenciales usuarios que disponen solo de una infraestructura de coacutemputo basada en computadoras
personales El MM5V2 que estaacute disentildeado en lenguaje FORTRAN fue instalado en una PC Pentium II
a 300 MHz con 64 Mb en RAM y el sistema operativo LINUX para simular la circulacioacuten atmosfeacuterica
sobre el territorio mexicano y parte del Golfo de Meacutexico y del Caribe Posteriormente se adaptoacute a las
condiciones del territorio cubano como fruto de la colaboracioacuten de especialistas de ambos paiacuteses Ya en
septiembre-octubre de 1998 se realizaron los primeros experimentos de prediccioacuten del tiempo a corto
plazo al paso de los huracanes ldquoGeorgesrdquo ldquoMitchrdquo de sistemas frontales y de ondas tropicales (Mitrani
y Peacuterez 1999)
Entre julio del 2001 y julio del 2002 se ejecutoacute en el INSMET el proyecto IAIPESCA ldquoAplicacioacuten de
modelos numeacutericos de alta resolucioacuten en la simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y
regional en aacutereas del Cariberdquo Con la ejecucioacuten de este proyecto se logroacute la asimilacioacuten total para las
condiciones de Cuba del modelo atmosfeacuterico de alta resolucioacuten MM5V3 que constituye una valiosa
herramienta para el mejoramiento de la prediccioacuten del tiempo sobre el aacuterea de intereacutes y para la
simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala regional y local en escenarios prefijados Se
realizaron corridas experimentales en el aacuterea de intereacutes en condiciones habituales del tiempo al paso de
eventos extremos como ondas y ciclones tropicales y en condiciones climaacuteticas anoacutemalas Se logroacute
utilizar MM5V3 para el pronoacutestico de trayectoria de huracanes y de los fenoacutemenos severos que los
acompantildean como son las aacutereas de lluvia y los fuertes vientos imprescindibles en la prediccioacuten de las
inundaciones costeras fluviales y pluviales
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
8
Al asignaacutersele al INSMET el desarrollo de un proyecto de lluvia provocada se presenta la necesidad de
poner operativos los modelos de mesoescala a tiempo completo Acorde con los recursos
computacionales disponibles desde julio del 2005 se logroacute poner operativo MM5V37 en PC con todo
el proceso de automatizacioacuten realizado por especialistas del CFAINSMET
En el antildeo 2007 se mejora la configuracioacuten de MM5V3 al pasarse a tres dominios de 81 27 y 9 Km de
resolucioacuten con todo el proceso automatizado Esta es la forma en que se corre actualmente en el
INSMET
La experiencia de trabajo con MM5V3 mostroacute que este modelo no mejora notablemente en efectividad
a pesar de que el paso espacial se redujo en menos de 10 Km (Mitrani et al 2010) por lo que resulta
inadecuado para la prediccioacuten de tormentas locales severas y tornados Esta dificultad limita la
incorporacioacuten de parametrizaciones de procesos diabaacuteticos a escala local
En antildeos posteriores se adquirioacute experiencia en el trabajo con WRF y WW3 para la costa occidental de
la Repuacuteblica de Meacutexico (Mitrani et al 2012) al paso de tres huracanes que generaron inundaciones en
la regioacuten de estudio
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
9
Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
10
SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
3
Resumen
En este trabajo se presenta el disentildeo y desarrollo en su primera fase de un Sistema de Prediccioacuten
Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares Interamericanos y toda la zona costera de Cuba El
sistema esta conformado por los modelos numeacutericos de uacuteltima generacioacuten WRF (Weather Research and
Forecasting ) WAVEWATCH III (Third generation wave model ) SWAN (Simulating Wave Nearshore
) y ROMS (Regional Ocean Modeling System ) con pronoacutesticos hasta 72 horas de las principales
variables atmosfeacutericas y oceaacutenicas Como forzamiento atmosfeacuterico global es utilizado el modelo GFS
(Global Forecast System ) con 05 grados de resolucioacuten espacial del cual se extraen las condiciones
iniciales y de frontera para correr el WRF Como forzamiento oceaacutenico es utilizado el modelo HYCOM
(HYbrid Coordinate Ocean Model ) con 112 grados de resolucioacuten espacial para correr el ROMS El
sistema creado cuenta ademaacutes con programas de preprocesamiento y postprocesamiento de toda la
informacioacuten requerida y generada por cada uno de los modelos asiacute como mecanismos de
automatizacioacuten que garantizan su completa ejecucioacuten y operatividad Las salidas graacuteficas para su
despliegue y consulta son mostradas en un sitio web de forma praacutectica y faacutecil acceso para su uso en el
servicio meteoroloacutegico nacional En este trabajo se presenta ademaacutes una breve evaluacioacuten del
comportamiento del mismo para el periacuteodo del antildeo 2013 tomando como referencia estaciones
meteroloacutegicas de la red de estaciones de Cuba y datos en el oceacuteano procedentes de las boyas del NDBC
(National Data Buoy Center) de la NOAA
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
4
Introduccioacuten
La presente investigacioacuten se desarrolloacute en el marco del Proyecto propio (Asimilacioacuten de modelos
numeacutericos regionales para representar la circulacioacuten atmosfeacuterica y oceaacutenica en los Mares
Interamericanos y Aguas Cubanas ) En el texto se describe la combinacioacuten de un modelo atmosfeacuterico
a mesoescala WRF dos modelos de oleaje WW3 y SWAN asiacute como un modelo de circulacioacuten
oceaacutenica ROMS y su aplicacioacuten en conjunto para la prediccioacuten del estado del tiempo y la dinaacutemica
oceaacutenica en los mares que rodean al territorio cubano El colectivo de autores pertenece al Centro de
Fiacutesica de la Atmoacutesfera del Instituto de Meteorologiacutea
El conocimiento acerca del estado del tiempo para los proacuteximos dias es siempre un pregunta presente
en el mayor porciento de la poblacioacuten En los uacuteltimos antildeos debido al incremento del equipamiento
computacional y los meacutetodos de observacioacuten asiacute como el rendimiento de los modelos numeacutericos de
prediccioacuten del tiempo es posible brindar resultados con buena resolucioacuten espacial y complejidad en la
fiacutesica simulada (Warner JC et al 2010 BS Powell et al 2009) Este desarrollo alcanzado en la
complejidad de los modelos puede contribuir satisfactoriamente a que esa repuesta anhelada por la
poblacioacuten sea cada vez maacutes aceptable y precisa
En el centro de Fiacutesica de la Atmoacutesfera del Instituto de Meteorologiacutea se cuenta con gran experiencia
previa acerca del uso de modelos numeacutericos de uacuteltima generacioacuten para contribuir al pronoacutestico del
tiempo Desde el 2007 el modelo MM5V3 (Fifth Generation Mesoscale Model) se encuentra corriendo
dos veces por diacutea (00Z y 12Z) para 72 horas de pronoacutestico con una configuracioacuten de 3 dominios
(81km 27km 9km) con todo el proceso completamente automatizado (Mitrani et al 2010) Esta
configuracioacuten fue usada ademaacutes en combinacioacuten con el modelo WAVEWATCH III para predecir el
oleaje en aguas profundas ante la presencia de huracanes (Mitrani et al 2011) Posteriormente fue
incluido el modelo SWAN para predecir el oleaje en aguas pocos profundas en combinacioacuten con el
MM5V3 y el WAVEWATCH III antes mencionados (Peacuterez y Mitrani 2013) La constante necesidad de
poder contar con herramientas numeacutericas que tributen al pronoacutestico del tiempo no solo ante la
presencia de eventos extremos sino tambieacuten en condiciones habituales tanto para la atmoacutesfera como
para el oceacuteano constituyoacute la principal motivacioacuten para la creacioacuten de este trabajo
Problema de investigacioacuten iquest Como disentildear y desarrollar un sistema de prediccioacuten Oceacuteano-
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
5
Atmoacutesfera capaz de generar resultados aceptables y que puedan ser utilizados en el pronoacutestico
operativo del Instituto de Meteorologiacutea
Hipoacutetesis de la investigacioacuten Es posible mediante la combinacioacuten de modelos atmosfeacutericos de
oleaje y de circulacioacuten oceaacutenica obtener un pronoacutestico de la atmoacutesfera y el oceacuteano en los mares
Interamericanos aguas cubanas y puntos de intereacutes de las costas de Cuba completamente automatizado
para el uso de los pronosticadores
Objetivo General Crear un sistema de prediccioacuten numeacuterica Oceacuteano- Atmoacutesfera capaz de brindar
productos graacuteficos y numeacutericos que puedan ser utilizados en el pronoacutestico operativo del Instituto de
Meteorologiacutea
Objetivos especiacuteficos
-Asimilar y combinar los modelos numeacutericos WRF WAVEWATCH III SWAN y ROMS
-Pronosticar el estado del tiempo los elementos de ola y la circulacioacuten marina en los mares
Interamericanos y Cuba mediante modelacioacuten numeacuterica para corto y mediano plazo
-Elaborar algoritmos de preprocesamiento y postprocesamiento de salidas graacuteficas de aplicacioacuten en el
trabajo operativo del INSMET
-Elaborar un sitio web en el cual se muestren los pronoacutesticos numeacutericos de forma praacutectica y faacutecil
acceso para su uso en el servicio meteoroloacutegico nacional
-Evaluar de forma preliminar las salidas numeacutericas con valores registrados por las boyas de la NOAA
asiacute como estaciones meteoroloacutegicas de la red nacional
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
6
Resentildea bibliograacutefica acerca de la utilizacioacuten de la prediccioacuten numeacuterica del tiempo
Aplicacioacuten de la modelacioacuten numeacuterica en la prediccioacuten del tiempo
En la deacutecada de los 50 comienza a escala internacional la utilizacioacuten de los modelos numeacutericos
macroescalares para el pronoacutestico del tiempo y del movimiento de los ciclones tropicales Ya en la
deacutecada de los sesenta del Siglo XX existiacutean antecedentes en el Instituto de Meteorologiacutea (INSMET) de
la utilizacioacuten de modelos de circulacioacuten atmosfeacuterica en los pronoacutesticos operativos Los primeros pasos
fueron dados en colaboracioacuten con especialistas rusos se hicieron algunos experimentos con el modelo
barocliacutenico adiabaacutetico de dos niveles de Bortnikov (1968) y fue incorporado a la praacutectica operativa de
los pronoacutesticos del estado del tiempo el modelo barotroacutepico con ecuaciones filtradas descrito por
Sitnikov (1969) Maacutes tarde en el trabajo operativo del INSMET se utilizoacute el modelo barotroacutepico de
Peacuterez Parrado et al (1989) Paralelo a este en la deacutecada de los 80 se desarrolloacute la versioacuten adiabaacutetica de
un modelo barocliacutenico de cuatro niveles por parte de Svidrinsky et al (1989)
Dada la importancia de los factores diabaacuteticos en los fenoacutemenos meteoroloacutegicos de la zona tropical
surge la necesidad de perfeccionar este modelo barocliacutenico con la incorporacioacuten de los efectos de los
procesos de menor escala Esta tarea constituyoacute la tesis de doctorado de Mitrani (1992) lograacutendose la
elaboracioacuten de un modelo diabaacutetico de cuatro niveles para pronoacutesticos a corto plazo el cual
posteriormente se incorporoacute al trabajo operativo del INSMET (Mitrani 1995)
Los modelos de baja resolucioacuten presentaron siempre la limitacioacuten de no describir con suficiente
efectividad los campos meteoroloacutegicos pero su elaboracioacuten constituyoacute una gran escuela para los
especialistas en el tema de modelacioacuten dinaacutemica de la atmoacutesfera Pasada esta etapa de aprendizaje
como paso posterior loacutegico se presenta la necesidad de investigar las posibilidades de aplicacioacuten de
modelos de alta resolucioacuten en el territorio nacional apelando a recursos modestos acordes con la
realidad econoacutemica del paiacutes Los especialistas cubanos en colaboracioacuten con investigadores del Centro
de Ciencias de la Atmoacutesfera de la Universidad Autoacutenoma de Meacutexico (CCAUNAM) estudiaron las
posibilidades del modelo de aacuterea limitada MM5 (Anthes and Warner 1978 PSUNCAR 1996
20002006)
Los primeros trabajos que describen al modelo a mesoescala procedente de PSUNCAR (Pennsylvania
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
7
State University National Center for Atmospheric Research) se remontan al final de la deacutecada de los
70 presentaba como tarea fundamental el estudio de dispersioacuten de contaminantes entre otros
fenoacutemenos a mesoescala (Anthes and Warner 1978) Posteriormente el modelo se fue mejorado y sus
posibilidades se ampliaron hacia tareas de prediccioacuten del tiempo (Anthes et al 1987) Ya en los 90
aparece en su variante de Modelo de Mesoescala de Quinta Generacioacuten MM5 (Fifth-generation
Mesoscale Modeling System) con posibilidades maacutes universales En esta su primera versioacuten MM5V1
soacutelo funcionaba en supercomputadoras del tipo CRAY (Grell et al 1994) Maacutes tarde al aparecer la
segunda versioacuten (MM5V2) se pudo adecuar sus coacutedigos para una estacioacuten de trabajo sobre plataforma
UNIX (PSUNCAR 1996) En estos antildeos el uso de este modelo se universaliza dada la calidad de sus
resultados en prediccioacuten y simulaciones de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y regional En junio
de 1998 investigadores de CCAUNAM generaron una variante del MM5V2 para computadora
personal (Peacuterez y Magantildea 1998) Esta opcioacuten fue muy conveniente por las posibilidades que ofrece a
los potenciales usuarios que disponen solo de una infraestructura de coacutemputo basada en computadoras
personales El MM5V2 que estaacute disentildeado en lenguaje FORTRAN fue instalado en una PC Pentium II
a 300 MHz con 64 Mb en RAM y el sistema operativo LINUX para simular la circulacioacuten atmosfeacuterica
sobre el territorio mexicano y parte del Golfo de Meacutexico y del Caribe Posteriormente se adaptoacute a las
condiciones del territorio cubano como fruto de la colaboracioacuten de especialistas de ambos paiacuteses Ya en
septiembre-octubre de 1998 se realizaron los primeros experimentos de prediccioacuten del tiempo a corto
plazo al paso de los huracanes ldquoGeorgesrdquo ldquoMitchrdquo de sistemas frontales y de ondas tropicales (Mitrani
y Peacuterez 1999)
Entre julio del 2001 y julio del 2002 se ejecutoacute en el INSMET el proyecto IAIPESCA ldquoAplicacioacuten de
modelos numeacutericos de alta resolucioacuten en la simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y
regional en aacutereas del Cariberdquo Con la ejecucioacuten de este proyecto se logroacute la asimilacioacuten total para las
condiciones de Cuba del modelo atmosfeacuterico de alta resolucioacuten MM5V3 que constituye una valiosa
herramienta para el mejoramiento de la prediccioacuten del tiempo sobre el aacuterea de intereacutes y para la
simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala regional y local en escenarios prefijados Se
realizaron corridas experimentales en el aacuterea de intereacutes en condiciones habituales del tiempo al paso de
eventos extremos como ondas y ciclones tropicales y en condiciones climaacuteticas anoacutemalas Se logroacute
utilizar MM5V3 para el pronoacutestico de trayectoria de huracanes y de los fenoacutemenos severos que los
acompantildean como son las aacutereas de lluvia y los fuertes vientos imprescindibles en la prediccioacuten de las
inundaciones costeras fluviales y pluviales
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
8
Al asignaacutersele al INSMET el desarrollo de un proyecto de lluvia provocada se presenta la necesidad de
poner operativos los modelos de mesoescala a tiempo completo Acorde con los recursos
computacionales disponibles desde julio del 2005 se logroacute poner operativo MM5V37 en PC con todo
el proceso de automatizacioacuten realizado por especialistas del CFAINSMET
En el antildeo 2007 se mejora la configuracioacuten de MM5V3 al pasarse a tres dominios de 81 27 y 9 Km de
resolucioacuten con todo el proceso automatizado Esta es la forma en que se corre actualmente en el
INSMET
La experiencia de trabajo con MM5V3 mostroacute que este modelo no mejora notablemente en efectividad
a pesar de que el paso espacial se redujo en menos de 10 Km (Mitrani et al 2010) por lo que resulta
inadecuado para la prediccioacuten de tormentas locales severas y tornados Esta dificultad limita la
incorporacioacuten de parametrizaciones de procesos diabaacuteticos a escala local
En antildeos posteriores se adquirioacute experiencia en el trabajo con WRF y WW3 para la costa occidental de
la Repuacuteblica de Meacutexico (Mitrani et al 2012) al paso de tres huracanes que generaron inundaciones en
la regioacuten de estudio
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
9
Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
10
SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
11
malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
12
Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
14
Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
16
Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
4
Introduccioacuten
La presente investigacioacuten se desarrolloacute en el marco del Proyecto propio (Asimilacioacuten de modelos
numeacutericos regionales para representar la circulacioacuten atmosfeacuterica y oceaacutenica en los Mares
Interamericanos y Aguas Cubanas ) En el texto se describe la combinacioacuten de un modelo atmosfeacuterico
a mesoescala WRF dos modelos de oleaje WW3 y SWAN asiacute como un modelo de circulacioacuten
oceaacutenica ROMS y su aplicacioacuten en conjunto para la prediccioacuten del estado del tiempo y la dinaacutemica
oceaacutenica en los mares que rodean al territorio cubano El colectivo de autores pertenece al Centro de
Fiacutesica de la Atmoacutesfera del Instituto de Meteorologiacutea
El conocimiento acerca del estado del tiempo para los proacuteximos dias es siempre un pregunta presente
en el mayor porciento de la poblacioacuten En los uacuteltimos antildeos debido al incremento del equipamiento
computacional y los meacutetodos de observacioacuten asiacute como el rendimiento de los modelos numeacutericos de
prediccioacuten del tiempo es posible brindar resultados con buena resolucioacuten espacial y complejidad en la
fiacutesica simulada (Warner JC et al 2010 BS Powell et al 2009) Este desarrollo alcanzado en la
complejidad de los modelos puede contribuir satisfactoriamente a que esa repuesta anhelada por la
poblacioacuten sea cada vez maacutes aceptable y precisa
En el centro de Fiacutesica de la Atmoacutesfera del Instituto de Meteorologiacutea se cuenta con gran experiencia
previa acerca del uso de modelos numeacutericos de uacuteltima generacioacuten para contribuir al pronoacutestico del
tiempo Desde el 2007 el modelo MM5V3 (Fifth Generation Mesoscale Model) se encuentra corriendo
dos veces por diacutea (00Z y 12Z) para 72 horas de pronoacutestico con una configuracioacuten de 3 dominios
(81km 27km 9km) con todo el proceso completamente automatizado (Mitrani et al 2010) Esta
configuracioacuten fue usada ademaacutes en combinacioacuten con el modelo WAVEWATCH III para predecir el
oleaje en aguas profundas ante la presencia de huracanes (Mitrani et al 2011) Posteriormente fue
incluido el modelo SWAN para predecir el oleaje en aguas pocos profundas en combinacioacuten con el
MM5V3 y el WAVEWATCH III antes mencionados (Peacuterez y Mitrani 2013) La constante necesidad de
poder contar con herramientas numeacutericas que tributen al pronoacutestico del tiempo no solo ante la
presencia de eventos extremos sino tambieacuten en condiciones habituales tanto para la atmoacutesfera como
para el oceacuteano constituyoacute la principal motivacioacuten para la creacioacuten de este trabajo
Problema de investigacioacuten iquest Como disentildear y desarrollar un sistema de prediccioacuten Oceacuteano-
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
5
Atmoacutesfera capaz de generar resultados aceptables y que puedan ser utilizados en el pronoacutestico
operativo del Instituto de Meteorologiacutea
Hipoacutetesis de la investigacioacuten Es posible mediante la combinacioacuten de modelos atmosfeacutericos de
oleaje y de circulacioacuten oceaacutenica obtener un pronoacutestico de la atmoacutesfera y el oceacuteano en los mares
Interamericanos aguas cubanas y puntos de intereacutes de las costas de Cuba completamente automatizado
para el uso de los pronosticadores
Objetivo General Crear un sistema de prediccioacuten numeacuterica Oceacuteano- Atmoacutesfera capaz de brindar
productos graacuteficos y numeacutericos que puedan ser utilizados en el pronoacutestico operativo del Instituto de
Meteorologiacutea
Objetivos especiacuteficos
-Asimilar y combinar los modelos numeacutericos WRF WAVEWATCH III SWAN y ROMS
-Pronosticar el estado del tiempo los elementos de ola y la circulacioacuten marina en los mares
Interamericanos y Cuba mediante modelacioacuten numeacuterica para corto y mediano plazo
-Elaborar algoritmos de preprocesamiento y postprocesamiento de salidas graacuteficas de aplicacioacuten en el
trabajo operativo del INSMET
-Elaborar un sitio web en el cual se muestren los pronoacutesticos numeacutericos de forma praacutectica y faacutecil
acceso para su uso en el servicio meteoroloacutegico nacional
-Evaluar de forma preliminar las salidas numeacutericas con valores registrados por las boyas de la NOAA
asiacute como estaciones meteoroloacutegicas de la red nacional
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
6
Resentildea bibliograacutefica acerca de la utilizacioacuten de la prediccioacuten numeacuterica del tiempo
Aplicacioacuten de la modelacioacuten numeacuterica en la prediccioacuten del tiempo
En la deacutecada de los 50 comienza a escala internacional la utilizacioacuten de los modelos numeacutericos
macroescalares para el pronoacutestico del tiempo y del movimiento de los ciclones tropicales Ya en la
deacutecada de los sesenta del Siglo XX existiacutean antecedentes en el Instituto de Meteorologiacutea (INSMET) de
la utilizacioacuten de modelos de circulacioacuten atmosfeacuterica en los pronoacutesticos operativos Los primeros pasos
fueron dados en colaboracioacuten con especialistas rusos se hicieron algunos experimentos con el modelo
barocliacutenico adiabaacutetico de dos niveles de Bortnikov (1968) y fue incorporado a la praacutectica operativa de
los pronoacutesticos del estado del tiempo el modelo barotroacutepico con ecuaciones filtradas descrito por
Sitnikov (1969) Maacutes tarde en el trabajo operativo del INSMET se utilizoacute el modelo barotroacutepico de
Peacuterez Parrado et al (1989) Paralelo a este en la deacutecada de los 80 se desarrolloacute la versioacuten adiabaacutetica de
un modelo barocliacutenico de cuatro niveles por parte de Svidrinsky et al (1989)
Dada la importancia de los factores diabaacuteticos en los fenoacutemenos meteoroloacutegicos de la zona tropical
surge la necesidad de perfeccionar este modelo barocliacutenico con la incorporacioacuten de los efectos de los
procesos de menor escala Esta tarea constituyoacute la tesis de doctorado de Mitrani (1992) lograacutendose la
elaboracioacuten de un modelo diabaacutetico de cuatro niveles para pronoacutesticos a corto plazo el cual
posteriormente se incorporoacute al trabajo operativo del INSMET (Mitrani 1995)
Los modelos de baja resolucioacuten presentaron siempre la limitacioacuten de no describir con suficiente
efectividad los campos meteoroloacutegicos pero su elaboracioacuten constituyoacute una gran escuela para los
especialistas en el tema de modelacioacuten dinaacutemica de la atmoacutesfera Pasada esta etapa de aprendizaje
como paso posterior loacutegico se presenta la necesidad de investigar las posibilidades de aplicacioacuten de
modelos de alta resolucioacuten en el territorio nacional apelando a recursos modestos acordes con la
realidad econoacutemica del paiacutes Los especialistas cubanos en colaboracioacuten con investigadores del Centro
de Ciencias de la Atmoacutesfera de la Universidad Autoacutenoma de Meacutexico (CCAUNAM) estudiaron las
posibilidades del modelo de aacuterea limitada MM5 (Anthes and Warner 1978 PSUNCAR 1996
20002006)
Los primeros trabajos que describen al modelo a mesoescala procedente de PSUNCAR (Pennsylvania
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
7
State University National Center for Atmospheric Research) se remontan al final de la deacutecada de los
70 presentaba como tarea fundamental el estudio de dispersioacuten de contaminantes entre otros
fenoacutemenos a mesoescala (Anthes and Warner 1978) Posteriormente el modelo se fue mejorado y sus
posibilidades se ampliaron hacia tareas de prediccioacuten del tiempo (Anthes et al 1987) Ya en los 90
aparece en su variante de Modelo de Mesoescala de Quinta Generacioacuten MM5 (Fifth-generation
Mesoscale Modeling System) con posibilidades maacutes universales En esta su primera versioacuten MM5V1
soacutelo funcionaba en supercomputadoras del tipo CRAY (Grell et al 1994) Maacutes tarde al aparecer la
segunda versioacuten (MM5V2) se pudo adecuar sus coacutedigos para una estacioacuten de trabajo sobre plataforma
UNIX (PSUNCAR 1996) En estos antildeos el uso de este modelo se universaliza dada la calidad de sus
resultados en prediccioacuten y simulaciones de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y regional En junio
de 1998 investigadores de CCAUNAM generaron una variante del MM5V2 para computadora
personal (Peacuterez y Magantildea 1998) Esta opcioacuten fue muy conveniente por las posibilidades que ofrece a
los potenciales usuarios que disponen solo de una infraestructura de coacutemputo basada en computadoras
personales El MM5V2 que estaacute disentildeado en lenguaje FORTRAN fue instalado en una PC Pentium II
a 300 MHz con 64 Mb en RAM y el sistema operativo LINUX para simular la circulacioacuten atmosfeacuterica
sobre el territorio mexicano y parte del Golfo de Meacutexico y del Caribe Posteriormente se adaptoacute a las
condiciones del territorio cubano como fruto de la colaboracioacuten de especialistas de ambos paiacuteses Ya en
septiembre-octubre de 1998 se realizaron los primeros experimentos de prediccioacuten del tiempo a corto
plazo al paso de los huracanes ldquoGeorgesrdquo ldquoMitchrdquo de sistemas frontales y de ondas tropicales (Mitrani
y Peacuterez 1999)
Entre julio del 2001 y julio del 2002 se ejecutoacute en el INSMET el proyecto IAIPESCA ldquoAplicacioacuten de
modelos numeacutericos de alta resolucioacuten en la simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y
regional en aacutereas del Cariberdquo Con la ejecucioacuten de este proyecto se logroacute la asimilacioacuten total para las
condiciones de Cuba del modelo atmosfeacuterico de alta resolucioacuten MM5V3 que constituye una valiosa
herramienta para el mejoramiento de la prediccioacuten del tiempo sobre el aacuterea de intereacutes y para la
simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala regional y local en escenarios prefijados Se
realizaron corridas experimentales en el aacuterea de intereacutes en condiciones habituales del tiempo al paso de
eventos extremos como ondas y ciclones tropicales y en condiciones climaacuteticas anoacutemalas Se logroacute
utilizar MM5V3 para el pronoacutestico de trayectoria de huracanes y de los fenoacutemenos severos que los
acompantildean como son las aacutereas de lluvia y los fuertes vientos imprescindibles en la prediccioacuten de las
inundaciones costeras fluviales y pluviales
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
8
Al asignaacutersele al INSMET el desarrollo de un proyecto de lluvia provocada se presenta la necesidad de
poner operativos los modelos de mesoescala a tiempo completo Acorde con los recursos
computacionales disponibles desde julio del 2005 se logroacute poner operativo MM5V37 en PC con todo
el proceso de automatizacioacuten realizado por especialistas del CFAINSMET
En el antildeo 2007 se mejora la configuracioacuten de MM5V3 al pasarse a tres dominios de 81 27 y 9 Km de
resolucioacuten con todo el proceso automatizado Esta es la forma en que se corre actualmente en el
INSMET
La experiencia de trabajo con MM5V3 mostroacute que este modelo no mejora notablemente en efectividad
a pesar de que el paso espacial se redujo en menos de 10 Km (Mitrani et al 2010) por lo que resulta
inadecuado para la prediccioacuten de tormentas locales severas y tornados Esta dificultad limita la
incorporacioacuten de parametrizaciones de procesos diabaacuteticos a escala local
En antildeos posteriores se adquirioacute experiencia en el trabajo con WRF y WW3 para la costa occidental de
la Repuacuteblica de Meacutexico (Mitrani et al 2012) al paso de tres huracanes que generaron inundaciones en
la regioacuten de estudio
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
9
Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
10
SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
5
Atmoacutesfera capaz de generar resultados aceptables y que puedan ser utilizados en el pronoacutestico
operativo del Instituto de Meteorologiacutea
Hipoacutetesis de la investigacioacuten Es posible mediante la combinacioacuten de modelos atmosfeacutericos de
oleaje y de circulacioacuten oceaacutenica obtener un pronoacutestico de la atmoacutesfera y el oceacuteano en los mares
Interamericanos aguas cubanas y puntos de intereacutes de las costas de Cuba completamente automatizado
para el uso de los pronosticadores
Objetivo General Crear un sistema de prediccioacuten numeacuterica Oceacuteano- Atmoacutesfera capaz de brindar
productos graacuteficos y numeacutericos que puedan ser utilizados en el pronoacutestico operativo del Instituto de
Meteorologiacutea
Objetivos especiacuteficos
-Asimilar y combinar los modelos numeacutericos WRF WAVEWATCH III SWAN y ROMS
-Pronosticar el estado del tiempo los elementos de ola y la circulacioacuten marina en los mares
Interamericanos y Cuba mediante modelacioacuten numeacuterica para corto y mediano plazo
-Elaborar algoritmos de preprocesamiento y postprocesamiento de salidas graacuteficas de aplicacioacuten en el
trabajo operativo del INSMET
-Elaborar un sitio web en el cual se muestren los pronoacutesticos numeacutericos de forma praacutectica y faacutecil
acceso para su uso en el servicio meteoroloacutegico nacional
-Evaluar de forma preliminar las salidas numeacutericas con valores registrados por las boyas de la NOAA
asiacute como estaciones meteoroloacutegicas de la red nacional
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
6
Resentildea bibliograacutefica acerca de la utilizacioacuten de la prediccioacuten numeacuterica del tiempo
Aplicacioacuten de la modelacioacuten numeacuterica en la prediccioacuten del tiempo
En la deacutecada de los 50 comienza a escala internacional la utilizacioacuten de los modelos numeacutericos
macroescalares para el pronoacutestico del tiempo y del movimiento de los ciclones tropicales Ya en la
deacutecada de los sesenta del Siglo XX existiacutean antecedentes en el Instituto de Meteorologiacutea (INSMET) de
la utilizacioacuten de modelos de circulacioacuten atmosfeacuterica en los pronoacutesticos operativos Los primeros pasos
fueron dados en colaboracioacuten con especialistas rusos se hicieron algunos experimentos con el modelo
barocliacutenico adiabaacutetico de dos niveles de Bortnikov (1968) y fue incorporado a la praacutectica operativa de
los pronoacutesticos del estado del tiempo el modelo barotroacutepico con ecuaciones filtradas descrito por
Sitnikov (1969) Maacutes tarde en el trabajo operativo del INSMET se utilizoacute el modelo barotroacutepico de
Peacuterez Parrado et al (1989) Paralelo a este en la deacutecada de los 80 se desarrolloacute la versioacuten adiabaacutetica de
un modelo barocliacutenico de cuatro niveles por parte de Svidrinsky et al (1989)
Dada la importancia de los factores diabaacuteticos en los fenoacutemenos meteoroloacutegicos de la zona tropical
surge la necesidad de perfeccionar este modelo barocliacutenico con la incorporacioacuten de los efectos de los
procesos de menor escala Esta tarea constituyoacute la tesis de doctorado de Mitrani (1992) lograacutendose la
elaboracioacuten de un modelo diabaacutetico de cuatro niveles para pronoacutesticos a corto plazo el cual
posteriormente se incorporoacute al trabajo operativo del INSMET (Mitrani 1995)
Los modelos de baja resolucioacuten presentaron siempre la limitacioacuten de no describir con suficiente
efectividad los campos meteoroloacutegicos pero su elaboracioacuten constituyoacute una gran escuela para los
especialistas en el tema de modelacioacuten dinaacutemica de la atmoacutesfera Pasada esta etapa de aprendizaje
como paso posterior loacutegico se presenta la necesidad de investigar las posibilidades de aplicacioacuten de
modelos de alta resolucioacuten en el territorio nacional apelando a recursos modestos acordes con la
realidad econoacutemica del paiacutes Los especialistas cubanos en colaboracioacuten con investigadores del Centro
de Ciencias de la Atmoacutesfera de la Universidad Autoacutenoma de Meacutexico (CCAUNAM) estudiaron las
posibilidades del modelo de aacuterea limitada MM5 (Anthes and Warner 1978 PSUNCAR 1996
20002006)
Los primeros trabajos que describen al modelo a mesoescala procedente de PSUNCAR (Pennsylvania
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
7
State University National Center for Atmospheric Research) se remontan al final de la deacutecada de los
70 presentaba como tarea fundamental el estudio de dispersioacuten de contaminantes entre otros
fenoacutemenos a mesoescala (Anthes and Warner 1978) Posteriormente el modelo se fue mejorado y sus
posibilidades se ampliaron hacia tareas de prediccioacuten del tiempo (Anthes et al 1987) Ya en los 90
aparece en su variante de Modelo de Mesoescala de Quinta Generacioacuten MM5 (Fifth-generation
Mesoscale Modeling System) con posibilidades maacutes universales En esta su primera versioacuten MM5V1
soacutelo funcionaba en supercomputadoras del tipo CRAY (Grell et al 1994) Maacutes tarde al aparecer la
segunda versioacuten (MM5V2) se pudo adecuar sus coacutedigos para una estacioacuten de trabajo sobre plataforma
UNIX (PSUNCAR 1996) En estos antildeos el uso de este modelo se universaliza dada la calidad de sus
resultados en prediccioacuten y simulaciones de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y regional En junio
de 1998 investigadores de CCAUNAM generaron una variante del MM5V2 para computadora
personal (Peacuterez y Magantildea 1998) Esta opcioacuten fue muy conveniente por las posibilidades que ofrece a
los potenciales usuarios que disponen solo de una infraestructura de coacutemputo basada en computadoras
personales El MM5V2 que estaacute disentildeado en lenguaje FORTRAN fue instalado en una PC Pentium II
a 300 MHz con 64 Mb en RAM y el sistema operativo LINUX para simular la circulacioacuten atmosfeacuterica
sobre el territorio mexicano y parte del Golfo de Meacutexico y del Caribe Posteriormente se adaptoacute a las
condiciones del territorio cubano como fruto de la colaboracioacuten de especialistas de ambos paiacuteses Ya en
septiembre-octubre de 1998 se realizaron los primeros experimentos de prediccioacuten del tiempo a corto
plazo al paso de los huracanes ldquoGeorgesrdquo ldquoMitchrdquo de sistemas frontales y de ondas tropicales (Mitrani
y Peacuterez 1999)
Entre julio del 2001 y julio del 2002 se ejecutoacute en el INSMET el proyecto IAIPESCA ldquoAplicacioacuten de
modelos numeacutericos de alta resolucioacuten en la simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y
regional en aacutereas del Cariberdquo Con la ejecucioacuten de este proyecto se logroacute la asimilacioacuten total para las
condiciones de Cuba del modelo atmosfeacuterico de alta resolucioacuten MM5V3 que constituye una valiosa
herramienta para el mejoramiento de la prediccioacuten del tiempo sobre el aacuterea de intereacutes y para la
simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala regional y local en escenarios prefijados Se
realizaron corridas experimentales en el aacuterea de intereacutes en condiciones habituales del tiempo al paso de
eventos extremos como ondas y ciclones tropicales y en condiciones climaacuteticas anoacutemalas Se logroacute
utilizar MM5V3 para el pronoacutestico de trayectoria de huracanes y de los fenoacutemenos severos que los
acompantildean como son las aacutereas de lluvia y los fuertes vientos imprescindibles en la prediccioacuten de las
inundaciones costeras fluviales y pluviales
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
8
Al asignaacutersele al INSMET el desarrollo de un proyecto de lluvia provocada se presenta la necesidad de
poner operativos los modelos de mesoescala a tiempo completo Acorde con los recursos
computacionales disponibles desde julio del 2005 se logroacute poner operativo MM5V37 en PC con todo
el proceso de automatizacioacuten realizado por especialistas del CFAINSMET
En el antildeo 2007 se mejora la configuracioacuten de MM5V3 al pasarse a tres dominios de 81 27 y 9 Km de
resolucioacuten con todo el proceso automatizado Esta es la forma en que se corre actualmente en el
INSMET
La experiencia de trabajo con MM5V3 mostroacute que este modelo no mejora notablemente en efectividad
a pesar de que el paso espacial se redujo en menos de 10 Km (Mitrani et al 2010) por lo que resulta
inadecuado para la prediccioacuten de tormentas locales severas y tornados Esta dificultad limita la
incorporacioacuten de parametrizaciones de procesos diabaacuteticos a escala local
En antildeos posteriores se adquirioacute experiencia en el trabajo con WRF y WW3 para la costa occidental de
la Repuacuteblica de Meacutexico (Mitrani et al 2012) al paso de tres huracanes que generaron inundaciones en
la regioacuten de estudio
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
9
Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
10
SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
11
malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
12
Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
13
Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
14
Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
16
Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
18
Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resentildea bibliograacutefica acerca de la utilizacioacuten de la prediccioacuten numeacuterica del tiempo
Aplicacioacuten de la modelacioacuten numeacuterica en la prediccioacuten del tiempo
En la deacutecada de los 50 comienza a escala internacional la utilizacioacuten de los modelos numeacutericos
macroescalares para el pronoacutestico del tiempo y del movimiento de los ciclones tropicales Ya en la
deacutecada de los sesenta del Siglo XX existiacutean antecedentes en el Instituto de Meteorologiacutea (INSMET) de
la utilizacioacuten de modelos de circulacioacuten atmosfeacuterica en los pronoacutesticos operativos Los primeros pasos
fueron dados en colaboracioacuten con especialistas rusos se hicieron algunos experimentos con el modelo
barocliacutenico adiabaacutetico de dos niveles de Bortnikov (1968) y fue incorporado a la praacutectica operativa de
los pronoacutesticos del estado del tiempo el modelo barotroacutepico con ecuaciones filtradas descrito por
Sitnikov (1969) Maacutes tarde en el trabajo operativo del INSMET se utilizoacute el modelo barotroacutepico de
Peacuterez Parrado et al (1989) Paralelo a este en la deacutecada de los 80 se desarrolloacute la versioacuten adiabaacutetica de
un modelo barocliacutenico de cuatro niveles por parte de Svidrinsky et al (1989)
Dada la importancia de los factores diabaacuteticos en los fenoacutemenos meteoroloacutegicos de la zona tropical
surge la necesidad de perfeccionar este modelo barocliacutenico con la incorporacioacuten de los efectos de los
procesos de menor escala Esta tarea constituyoacute la tesis de doctorado de Mitrani (1992) lograacutendose la
elaboracioacuten de un modelo diabaacutetico de cuatro niveles para pronoacutesticos a corto plazo el cual
posteriormente se incorporoacute al trabajo operativo del INSMET (Mitrani 1995)
Los modelos de baja resolucioacuten presentaron siempre la limitacioacuten de no describir con suficiente
efectividad los campos meteoroloacutegicos pero su elaboracioacuten constituyoacute una gran escuela para los
especialistas en el tema de modelacioacuten dinaacutemica de la atmoacutesfera Pasada esta etapa de aprendizaje
como paso posterior loacutegico se presenta la necesidad de investigar las posibilidades de aplicacioacuten de
modelos de alta resolucioacuten en el territorio nacional apelando a recursos modestos acordes con la
realidad econoacutemica del paiacutes Los especialistas cubanos en colaboracioacuten con investigadores del Centro
de Ciencias de la Atmoacutesfera de la Universidad Autoacutenoma de Meacutexico (CCAUNAM) estudiaron las
posibilidades del modelo de aacuterea limitada MM5 (Anthes and Warner 1978 PSUNCAR 1996
20002006)
Los primeros trabajos que describen al modelo a mesoescala procedente de PSUNCAR (Pennsylvania
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
7
State University National Center for Atmospheric Research) se remontan al final de la deacutecada de los
70 presentaba como tarea fundamental el estudio de dispersioacuten de contaminantes entre otros
fenoacutemenos a mesoescala (Anthes and Warner 1978) Posteriormente el modelo se fue mejorado y sus
posibilidades se ampliaron hacia tareas de prediccioacuten del tiempo (Anthes et al 1987) Ya en los 90
aparece en su variante de Modelo de Mesoescala de Quinta Generacioacuten MM5 (Fifth-generation
Mesoscale Modeling System) con posibilidades maacutes universales En esta su primera versioacuten MM5V1
soacutelo funcionaba en supercomputadoras del tipo CRAY (Grell et al 1994) Maacutes tarde al aparecer la
segunda versioacuten (MM5V2) se pudo adecuar sus coacutedigos para una estacioacuten de trabajo sobre plataforma
UNIX (PSUNCAR 1996) En estos antildeos el uso de este modelo se universaliza dada la calidad de sus
resultados en prediccioacuten y simulaciones de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y regional En junio
de 1998 investigadores de CCAUNAM generaron una variante del MM5V2 para computadora
personal (Peacuterez y Magantildea 1998) Esta opcioacuten fue muy conveniente por las posibilidades que ofrece a
los potenciales usuarios que disponen solo de una infraestructura de coacutemputo basada en computadoras
personales El MM5V2 que estaacute disentildeado en lenguaje FORTRAN fue instalado en una PC Pentium II
a 300 MHz con 64 Mb en RAM y el sistema operativo LINUX para simular la circulacioacuten atmosfeacuterica
sobre el territorio mexicano y parte del Golfo de Meacutexico y del Caribe Posteriormente se adaptoacute a las
condiciones del territorio cubano como fruto de la colaboracioacuten de especialistas de ambos paiacuteses Ya en
septiembre-octubre de 1998 se realizaron los primeros experimentos de prediccioacuten del tiempo a corto
plazo al paso de los huracanes ldquoGeorgesrdquo ldquoMitchrdquo de sistemas frontales y de ondas tropicales (Mitrani
y Peacuterez 1999)
Entre julio del 2001 y julio del 2002 se ejecutoacute en el INSMET el proyecto IAIPESCA ldquoAplicacioacuten de
modelos numeacutericos de alta resolucioacuten en la simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y
regional en aacutereas del Cariberdquo Con la ejecucioacuten de este proyecto se logroacute la asimilacioacuten total para las
condiciones de Cuba del modelo atmosfeacuterico de alta resolucioacuten MM5V3 que constituye una valiosa
herramienta para el mejoramiento de la prediccioacuten del tiempo sobre el aacuterea de intereacutes y para la
simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala regional y local en escenarios prefijados Se
realizaron corridas experimentales en el aacuterea de intereacutes en condiciones habituales del tiempo al paso de
eventos extremos como ondas y ciclones tropicales y en condiciones climaacuteticas anoacutemalas Se logroacute
utilizar MM5V3 para el pronoacutestico de trayectoria de huracanes y de los fenoacutemenos severos que los
acompantildean como son las aacutereas de lluvia y los fuertes vientos imprescindibles en la prediccioacuten de las
inundaciones costeras fluviales y pluviales
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
8
Al asignaacutersele al INSMET el desarrollo de un proyecto de lluvia provocada se presenta la necesidad de
poner operativos los modelos de mesoescala a tiempo completo Acorde con los recursos
computacionales disponibles desde julio del 2005 se logroacute poner operativo MM5V37 en PC con todo
el proceso de automatizacioacuten realizado por especialistas del CFAINSMET
En el antildeo 2007 se mejora la configuracioacuten de MM5V3 al pasarse a tres dominios de 81 27 y 9 Km de
resolucioacuten con todo el proceso automatizado Esta es la forma en que se corre actualmente en el
INSMET
La experiencia de trabajo con MM5V3 mostroacute que este modelo no mejora notablemente en efectividad
a pesar de que el paso espacial se redujo en menos de 10 Km (Mitrani et al 2010) por lo que resulta
inadecuado para la prediccioacuten de tormentas locales severas y tornados Esta dificultad limita la
incorporacioacuten de parametrizaciones de procesos diabaacuteticos a escala local
En antildeos posteriores se adquirioacute experiencia en el trabajo con WRF y WW3 para la costa occidental de
la Repuacuteblica de Meacutexico (Mitrani et al 2012) al paso de tres huracanes que generaron inundaciones en
la regioacuten de estudio
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
9
Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
10
SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
7
State University National Center for Atmospheric Research) se remontan al final de la deacutecada de los
70 presentaba como tarea fundamental el estudio de dispersioacuten de contaminantes entre otros
fenoacutemenos a mesoescala (Anthes and Warner 1978) Posteriormente el modelo se fue mejorado y sus
posibilidades se ampliaron hacia tareas de prediccioacuten del tiempo (Anthes et al 1987) Ya en los 90
aparece en su variante de Modelo de Mesoescala de Quinta Generacioacuten MM5 (Fifth-generation
Mesoscale Modeling System) con posibilidades maacutes universales En esta su primera versioacuten MM5V1
soacutelo funcionaba en supercomputadoras del tipo CRAY (Grell et al 1994) Maacutes tarde al aparecer la
segunda versioacuten (MM5V2) se pudo adecuar sus coacutedigos para una estacioacuten de trabajo sobre plataforma
UNIX (PSUNCAR 1996) En estos antildeos el uso de este modelo se universaliza dada la calidad de sus
resultados en prediccioacuten y simulaciones de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y regional En junio
de 1998 investigadores de CCAUNAM generaron una variante del MM5V2 para computadora
personal (Peacuterez y Magantildea 1998) Esta opcioacuten fue muy conveniente por las posibilidades que ofrece a
los potenciales usuarios que disponen solo de una infraestructura de coacutemputo basada en computadoras
personales El MM5V2 que estaacute disentildeado en lenguaje FORTRAN fue instalado en una PC Pentium II
a 300 MHz con 64 Mb en RAM y el sistema operativo LINUX para simular la circulacioacuten atmosfeacuterica
sobre el territorio mexicano y parte del Golfo de Meacutexico y del Caribe Posteriormente se adaptoacute a las
condiciones del territorio cubano como fruto de la colaboracioacuten de especialistas de ambos paiacuteses Ya en
septiembre-octubre de 1998 se realizaron los primeros experimentos de prediccioacuten del tiempo a corto
plazo al paso de los huracanes ldquoGeorgesrdquo ldquoMitchrdquo de sistemas frontales y de ondas tropicales (Mitrani
y Peacuterez 1999)
Entre julio del 2001 y julio del 2002 se ejecutoacute en el INSMET el proyecto IAIPESCA ldquoAplicacioacuten de
modelos numeacutericos de alta resolucioacuten en la simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala local y
regional en aacutereas del Cariberdquo Con la ejecucioacuten de este proyecto se logroacute la asimilacioacuten total para las
condiciones de Cuba del modelo atmosfeacuterico de alta resolucioacuten MM5V3 que constituye una valiosa
herramienta para el mejoramiento de la prediccioacuten del tiempo sobre el aacuterea de intereacutes y para la
simulacioacuten de la circulacioacuten atmosfeacuterica a escala regional y local en escenarios prefijados Se
realizaron corridas experimentales en el aacuterea de intereacutes en condiciones habituales del tiempo al paso de
eventos extremos como ondas y ciclones tropicales y en condiciones climaacuteticas anoacutemalas Se logroacute
utilizar MM5V3 para el pronoacutestico de trayectoria de huracanes y de los fenoacutemenos severos que los
acompantildean como son las aacutereas de lluvia y los fuertes vientos imprescindibles en la prediccioacuten de las
inundaciones costeras fluviales y pluviales
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
8
Al asignaacutersele al INSMET el desarrollo de un proyecto de lluvia provocada se presenta la necesidad de
poner operativos los modelos de mesoescala a tiempo completo Acorde con los recursos
computacionales disponibles desde julio del 2005 se logroacute poner operativo MM5V37 en PC con todo
el proceso de automatizacioacuten realizado por especialistas del CFAINSMET
En el antildeo 2007 se mejora la configuracioacuten de MM5V3 al pasarse a tres dominios de 81 27 y 9 Km de
resolucioacuten con todo el proceso automatizado Esta es la forma en que se corre actualmente en el
INSMET
La experiencia de trabajo con MM5V3 mostroacute que este modelo no mejora notablemente en efectividad
a pesar de que el paso espacial se redujo en menos de 10 Km (Mitrani et al 2010) por lo que resulta
inadecuado para la prediccioacuten de tormentas locales severas y tornados Esta dificultad limita la
incorporacioacuten de parametrizaciones de procesos diabaacuteticos a escala local
En antildeos posteriores se adquirioacute experiencia en el trabajo con WRF y WW3 para la costa occidental de
la Repuacuteblica de Meacutexico (Mitrani et al 2012) al paso de tres huracanes que generaron inundaciones en
la regioacuten de estudio
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
9
Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
10
SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
8
Al asignaacutersele al INSMET el desarrollo de un proyecto de lluvia provocada se presenta la necesidad de
poner operativos los modelos de mesoescala a tiempo completo Acorde con los recursos
computacionales disponibles desde julio del 2005 se logroacute poner operativo MM5V37 en PC con todo
el proceso de automatizacioacuten realizado por especialistas del CFAINSMET
En el antildeo 2007 se mejora la configuracioacuten de MM5V3 al pasarse a tres dominios de 81 27 y 9 Km de
resolucioacuten con todo el proceso automatizado Esta es la forma en que se corre actualmente en el
INSMET
La experiencia de trabajo con MM5V3 mostroacute que este modelo no mejora notablemente en efectividad
a pesar de que el paso espacial se redujo en menos de 10 Km (Mitrani et al 2010) por lo que resulta
inadecuado para la prediccioacuten de tormentas locales severas y tornados Esta dificultad limita la
incorporacioacuten de parametrizaciones de procesos diabaacuteticos a escala local
En antildeos posteriores se adquirioacute experiencia en el trabajo con WRF y WW3 para la costa occidental de
la Repuacuteblica de Meacutexico (Mitrani et al 2012) al paso de tres huracanes que generaron inundaciones en
la regioacuten de estudio
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
9
Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
10
SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Materiales y Meacutetodos
Modelos numeacutericos componentes del sistema
WRF (Weather Research and Forecasting ) es un modelo numeacuterico de prediccioacuten y simulacioacuten del
tiempo usado ampliamente para la investigacioacuten y aplicaciones operacionales Este ha sido desarrollado
por el NCAR (National Center for Atmospheric Research) la NOAA (National Oceanic and
Atmospheric Administration) el NCEP (National Center for Environmental Prediction) el ESRL
(Earth System Research Laboratory) la AFWA (Air Force Weather Agency) el NRL (Naval Research
Laboratory) el CAPS (Center for Analysis and Prediction Storms) y la (FAA Federal Aviation
Administration) Este modelo posee la versatilidad de ser usado en un gran numeacutero de aplicaciones
dentro de las que se pueden citar las simulaciones idealizadas reales con prediccioacuten numeacuterica en
tiempo real modelacioacuten de la calidad del aire asiacute como estudios de interaccioacuten oceacuteano-atmoacutesfera
mediante el acople con modelos oceaacutenicos Este modelo es ademaacutes de coacutedigo abierto a la comunidad y
estaacute optimizado de forma tal que puede ser utilizado tanto en supercomputadoras trabajando en
paralelo como en computadoras personales El modelo cuenta con dos nuacutecleos capaces de resolver la
fiacutesica el Advanced Research (ARW) desarrollado por el NCAR y el Nonhydrostatical Mesoscale
Model (NMM) desarrollado por el NCEP (Skamarock 2008) En este trabajo se utilizoacute el ARW y la
version utilizada fue la 351 con las parametrizaciones fiacutesicas radiacioacuten de onda larga RRTM (Mlawer
et al 1997) radiacioacuten de onda corta Dudhia (Dudhia 1989) microfiacutesica esquema Lin (Lin Farley and
Orville 1983 ) y cuacutemulos Kain-Fritsch (Kain 2004 )
WAVEWATCH III Es un modelo numeacuterico de oleaje de tercera generacioacuten que ha sido desarrollado
en MMAB (Marine Modeling and Analysis Branch) del NCEP y estaacute basado en WAVEWATCH-I y
WAVEWACHT-II desarrollados en la universidad tecnoloacutegica Delft y en la NASA Goddard Space
Flight Center respectivamente WAVEWATCH III difiere de sus predecesores en la mayoriacutea de los
aspectos por ejemplo ecuaciones gobernantes estructura del programa aproximaciones fiacutesicas y
numeacutericas (Tolman 2002 ) Sus autores lo recomiendan especialmente para la modelacioacuten del oleaje en
el aacuterea de generacioacuten y su posterior propagacioacuten hacia la zona costera Sin embargo no incluye efectos
de escala local en el nivel de detalle que lo hace el modelo SWAN La version utilizada en este trabajo
fue la 222 la cual es de coacutedigo abierto
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
10
SWAN (Simulating WAves Nearshore) (Booij et al 1999) es un modelo numeacuterico desarrollado para
obtener estimaciones realistas sobre los paraacutemetros del oleaje en las zonas costeras lagos y estuarios
para unas condiciones dadas de viento corrientes y batimetriacutea Este modelo fue elaborado por
especialistas de la Universidad Tecnoloacutegica de Delft Paiacuteses Bajos y es de coacutedigo abierto En este
trabajo se utilizoacute la version 4081
ROMS (Regional Oceanic Modeling System ) es un modelo numeacuterico tridimensional de circulacioacuten
oceaacutenica (Shchepetkin and McWilliams 2005 ) Este modelo es de nueva generacioacuten y ha sido
disentildeado especialmente para mejorar la precision de las simulaciones en los sistema regionales
oceaacutenicos Los datos de marea utilizados para correr el modelo fueron obtenidos a partir del modelo
global de la universidad del estado de Oregon en Estados Unidos TPXO7 (Egbert and Erofeeva 2002)
con 025 grados de resolucioacuten espacial
Datos batimeacutetricos utilizados
Los datos batimeacutetricos reales usados en los modelos WAVEWATCH III SWAN y ROMS se obtuvieron
del Atlas Digitales GEBCO (2003) con un paso espacial de 30 segundos este paso espacial se hizo
coincidir con el paso espacial y la cantidad de puntos de cada uno de los dominios de caacutelculo mediante
interpolacioacuten lineal
Dominios numeacutericos utilizados
El modelo atmosfeacuterico WRF es utilizado para generar pronoacutesticos simultaacuteneos con una configuracioacuten
que consiste en dos dominios mostrados en color azul en la Fig 21 anidados con diferentes extensiones
y resoluciones El primer dominio con un total de 26257 puntos de malla distribuidos de la siguiente
forma 217x121 con un paso espacial de 18 km y el segundo dominio con un total de 40600 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 280x145 con un paso espacial de 6 km Ambos dominios estaacuten
centrados en los 22 grados de latitud norte y en los 80 grados de longitud oeste y fueron utilizados en
ambos 30 niveles verticales Por su parte los modelos de oleaje utilizados WAVEWATCH III cuenta
con un total de 176368 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 604x292 con una resolucioacuten
espacial de 6km mostrado en color rojo en la Fig 21 mientras que con SWAN son utilizados dos
dominios de 15 km de resolucioacuten espacial regioacuten occidental de Cuba con un total de 73216 puntos de
malla distribuidos de la siguiente forma 416x176 y region oriental con un total de 126976 puntos de
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
11
malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
14
Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
16
Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
18
Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
11
malla distribuidos de la siguiente forma 496x256 ambos mostrados en color amarillo en la Fig 21 En
el caso del modelo Oceaacutenico ROMS es usada una configuracioacuten con 3 km de resolucioacuten espacial con
un total de 139264 puntos de malla distribuidos de la siguiente forma 544x256 mostrada en la Fig 21
en color verde y un total de 16 niveles verticales
Fig 21 Dominios utilizados en el sistema
Datos reales de referencia
Para la realizacioacuten de una breve evaluacioacuten del desempentildeo del sistema para el antildeo 2013 se tomaron
como datos de referencia un total de 31 estaciones meteoroloacutegicas pertenecientes a la red nacional del
Instituto de Meteorologiacutea asiacute como 20 boyas que corresponden al National Data Buoy Center
wwwndbcnoaagov de la NOAA
Las boyas utilizadas se muestran en la tabla 21 y las estaciones meteoroloacutegicas en la tabla 22 y ambas
se representan en la Fig 22
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
12
Tabla 21 Boyas utilizadas en la evaluacioacuten
Tabla 22 Estaciones meteoroloacutegicas utilizadas en la evaluacioacuten
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
13
Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
14
Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
16
Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
18
Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
13
Fig 22 Representacioacuten de los puntos de referencia utilizados en la evaluacioacuten de los resultados
Con estos datos de referencia la verificacioacuten utilizada fue la celda-punto y se utilizoacute el estadiacutegrafo error
absoluto medio (ec 21) este provee de una buena medida del desempentildeo general del modelo siendo
muy uacutetil para comparar los pronoacutesticos bajo distintas condiciones Se realizaron ademaacutes tablas de
contigencia para el caso de la precipitacioacuten y el pronoacutestico de las calmas en el viento (v lt 2 kmh) ya
que este es el valor a partir del cual las estaciones meteoroloacutegicas reportan o no la presencia de viento
En el caso de la precipitacioacuten se tomoacute 01 miliacutemetros como valor criacutetico en el anaacutelisis de la ocurrencia
o no de este fenoacutemeno pues al igual que para el viento a partir de este valor las estaciones
meteoroloacutegicas reportan precipitacioacuten
ec 21
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
14
Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
16
Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
18
Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
14
Fig 22 Tabla de contingencia con los cuatro posibles resultados utilizada para las calmas y la
precipitacioacuten
Basados en los componentes de la tabla de contingencia se derivan varios iacutendices entre los que se
destacan el PC (Porciento Correcto) (ec 22) la PD (Probabilidad de Deteccioacuten) (ec 23) y la PFD
(Probabilidad de Falsa Deteccioacuten) (ec 24)
ec 22
ec 23
ec 24
Esquema de trabajo descripcioacuten
En la Fig 24 se muestra el esquema de trabajo utilizado Este esquema cuenta con la entrada de datos
globales atmosfeacutericos provenientes del GFS y datos oceaacutenicos globales del HYCOM ambos modelos
se muestran en azul en la imagen y sus salidas se encuentran disponibles en internet Y en verde los
modelos que conforman el sistema de prediccioacuten numeacuterica oceacuteano-atmoacutesfera
El sistema de prediccioacuten numeacuterica parte de las descargas desde internet de las condiciones iniciales y
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
15
de frontera obtenidas del GFS Una vez descargados estos ficheros se copian por la red hacia el cluster
donde comienza entonces los procesos de preprocesmiento y corridas del modelo WRF A medida que
el WRF va corriendo e imprimiendo cada uno de los plazos automaacuteticamente se postprocesan se
generan los graacuteficos y se muestran en el sitio web para su visualizacioacuten de forma tal que en tiempo de
corrida se pueden ir viendo las salidas que se van generando Una vez terminada la corrida del WRF
entonces se extraen los campos de viento a 10 metros pronosticados por este en su dominio 1 de 18 km
y entonces es utilizado para correr el dominio de WAVEWATCH III con 6 KM de resolucioacuten Este
primer modelo de oleaje es utilizado con el objetivo de generar el oleaje en aguas profundas y crear las
condiciones de frontera para la posterior corrida del SWAN en los dominios occidental y oriental de
Cuba respectivamente Luego de terminada la corrida del WAVEWATCH III arrancan al uniacutesono
dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
16
Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
18
Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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dichos dominios de SWAN utilizando ademaacutes los campos de viento a 10 metros del segundo dominio
del WRF con 6 km de resolucioacuten En caso del ROMS este solo corre una vez al diacutea para el plazo de las
00Z y parte de los datos globales de HYCOM descargados de forma similar a los atmosfeacutericos y del
forzamiento en la superficie generado por el WRF que consiste en las variables temperatura a 2 metros
componentes del viento a 10 metros tasa de precipitacioacuten humedad relativa y radiacioacuten de onda corta
y de onda larga Todo este mecanismo se realiza completamente automatizado y las imaacutegenes de cada
uno de los modelos son generadas con GRADS (Grid Analysis and Display System ) este es un
software gratuito que sirve para facilitar el acceso manipulacioacuten y visualizacioacuten de datos vinculados
con las ciencias de la Tierra El sistema actualmente corre en dos computadoras Intel(R) Xeon(R) CPU
E5504 200GHz cada una con 8 procesadores
Fig 24 Esquema de trabajo
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
16
Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
18
Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Resultados y discusioacuten
Como resultado de la metodologiacutea descrita en el capiacutetulo anterior asiacute como la combinacioacuten de cada uno
de los modelos numeacutericos propuestos para el desarrollo de este trabajo se confeccionoacute en su primera
fase un Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera para los mares interamericanos y toda la
zona costera de Cuba Este sistema creado pronostica las principales variables atmosfeacuterica y oceaacutenicas
y para la visualizacioacuten de las mismas se creoacute ademaacutes un sitio web interno para la red meteoroloacutegica
nacional httpspnoainsmetcu (ver Fig 31) que brinda la posibilidad de que los pronosticadores
planificadores tomadores de decisiones etc puedan consultar con gran facilidad mediante mapas
temaacuteticos secuencialmente animados el pronoacutestico numeacuterico con una anticipacioacuten de tres diacuteas Esto
brinda la posibilidad ademaacutes de poder reaccionar de forma efectiva y precisa ante la posible ocurrencia
de eventos extremos
Fig 31 Portada principal del sitio web donde se presentan las salidas del sistema
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Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
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Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
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Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
17
Productos que brinda el Sistema
Del modelo atmosfeacuterico WRF se obtienen los mapas de humedad relativa temperatura liacuteneas de
corriente y vorticidad para los niveles de superficie 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa 300 hPa
200 hPa Ademaacutes se cuenta con los mapas de presioacuten a nivel del mar y viento en superficie CAPE y
CIN cobertura nubosa y lluvia total para cada uno de los dominios del WRF asiacute como para la zona
occidental central y oriental de la isla de forma independiente En la Fig 32 se muestra un grupo de
salidas graacuteficas que se pueden obtener diariamente como productos directos del modelo WRF
Otra variante usada para mostrar salidas del WRF es la referida a los pronoacutesticos en puntos de intereacutes
del archipieacutelago cubano dentro de estas salidas se encuentran los meteogramas sondeos graacuteficos
sondeos numeacutericos radiacioacuten solar cada 10 minutos las cuales se encuentran para cada una de las 68
estaciones meteoroloacutegicas del paiacutes Asiacute como un servicio especializado de pronoacutestico del viento para
los parques eoacutelicos de Holguiacuten La Isla de la Juventud y Ciego de Avila En la Fig 33 se muestran
ejemplos de salidas y productos puntuales generados a partir de lo pronosticado por el WRF a) muestra
un ejemplo de pronoacutestico de radiacioacuten solar para dos estaciones especiacuteficas b) un ejemplo de sondeo
meteoroloacutegico c) un ejemplo del pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos y d) un ejemplo de
meteograma
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
18
Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
18
Fig 32 Ejemplos de salidas graacuteficas del WRF para cada uno de los dominios de trabajo utilizados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
19
dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
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dicho modelo
Fig 33 Pronoacutesticos puntuales a partir del WRF
De los modelos de oleaje WAVEWATCH III y SWAN se obtienen los mapas de la combinacioacuten de la
altura significativa de la ola y el viento una salida cualitativa de la escala de Douglas de altura de ola y
la combinacioacuten de la altura significativa de la ola y la direccioacuten de la misma para cada uno de los
dominios de oleaje En la Fig 34 se muestran ejemplos de los distintos productos generados por los
modelos de Oleaje para cada uno de los dominios utilizados
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Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
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Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Bibliografiacutea
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
20
Fig 34 Ejemplos de salidas graacuteficas de los modelos de oleaje para cada uno de los dominios utilizados
por estos modelos
Del modelo oceaacutenico ROMS se obtienen los mapas de salinidad temperatura y corriente para distintos
niveles verticales en estos momentos se encuentran disponibles en el sitio web los niveles de 5 10 15
20 30 40 50 75100 metros de profundidad respectivamente y los mapas de elevacioacuten de la superficie
del mar
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
21
Fig 35 Ejemplos de salidas del modelo ROMS con cada una de las variables principales en superficie
Breve evaluacioacuten preliminar del sistema
A continuacioacuten se mostraraacuten los resultados obtenidos en los pronoacutesticos realizados por los
componentes del sistema (WRFWW3 y ROMS) en el antildeo 2013 para las variables viento a 10 metros
temperatura a 2m presioacuten a nivel del mar y precipitacioacuten en el caso del WRF Para el caso del WW3 se
verificoacute la altura significativa de la ola pronosticada y en el caso del ROMS la temperatura superficial
del mar El modelo SWAN responsable de propagar el oleaje generado por el WW3 en aguas
profundas hacia la costa no fue posible su verificacioacuten en este trabajo debido a la carencia de
observaciones proacuteximas a la liacutenea de costa cubana
En la Fig 36 se muestra separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
22
de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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de pronoacutestico del error absoluto medio de la temperatura a 2 metros para el antildeo 2013 en la misma se
observa como los valores de error absoluto mayores para dicha variable se presentan en los 6 primeros
meses del antildeo estando por encima de la media anual mientras que los menores errores absolutos se
encuentran concentrados en el trimestre Octubre-Noviembre-Diciembre con valores inferiores a los 15
grados Celsius en la mayoriacutea de los plazos de pronoacutestico Estos errorres se pueden considerar de
aceptables si tenemos en cuenta que en ninguno de los trimestres el error estuvo por encima de los 2
grados Celsius valor este establecido como rango vaacutelido en los pronoacutesticos de esta variable en el
Centro de Pronoacutesticos del INSMET
Fig 36 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura a 2 metros pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
Para el caso de la presioacuten a nivel del mar en la Fig 37 se puede observar como los errores para esta
variable se encuentran muy proacuteximos en cada uno de los trimestres e inferiores a 1 hPa esta es sin
lugar a dudas la variable mejor pronosticada por el modelo WRF
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
Anthes R A E Y Hesie and Y H Kuo (1987) Description of the Penn StateNCAR Mesoscale
Model Version 4 (MM4) NCARTN ndash282+STR National Center for Atmospheric Research Boulder
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and other mesometeorological studies MonWea Rev 106 1045-1078
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Atmospheres and Oceans 48 46ndash68
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Model description and validation J Geophys Res 104 7649ndash7666
Bortnikov S A (1968) Confeccioacuten de un modelo multinivel de pronoacutestico basado en la experiencia
del pronoacutestico operativo a corto plazo con las ecuaciones completas para una atmoacutesfera de dos niveles
(En ruso) Trudi GMC N 16 2132
DUDHIA J (1989) Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment
using a mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46 3077-3107
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CO 121 paacuteg
Kain J S (2004) The Kain-Fritsch convective parameterization An update J Appl Meteor 43
170ndash181
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
31
Lin Y-L R D Farley and H D Orville (1983) Bulk parameterization of the snow field in a cloud
model J Climate Appl Meteor 22 1065ndash1092mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46
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Mitrani I (1992) Meacutetodos de parametrizacioacuten de los procesos fiacutesicos en los modelos numeacutericos de
pronoacutestico del tiempo Tesis en opcioacuten al grado de Dra Ciencias Fiacutesicas 120 paacuteg INSMETMES La
Habana Cuba
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Mitrani I JL Peacuterez (1999) Aplicacioacuten de un modelo de alta resolucioacuten en la prediccioacuten del tiempo
sobre territorio cubano con posibilidad de pronosticar el movimiento de los ciclones tropicales
Boletiacuten SOMETCUBA Vol 3 No 2 Publicacioacuten Electroacutenica
httpwwwmetinfcusometcubboletindefaulthtm
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de los huracanes ldquoIvaacutenrdquo y ldquoPalomardquo mediante el uso de la combinacioacuten de los modelos numeacutericos
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MLAWER E TAUBMAN P BROWN M IACONO y CLOUGH (1997) A Radiative transfer for
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
32
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Res 102 (D14) 16663ndash16682
Peacuterez A Ida Mitrani (2013) Pronoacutestico numeacuterico del oleaje en mares interamericanos y costas de
Cuba mediante los modelos numeacutericos MM5 WW3 y SWAN Vol 19 No1 2013
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Peacuterez J L y V Magantildea (1998) Modelacioacuten Numeacuterica de Mesoescala en una computadora Personal
Memorias del VIII Congreso de la Organizacioacuten Mexicana de Meteoroacutelogos A C (OMMAC) 229-
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Leningrado 209-215
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Guide Mesoscale and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
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Guide Mesoscale and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
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tropicales en la Repuacuteblica de Cuba (En ruso) Trudi GMC N 29 URSS 2132
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
33
Skamarock W J Dudhia DO Gill DM Barker MGDuda X-Y Huang W Wang and JG Powers
(2008) A Description of the Advanced Research WRF version 3 NCAR Technical Note TN-475+STR
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doi101016jocemod201007010
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
23
Fig 37 Error absoluto medio trimestral y anual de la presioacuten a nivel del mar pronosticada por WRF
para el antildeo 2013
En el caso de la velocidad del viento a 10 metros se dividieron los valores en dos rangos las calmas
con valores de velocidad del viento inferiores a 2 kmh y las no calmas con valores iguales y por
encima de 2 kmh y para cada rango el anaacutelisis fue distinto Para las no calmas se realizoacute el mismo
anaacutelisis por trimestres y anual que se habiacutea realizado anteriormente para las variables temperatura y
presioacuten a nivel del mar En la Fig 38 a) se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de la velocidad del viento a 10
metros para las estaciones meteoroloacutegicas en la que se puede observar que los maacuteximos errores se
encuentran concentrados en los meses de octubre-noviembre-diciembre y enero-febrero-marzo estando
por encima de la media anual mientras que el resto de los meses estuvieron por debajo de la media
anual destacandose el trimestre julio-agosto-septiembre con los menores errorres Para el caso de las
calmas se realizoacute una tabla de contingencia para determinar la correspondencia entre el modelo y las
estaciones en la detecccioacuten de este fenoacutemeno La tabla 31 muestra claramente la baja calidad de los
resultados por parte del modelo en la deteccioacuten de este fenoacutemeno tan local con una Probabilidad de
Deteccioacuten derivada de la misma de 096
Esta variable ademaacutes juega un papel importante en el forzamiento atmosfeacuterico superficial para los
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
Anthes R A E Y Hesie and Y H Kuo (1987) Description of the Penn StateNCAR Mesoscale
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CO pp 66
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Mitrani I Y Alonso I Borrajero A Bezanilla D Martiacutenez (2011) Prediccioacuten del oleaje en presencia
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MLAWER E TAUBMAN P BROWN M IACONO y CLOUGH (1997) A Radiative transfer for
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32
inhomogeneous atmosphere RRTM a validated correlated-k model for the long-wave J Geophysics
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Cuba mediante los modelos numeacutericos MM5 WW3 y SWAN Vol 19 No1 2013
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tropicales en la Repuacuteblica de Cuba (En ruso) Trudi GMC N 29 URSS 2132
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
33
Skamarock W J Dudhia DO Gill DM Barker MGDuda X-Y Huang W Wang and JG Powers
(2008) A Description of the Advanced Research WRF version 3 NCAR Technical Note TN-475+STR
NCAR Boulder Colorado
Svidrinsky V P Mijailu A G Gutieacuterrez T (1989) Modelo barocliacutenico regional para la prediccioacuten del
tiempo en la zona tropical (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Leningrado Guidrometeoizdat
247253
Tolman H L (2002) User manual and system documentation of WAVEWATCH-III version
222Technical Note US Department of Commerce NOAA NWS NCEP Washington DC
Warner JC Brandy Armstrong Ruoying He Joseph B Zambon (2010) Development of a Coupled
OceanndashAtmospherendashWavendashSediment Transport (COAWST) Modeling System Ocean Model
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Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
24
modelos de oleaje y de circulacioacuten por lo que su anaacutelisis solo en tierra donde se produce mayor
variabilidad debido a la influencia del relieve y el uso del suelo no es suficiente pues dichos modelo no
utilizan el viento en tierra entonces resultoacute necesario realizar una evaluacioacuten de esta variable en las
boyas En la Fig 38 b) se muestran separados por trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las
72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio del viento en las boyas y se evidencia una
correspondencia en los meses con miacutenimos y maacuteximos errores con respecto a la Fig 38 a) pero los
valores de los mismos son muchos menores y esto muestra como el modelo en el oceacuteano ante la
ausencia de la friccioacuten que produce el relieve y el uso del suelo reduce los errores en el pronoacutestico de la
velocidad del viento a 10 m De no haberse realizado este anaacutelisis se le hubiese atribuido un por ciento
mayor de error en los modelos de oleaje y circulacioacuten al campo de viento que se toma como entrada
Fig 38 Error absoluto medio trimestral y anual de la velocidad el viento a 10 metros pronosticada por
WRF para el antildeo 2013 a) en las estaciones b) en las boyas
Tabla 31 Tabla de contingencia para el caso de las calmas en la velocidad del viento vientos por
debajo de 2 kmh nuacutemero de casos y por ciento del total
El anaacutelisis de la precipitacioacuten se llevoacute a cabo mediante tablas de contingencia caracterizando la
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
Anthes R A E Y Hesie and Y H Kuo (1987) Description of the Penn StateNCAR Mesoscale
Model Version 4 (MM4) NCARTN ndash282+STR National Center for Atmospheric Research Boulder
CO pp 66
Anthes R A and TT Warner (1978) Development of hydrodynamic models suitable for air pollution
and other mesometeorological studies MonWea Rev 106 1045-1078
BS Powell AM Moore HG Arango E Di Lorenzo RF Milliff RR Leben (2009) Dynamics of
Atmospheres and Oceans 48 46ndash68
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Model description and validation J Geophys Res 104 7649ndash7666
Bortnikov S A (1968) Confeccioacuten de un modelo multinivel de pronoacutestico basado en la experiencia
del pronoacutestico operativo a corto plazo con las ecuaciones completas para una atmoacutesfera de dos niveles
(En ruso) Trudi GMC N 16 2132
DUDHIA J (1989) Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment
using a mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46 3077-3107
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CO 121 paacuteg
Kain J S (2004) The Kain-Fritsch convective parameterization An update J Appl Meteor 43
170ndash181
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
31
Lin Y-L R D Farley and H D Orville (1983) Bulk parameterization of the snow field in a cloud
model J Climate Appl Meteor 22 1065ndash1092mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46
3077ndash3107 1989
Mitrani I (1992) Meacutetodos de parametrizacioacuten de los procesos fiacutesicos en los modelos numeacutericos de
pronoacutestico del tiempo Tesis en opcioacuten al grado de Dra Ciencias Fiacutesicas 120 paacuteg INSMETMES La
Habana Cuba
Mitrani I (1995) Short-range forecasting of the tropical cyclone movement trough baroclinic limited-
area model International Workshop Limited-Area and variable resolution models Beijing China
1995 WMO No 699 163-167
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Mitrani I JL Peacuterez (1999) Aplicacioacuten de un modelo de alta resolucioacuten en la prediccioacuten del tiempo
sobre territorio cubano con posibilidad de pronosticar el movimiento de los ciclones tropicales
Boletiacuten SOMETCUBA Vol 3 No 2 Publicacioacuten Electroacutenica
httpwwwmetinfcusometcubboletindefaulthtm
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de los huracanes ldquoIvaacutenrdquo y ldquoPalomardquo mediante el uso de la combinacioacuten de los modelos numeacutericos
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MLAWER E TAUBMAN P BROWN M IACONO y CLOUGH (1997) A Radiative transfer for
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
32
inhomogeneous atmosphere RRTM a validated correlated-k model for the long-wave J Geophysics
Res 102 (D14) 16663ndash16682
Peacuterez A Ida Mitrani (2013) Pronoacutestico numeacuterico del oleaje en mares interamericanos y costas de
Cuba mediante los modelos numeacutericos MM5 WW3 y SWAN Vol 19 No1 2013
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Peacuterez J L y V Magantildea (1998) Modelacioacuten Numeacuterica de Mesoescala en una computadora Personal
Memorias del VIII Congreso de la Organizacioacuten Mexicana de Meteoroacutelogos A C (OMMAC) 229-
232 pp
Peacuterez Parrado R Gutieacuterrez T Mitrani I (1989) Pronoacutestico de la traslacioacuten de los ciclones tropicales
con la ayuda de una rejilla fina (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Guidrometeoizdat
Leningrado 209-215
PSUNCAR (1996) Mesoscale Modeling System-Version 2 MM5V2 Tutorial Class Notes Mesoscale
and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
PSUNCAR (2000) Mesoscale Modeling System-Version 3 MM5V3 Tutorial Class Notes and Users
Guide Mesoscale and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
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Guide Mesoscale and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
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model with a free-surface and topography-following vertical coordinate Ocean Modelling 9 347-404
Sitnikov I G (1969) Experiencias en los pronoacutesticos numeacutericos de trayectoria de los ciclones
tropicales en la Repuacuteblica de Cuba (En ruso) Trudi GMC N 29 URSS 2132
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
33
Skamarock W J Dudhia DO Gill DM Barker MGDuda X-Y Huang W Wang and JG Powers
(2008) A Description of the Advanced Research WRF version 3 NCAR Technical Note TN-475+STR
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Svidrinsky V P Mijailu A G Gutieacuterrez T (1989) Modelo barocliacutenico regional para la prediccioacuten del
tiempo en la zona tropical (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Leningrado Guidrometeoizdat
247253
Tolman H L (2002) User manual and system documentation of WAVEWATCH-III version
222Technical Note US Department of Commerce NOAA NWS NCEP Washington DC
Warner JC Brandy Armstrong Ruoying He Joseph B Zambon (2010) Development of a Coupled
OceanndashAtmospherendashWavendashSediment Transport (COAWST) Modeling System Ocean Model
doi101016jocemod201007010
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
25
presencia de lluvia con valores iguales y por encima de 01 mm y la no presencia de este fenoacutemeno con
valores inferiores a dicho valor En la tabla 32 se muestra este anaacutelisis para el antildeo 2013
La Fig 39 muestra la evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de
Deteccioacuten (PD) y la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) Se observa como los PC y las PD
disminuyen en el periacuteodo lluvioso asiacute como se incrementa la PFD en dicho periacuteodo A partir de la tabla
32 para el antildeo 2013 el PC resultoacute ser de 7418 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 los
cuales se pueden catalogar de aceptables si tenemos en cuenta la dificultad a la hora de pronosticar esta
variable en los troacutepicos
Tabla 32 Tabla de contingencia para el caso de la precipitacioacuten nuacutemero de casos y por ciento del total
Fig 39 Evolucioacuten mensual de los iacutendices Porciento Correcto (PC) Probabilidad de Deteccioacuten (PD) y
la Probabilidad de Falsa Deteccioacuten (PFD) para la precipitacioacuten en el antildeo 2013
Como se mencionaba al comienzo de este capiacutetulo de los modelos de oleaje que conforman el sistema
solo fue posible la evaluacioacuten del WAVEWATCH III En la Fig 310 se muestra separados por
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
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and other mesometeorological studies MonWea Rev 106 1045-1078
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170ndash181
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
31
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Habana Cuba
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area model International Workshop Limited-Area and variable resolution models Beijing China
1995 WMO No 699 163-167
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(2007) Omar (2008) and Paloma (2008) Proceeding of the 29th Conference on Hurricanes and
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Mitrani I JL Peacuterez (1999) Aplicacioacuten de un modelo de alta resolucioacuten en la prediccioacuten del tiempo
sobre territorio cubano con posibilidad de pronosticar el movimiento de los ciclones tropicales
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httpwwwmetinfcusometcubboletindefaulthtm
Mitrani I Y Alonso I Borrajero A Bezanilla D Martiacutenez (2011) Prediccioacuten del oleaje en presencia
de los huracanes ldquoIvaacutenrdquo y ldquoPalomardquo mediante el uso de la combinacioacuten de los modelos numeacutericos
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MLAWER E TAUBMAN P BROWN M IACONO y CLOUGH (1997) A Radiative transfer for
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
32
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Res 102 (D14) 16663ndash16682
Peacuterez A Ida Mitrani (2013) Pronoacutestico numeacuterico del oleaje en mares interamericanos y costas de
Cuba mediante los modelos numeacutericos MM5 WW3 y SWAN Vol 19 No1 2013
httpwwwigacuPublicacionesrevistacte_14_n1CTE14_1html
Peacuterez J L y V Magantildea (1998) Modelacioacuten Numeacuterica de Mesoescala en una computadora Personal
Memorias del VIII Congreso de la Organizacioacuten Mexicana de Meteoroacutelogos A C (OMMAC) 229-
232 pp
Peacuterez Parrado R Gutieacuterrez T Mitrani I (1989) Pronoacutestico de la traslacioacuten de los ciclones tropicales
con la ayuda de una rejilla fina (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Guidrometeoizdat
Leningrado 209-215
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and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
PSUNCAR (2000) Mesoscale Modeling System-Version 3 MM5V3 Tutorial Class Notes and Users
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Sitnikov I G (1969) Experiencias en los pronoacutesticos numeacutericos de trayectoria de los ciclones
tropicales en la Repuacuteblica de Cuba (En ruso) Trudi GMC N 29 URSS 2132
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
33
Skamarock W J Dudhia DO Gill DM Barker MGDuda X-Y Huang W Wang and JG Powers
(2008) A Description of the Advanced Research WRF version 3 NCAR Technical Note TN-475+STR
NCAR Boulder Colorado
Svidrinsky V P Mijailu A G Gutieacuterrez T (1989) Modelo barocliacutenico regional para la prediccioacuten del
tiempo en la zona tropical (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Leningrado Guidrometeoizdat
247253
Tolman H L (2002) User manual and system documentation of WAVEWATCH-III version
222Technical Note US Department of Commerce NOAA NWS NCEP Washington DC
Warner JC Brandy Armstrong Ruoying He Joseph B Zambon (2010) Development of a Coupled
OceanndashAtmospherendashWavendashSediment Transport (COAWST) Modeling System Ocean Model
doi101016jocemod201007010
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
26
trimestres y media anual la evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de
la altura significativa del oleaje Es posible observar en esta figura como los errores del oleaje
responden a la calidad del viento utilizado como entrada y como los meses de abril-mayo-junio julio-
agosto-septiembre resultaron ser los de miacutenimos errores en el pronoacutestico al igual que para el viento
mostrado en la Fig 38 b)
Fig 310 Error absoluto medio trimestral y anual de la altura significativa de la ola pronosticada por
WAVEWATCH III para el antildeo 2013
Para el caso del modelo ROMS la verificacioacuten solo fue posible utlizando solo una boya (42056) ya que
esta es la uacutenica boya de las utilizadas en este trabajo que se encuentra dentro del dominio numeacuterico de
este modelo La variable que se evaluoacute fue la temperatura superficial del mar como ya se mencionaba
al comienzo de este capiacutetulo En la Fig 314 se muestra separados por trimestres y media anual la
evolucioacuten dentro de las 72 horas de pronoacutestico del error absoluto medio de dicha variable De forma
general en este graacutefico se observa que los meses con maacuteximos errores son julio-agosto-septiembre con
valores ente 06 y 07 grados Celsius de error mientras que los meses de enero-febrero-marzo fueron
los mejores meses con errores absolutos entre 025 y 035 grados Celsius destacaacutendose una media
anual de aproximadamente 05 grados Celsius lo cual resulta ser muy bueno para el pronoacutestico de esta
variable que juega un papel fundamental en el desarrollo e intensificacioacuten de los huracanes al paso por
nuestra aacuterea
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
Anthes R A E Y Hesie and Y H Kuo (1987) Description of the Penn StateNCAR Mesoscale
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Atmospheres and Oceans 48 46ndash68
Booij N Ris RC Holthuijsen LH (1999) A third-generation wave model for coastal regions 1
Model description and validation J Geophys Res 104 7649ndash7666
Bortnikov S A (1968) Confeccioacuten de un modelo multinivel de pronoacutestico basado en la experiencia
del pronoacutestico operativo a corto plazo con las ecuaciones completas para una atmoacutesfera de dos niveles
(En ruso) Trudi GMC N 16 2132
DUDHIA J (1989) Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment
using a mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46 3077-3107
Egbert G Erofeeva S (2002) Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides Journal of
Atmospheric and Oceanic Technology 19 183-204
Grell A G J Dudhia D R Stauffer (1994) A description of the Fith- Generation Penn StateNCAR
Messocale Model (MM5) NCARTN ndash398+STR National Center for Atmospheric Research Boulder
CO 121 paacuteg
Kain J S (2004) The Kain-Fritsch convective parameterization An update J Appl Meteor 43
170ndash181
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
31
Lin Y-L R D Farley and H D Orville (1983) Bulk parameterization of the snow field in a cloud
model J Climate Appl Meteor 22 1065ndash1092mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46
3077ndash3107 1989
Mitrani I (1992) Meacutetodos de parametrizacioacuten de los procesos fiacutesicos en los modelos numeacutericos de
pronoacutestico del tiempo Tesis en opcioacuten al grado de Dra Ciencias Fiacutesicas 120 paacuteg INSMETMES La
Habana Cuba
Mitrani I (1995) Short-range forecasting of the tropical cyclone movement trough baroclinic limited-
area model International Workshop Limited-Area and variable resolution models Beijing China
1995 WMO No 699 163-167
Mitrani I D Martinez I Borrajero E Hicks CPontikis (2010) Numerical weather prediction and
tropical cyclone track forecasting in the Caribbean using MM5 Case studies of hurricanes Dean
(2007) Omar (2008) and Paloma (2008) Proceeding of the 29th Conference on Hurricanes and
Tropical Meteorology (available on the web site httpamsconfexcomamspdfpapers169389pdf)
Mitrani I D Martiacutenez YAlonso (2012) Aplicacioacuten de los modelos WRF y WW3 en el pronoacutestico de
los elementos de ola al paso de huracanes por la costa occidental de Meacutexico Revista Cubana de
Meteorologiacutea Vol 18 No 1 httpwwwinsmetcucontenidosbibliotecarevista
Mitrani I JL Peacuterez (1999) Aplicacioacuten de un modelo de alta resolucioacuten en la prediccioacuten del tiempo
sobre territorio cubano con posibilidad de pronosticar el movimiento de los ciclones tropicales
Boletiacuten SOMETCUBA Vol 3 No 2 Publicacioacuten Electroacutenica
httpwwwmetinfcusometcubboletindefaulthtm
Mitrani I Y Alonso I Borrajero A Bezanilla D Martiacutenez (2011) Prediccioacuten del oleaje en presencia
de los huracanes ldquoIvaacutenrdquo y ldquoPalomardquo mediante el uso de la combinacioacuten de los modelos numeacutericos
MM5V3-WW3 Revista Cubana de Meteorologiacutea Vol 17 No 2 3948
MLAWER E TAUBMAN P BROWN M IACONO y CLOUGH (1997) A Radiative transfer for
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
32
inhomogeneous atmosphere RRTM a validated correlated-k model for the long-wave J Geophysics
Res 102 (D14) 16663ndash16682
Peacuterez A Ida Mitrani (2013) Pronoacutestico numeacuterico del oleaje en mares interamericanos y costas de
Cuba mediante los modelos numeacutericos MM5 WW3 y SWAN Vol 19 No1 2013
httpwwwigacuPublicacionesrevistacte_14_n1CTE14_1html
Peacuterez J L y V Magantildea (1998) Modelacioacuten Numeacuterica de Mesoescala en una computadora Personal
Memorias del VIII Congreso de la Organizacioacuten Mexicana de Meteoroacutelogos A C (OMMAC) 229-
232 pp
Peacuterez Parrado R Gutieacuterrez T Mitrani I (1989) Pronoacutestico de la traslacioacuten de los ciclones tropicales
con la ayuda de una rejilla fina (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Guidrometeoizdat
Leningrado 209-215
PSUNCAR (1996) Mesoscale Modeling System-Version 2 MM5V2 Tutorial Class Notes Mesoscale
and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
PSUNCAR (2000) Mesoscale Modeling System-Version 3 MM5V3 Tutorial Class Notes and Users
Guide Mesoscale and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
PSUNCAR (2006) Mesoscale Modeling System-Version 3 MM5V3 Tutorial Class Notes and Users
Guide Mesoscale and Microscale Meteorology Division National Center for Atmospheric Research
Shchepetkin AF McWilliams JC (2005) Regional Ocean Model System a split-explicit ocean
model with a free-surface and topography-following vertical coordinate Ocean Modelling 9 347-404
Sitnikov I G (1969) Experiencias en los pronoacutesticos numeacutericos de trayectoria de los ciclones
tropicales en la Repuacuteblica de Cuba (En ruso) Trudi GMC N 29 URSS 2132
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
33
Skamarock W J Dudhia DO Gill DM Barker MGDuda X-Y Huang W Wang and JG Powers
(2008) A Description of the Advanced Research WRF version 3 NCAR Technical Note TN-475+STR
NCAR Boulder Colorado
Svidrinsky V P Mijailu A G Gutieacuterrez T (1989) Modelo barocliacutenico regional para la prediccioacuten del
tiempo en la zona tropical (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Leningrado Guidrometeoizdat
247253
Tolman H L (2002) User manual and system documentation of WAVEWATCH-III version
222Technical Note US Department of Commerce NOAA NWS NCEP Washington DC
Warner JC Brandy Armstrong Ruoying He Joseph B Zambon (2010) Development of a Coupled
OceanndashAtmospherendashWavendashSediment Transport (COAWST) Modeling System Ocean Model
doi101016jocemod201007010
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
27
Fig 314 Error absoluto medio trimestral y anual de la temperatura superficial del mar pronosticada por
ROMS para el antildeo 2013
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
Anthes R A E Y Hesie and Y H Kuo (1987) Description of the Penn StateNCAR Mesoscale
Model Version 4 (MM4) NCARTN ndash282+STR National Center for Atmospheric Research Boulder
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and other mesometeorological studies MonWea Rev 106 1045-1078
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Atmospheres and Oceans 48 46ndash68
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Model description and validation J Geophys Res 104 7649ndash7666
Bortnikov S A (1968) Confeccioacuten de un modelo multinivel de pronoacutestico basado en la experiencia
del pronoacutestico operativo a corto plazo con las ecuaciones completas para una atmoacutesfera de dos niveles
(En ruso) Trudi GMC N 16 2132
DUDHIA J (1989) Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment
using a mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46 3077-3107
Egbert G Erofeeva S (2002) Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides Journal of
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httpwwwmetinfcusometcubboletindefaulthtm
Mitrani I Y Alonso I Borrajero A Bezanilla D Martiacutenez (2011) Prediccioacuten del oleaje en presencia
de los huracanes ldquoIvaacutenrdquo y ldquoPalomardquo mediante el uso de la combinacioacuten de los modelos numeacutericos
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MLAWER E TAUBMAN P BROWN M IACONO y CLOUGH (1997) A Radiative transfer for
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
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232 pp
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model with a free-surface and topography-following vertical coordinate Ocean Modelling 9 347-404
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tropicales en la Repuacuteblica de Cuba (En ruso) Trudi GMC N 29 URSS 2132
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33
Skamarock W J Dudhia DO Gill DM Barker MGDuda X-Y Huang W Wang and JG Powers
(2008) A Description of the Advanced Research WRF version 3 NCAR Technical Note TN-475+STR
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Svidrinsky V P Mijailu A G Gutieacuterrez T (1989) Modelo barocliacutenico regional para la prediccioacuten del
tiempo en la zona tropical (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Leningrado Guidrometeoizdat
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OceanndashAtmospherendashWavendashSediment Transport (COAWST) Modeling System Ocean Model
doi101016jocemod201007010
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
28
Conclusiones
Se logroacute la asimilacioacuten implementacioacuten y combinacioacuten de los modelos WRF WAVEWATCH III
SWAN y ROMS en la creacioacuten de un sistema numeacuterico en su primera fase capaz de pronosticar las
principales variables oceaacutenicas y atmosfeacutericas para la Repuacuteblica de Cuba
Se disentildeoacute un sitio web experimental que cuenta con informacioacuten baacutesica que permite a los usuarios
poder comprender y analizar el estado del sistema oceacuteano-atmoacutesfera a distintos plazos
El sistema creado brinda en forma de campos centrados sobre Cuba las diferentes combinaciones de
variables y niveles tanto atmosfeacutericos como oceaacutenicos cuenta ademaacutes con vistas ampliadas para las
regiones occidental central y oriental de Cuba
Otra fuente de informacioacuten que se brinda es la referida a pronoacutesticos puntuales mediante
- Meteogramas (68 estaciones del paiacutes)
- Sondeos graacuteficos y numeacutericos (68 estaciones del paiacutes)
- Pronoacutestico especializado para parques eoacutelicos (3 parques)
- Pronoacutesticos de Radiacioacuten cada 10 minutos (68 estaciones del paiacutes)
Los errores absolutos para la temperatura a 2 m presioacuten a nivel del mar altura significativa de la ola
temperatura superficial del mar y velocidad del viento por encima de 2kmh resultaron ser aceptables
no siendo asiacute para el pronoacutestico de las calmas en el cual el mismo tuvo 096 de Probabilidad de
Deteccioacuten
Para la precipitacioacuten en el antildeo 2013 la PD fue de 555 y la PFD fue de 239 con una efectividad
del 7418
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
Anthes R A E Y Hesie and Y H Kuo (1987) Description of the Penn StateNCAR Mesoscale
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Atmospheres and Oceans 48 46ndash68
Booij N Ris RC Holthuijsen LH (1999) A third-generation wave model for coastal regions 1
Model description and validation J Geophys Res 104 7649ndash7666
Bortnikov S A (1968) Confeccioacuten de un modelo multinivel de pronoacutestico basado en la experiencia
del pronoacutestico operativo a corto plazo con las ecuaciones completas para una atmoacutesfera de dos niveles
(En ruso) Trudi GMC N 16 2132
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31
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model J Climate Appl Meteor 22 1065ndash1092mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46
3077ndash3107 1989
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1995 WMO No 699 163-167
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(2007) Omar (2008) and Paloma (2008) Proceeding of the 29th Conference on Hurricanes and
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Mitrani I D Martiacutenez YAlonso (2012) Aplicacioacuten de los modelos WRF y WW3 en el pronoacutestico de
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Mitrani I JL Peacuterez (1999) Aplicacioacuten de un modelo de alta resolucioacuten en la prediccioacuten del tiempo
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httpwwwmetinfcusometcubboletindefaulthtm
Mitrani I Y Alonso I Borrajero A Bezanilla D Martiacutenez (2011) Prediccioacuten del oleaje en presencia
de los huracanes ldquoIvaacutenrdquo y ldquoPalomardquo mediante el uso de la combinacioacuten de los modelos numeacutericos
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MLAWER E TAUBMAN P BROWN M IACONO y CLOUGH (1997) A Radiative transfer for
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32
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Cuba mediante los modelos numeacutericos MM5 WW3 y SWAN Vol 19 No1 2013
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Peacuterez J L y V Magantildea (1998) Modelacioacuten Numeacuterica de Mesoescala en una computadora Personal
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232 pp
Peacuterez Parrado R Gutieacuterrez T Mitrani I (1989) Pronoacutestico de la traslacioacuten de los ciclones tropicales
con la ayuda de una rejilla fina (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Guidrometeoizdat
Leningrado 209-215
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PSUNCAR (2000) Mesoscale Modeling System-Version 3 MM5V3 Tutorial Class Notes and Users
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PSUNCAR (2006) Mesoscale Modeling System-Version 3 MM5V3 Tutorial Class Notes and Users
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Shchepetkin AF McWilliams JC (2005) Regional Ocean Model System a split-explicit ocean
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Sitnikov I G (1969) Experiencias en los pronoacutesticos numeacutericos de trayectoria de los ciclones
tropicales en la Repuacuteblica de Cuba (En ruso) Trudi GMC N 29 URSS 2132
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33
Skamarock W J Dudhia DO Gill DM Barker MGDuda X-Y Huang W Wang and JG Powers
(2008) A Description of the Advanced Research WRF version 3 NCAR Technical Note TN-475+STR
NCAR Boulder Colorado
Svidrinsky V P Mijailu A G Gutieacuterrez T (1989) Modelo barocliacutenico regional para la prediccioacuten del
tiempo en la zona tropical (En ruso) Tropicheskaya Meteorologuia Leningrado Guidrometeoizdat
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Tolman H L (2002) User manual and system documentation of WAVEWATCH-III version
222Technical Note US Department of Commerce NOAA NWS NCEP Washington DC
Warner JC Brandy Armstrong Ruoying He Joseph B Zambon (2010) Development of a Coupled
OceanndashAtmospherendashWavendashSediment Transport (COAWST) Modeling System Ocean Model
doi101016jocemod201007010
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29
Recomendaciones
Se recomienda la experimentacioacuten con otras configuraciones y otros periacuteodos para evaluar con un
nuacutemero mayor de casos que podrian dar maacutes aporte a lo aquiacute sugerido
Las salidas del sistema de prediccioacuten aporta datos valiosos para la prevencioacuten y toma de decisiones
estrateacutegicas en el pronoacutestico del tiempo por lo que se recomienda sean utilizadas en el trabajo
operativo del INSMET
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
30
Bibliografiacutea
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Model Version 4 (MM4) NCARTN ndash282+STR National Center for Atmospheric Research Boulder
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BS Powell AM Moore HG Arango E Di Lorenzo RF Milliff RR Leben (2009) Dynamics of
Atmospheres and Oceans 48 46ndash68
Booij N Ris RC Holthuijsen LH (1999) A third-generation wave model for coastal regions 1
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Bortnikov S A (1968) Confeccioacuten de un modelo multinivel de pronoacutestico basado en la experiencia
del pronoacutestico operativo a corto plazo con las ecuaciones completas para una atmoacutesfera de dos niveles
(En ruso) Trudi GMC N 16 2132
DUDHIA J (1989) Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment
using a mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46 3077-3107
Egbert G Erofeeva S (2002) Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides Journal of
Atmospheric and Oceanic Technology 19 183-204
Grell A G J Dudhia D R Stauffer (1994) A description of the Fith- Generation Penn StateNCAR
Messocale Model (MM5) NCARTN ndash398+STR National Center for Atmospheric Research Boulder
CO 121 paacuteg
Kain J S (2004) The Kain-Fritsch convective parameterization An update J Appl Meteor 43
170ndash181
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
31
Lin Y-L R D Farley and H D Orville (1983) Bulk parameterization of the snow field in a cloud
model J Climate Appl Meteor 22 1065ndash1092mesoscale two-dimensional model J Atmos Sci 46
3077ndash3107 1989
Mitrani I (1992) Meacutetodos de parametrizacioacuten de los procesos fiacutesicos en los modelos numeacutericos de
pronoacutestico del tiempo Tesis en opcioacuten al grado de Dra Ciencias Fiacutesicas 120 paacuteg INSMETMES La
Habana Cuba
Mitrani I (1995) Short-range forecasting of the tropical cyclone movement trough baroclinic limited-
area model International Workshop Limited-Area and variable resolution models Beijing China
1995 WMO No 699 163-167
Mitrani I D Martinez I Borrajero E Hicks CPontikis (2010) Numerical weather prediction and
tropical cyclone track forecasting in the Caribbean using MM5 Case studies of hurricanes Dean
(2007) Omar (2008) and Paloma (2008) Proceeding of the 29th Conference on Hurricanes and
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Mitrani I D Martiacutenez YAlonso (2012) Aplicacioacuten de los modelos WRF y WW3 en el pronoacutestico de
los elementos de ola al paso de huracanes por la costa occidental de Meacutexico Revista Cubana de
Meteorologiacutea Vol 18 No 1 httpwwwinsmetcucontenidosbibliotecarevista
Mitrani I JL Peacuterez (1999) Aplicacioacuten de un modelo de alta resolucioacuten en la prediccioacuten del tiempo
sobre territorio cubano con posibilidad de pronosticar el movimiento de los ciclones tropicales
Boletiacuten SOMETCUBA Vol 3 No 2 Publicacioacuten Electroacutenica
httpwwwmetinfcusometcubboletindefaulthtm
Mitrani I Y Alonso I Borrajero A Bezanilla D Martiacutenez (2011) Prediccioacuten del oleaje en presencia
de los huracanes ldquoIvaacutenrdquo y ldquoPalomardquo mediante el uso de la combinacioacuten de los modelos numeacutericos
MM5V3-WW3 Revista Cubana de Meteorologiacutea Vol 17 No 2 3948
MLAWER E TAUBMAN P BROWN M IACONO y CLOUGH (1997) A Radiative transfer for
Sistema de Prediccioacuten Numeacuterica Oceacuteano-Atmoacutesfera
32
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