El pronóstico meteorológico será más preciso a partir de los próximos meses

Científicos brasileños están desarrollando un nuevo modelo atmosférico de circulación global adaptado a las condiciones climáticas de América del Sur

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Los pronósticos de eventos extremos del tiempo y del clima en Brasil, tales como lluvias intensas, períodos de sequía y fenómenos causados por El Niño –el calentamiento anormal de las aguas superficiales y subsuperficiales del océano Pacífico Ecuatorial–, podrán ganar en precisión durante los próximos meses.

El Centro de Pronósticos del Tiempo y Estudios Climáticos (CPTEC) del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, por sus siglas en portugués), empezó a realizar partir de este año pronósticos del tiempo a escala mundial (con entre uno y siete días de antelación) mediante el empleo de un nuevo modelo atmosférico de circulación global.

Dicho modelo, denominado BAN (Brazilian Global Atmospheric Model), se desarrolló completamente en Brasil a lo largo de los últimos cuatro años. Tal tarea estuvo a cargo de investigadores de la División de Modelado y Desarrollo (DMD) del CPTEC-Inpe.

El BAN será el componente atmosférico del Modelo Brasileño del Sistema Terrestre (BESM, por sus siglas en inglés), desarrollado para la elaboración de proyecciones de cambios climáticos con el apoyo de la FAPESP (lea más).

Este modelo se acoplará al BESM este año para su uso no solamente en proyecciones de cambios climáticos, sino también en el pronóstico del clima estacional (hasta tres meses).

“Adquirimos mucha experiencia en el desarrollo de la dinámica y de procesos físicos en modelos atmosféricos globales. Como el modelo atmosférico anterior al BAN que se utilizaba en el CPTEC y estaba en operación desde 2010 ya no se adecuaba a resoluciones espaciales menores o iguales a 20 kilómetros, decidimos desarrollar un nuevo modelo, mejor adaptado a esas resoluciones y a las condiciones climáticas de América del Sur”, declaró Silvio Nilo Figueroa, jefe de la DMD del CPTEC-Inpe e integrante del proyecto, a Agência FAPESP.

De acuerdo con Figueroa, una de las limitaciones de los modelos globales estadounidenses, europeos y de otros centros mundiales de meteorología reside en que no representan muy bien dos forzantes (los cambios impuestas en el balance de energía planetaria, que causan típicamente alteraciones en la temperatura global) que tienen un fuerte influjo sobre el tiempo y el clima de América del Sur: el forzante topográfico, asociada a los Andes, y el forzante térmico, derivado de la liberación de calor latente de las nubes en la Amazonia.

“La mayoría de los modelos numéricos atmosféricos globales falla en la representación de la cordillera de los Andes debido que es muy estrecha, y su altura varía abruptamente en pocos kilómetros de distancia”, afirmó.

Este problema matemático tiene un impacto muy grande en el transporte de la humedad de la Amazonia hacia el sur y el sudeste de Brasil, y, por consiguiente, en el pronóstico del tiempo y del clima estacional, especialmente para estas dos regiones, según explicó el investigador.

“Al mejorar nuestro modelo climático atmosférico global para representar mejor a las regiones montañosas de América del Sur y la formación de las nubes en la Amazonia, será posible mejorar los pronósticos del tiempo y del clima estacional en Brasil. Ésta será nuestra gran diferencia con relación a otros modelos globales, y un aporte brasileño a la comunidad científica internacional”, estimó Figueroa.

Según el investigador, con el BAN también será posible mejorar la representación de la lluvia en la Amazonia.

Mediante estudios que están llevándose adelante en la Amazonia, tales como el Proyecto Lluvia y la campaña científica Green Ocean Amazon (GOAmazon) –ambos con el apoyo de la FAPESP–, será posible ajustar el BAN a los efectos de mejorar la representación de la formación de nubes en la Amazonia, apuntó Figueroa.

“Con la mejora de la representación tanto de la Amazonia como de los Andes en el modelo, será posible realizar pronósticos del tiempo y del clima con una mayor confiabilidad y mejor calidad para la región sudeste”, sostuvo.

Con una mejor resolución

Otro avance del BAM, según Figueroa, consistirá en el aumento de la resolución espacial con la cual los pronósticos del tiempo y del clima a cargo del CPTEC pasarán a procesarse.

El modelo atmosférico de circulación global utilizado hasta ahora en la institución –el AGCM3– procesaba los pronósticos con una resolución espacial de 45 kilómetros (km) y 64 capas en la vertical.

En tanto, el BAN procesa los pronósticos con una resolución espacial de 20 km y 96 capas en la vertical.

El aumento de la resolución espacial del modelo permite representar mejor la topografía, la dinámica (las ecuaciones del movimiento de la atmósfera) y la física (la radiación, la capa, el límite, los procesos de superficie y la microfísica) de América del Sur.

Asimismo, realizará pronósticos del tiempo con más de dos días de anticipación, algo que el modelo anterior no permitía, comparó Figueroa.

“El modelo antiguo exhibía una merma de desempeño a partir del segundo día de pronóstico. Con el BAN, hemos logrado hacer pronósticos del tiempo con más días de antecedencia y un mayor nivel de confiabilidad”, afirmó.

El BAN quedó operando en modo experimental durante un año y en fase preoperativa durante los últimos tres meses.

Durante ese período, los investigadores realizaron una evaluación de desempeño del modelo para el pronóstico de lluvias sobre la región sudeste de Brasil.

Los resultados de dicha evaluación indicaron que los pronósticos realizados con el modelo exhibieron niveles de calidad similares a los generadas por el Global Forecast Systen (GFS), del National Center for Environmental Prediction (NCEP) de Estados Unidos, considerado uno de los mejores modelos en operación en el mundo.

“El BAN logró prever con varios días de antelación las fuertes lluvias que se registraron en la región el mes pasado, causadas por la Zona de Convergencia del Atlántico Sur [la banda de nebulosidad que se extiende desde el sur de la región Amazónica hasta la región central del Atlántico Sur]”, dijo Figueroa.

De acuerdo con el investigador, los pronósticos elaborados por el BAN abarcan grandes áreas del globo, del orden de los 20 km. Por eso, pueden no capturar indicios de cambios del tiempo para una región menor, del orden de unos pocos kilómetros, como un municipio de la zona metropolitana de São Paulo.

Para realizar pronósticos del tiempo destinados a esas áreas menores, los modelos más indicados son los regionales, con una resolución espacial de entre 1 y 10 km, tales como el ETA y el BRAMS, utilizados en el CPTEC.

Sin embargo, los modelos globales como el BAM sirven con respecto a los modelos regionales en carácter de condiciones de contorno (informan las condiciones atmosféricas en la frontera de las regiones que abarcan los modelos regionales). De esta forma, la calidad de los pronósticos de los modelos regionales depende también, en parte, de la calidad de las condiciones atmosféricas previstas por el modelo global, ponderó el investigador.

“Los modelos atmosféricos globales suministran la temperatura, el viento y otras variables en los bordes de los modelos regionales a intervalos de entre tres y seis horas, para que los modelos regionales puedan formular pronósticos para un día dentro de sus respectivas áreas de dominio”, afirmó.

El BAM, por ejemplo, suministrará las condiciones de contorno a los modelos regionales de un km que se emplearán como forzante para pronósticos de olas y corrientes en la bahía de Guanabara durante las Olimpíadas de Río de Janeiro, dijo Figueroa.

La capacidad computacional

Según el investigador, el BAN se encuentra listo para operar con una mejor resolución espacial, de 10 km. Con todo, una de las limitaciones para operar este modelo con dicha resolución reside en la falta de capacidad computacional.

La capacidad computacional del superordenador Tupã, adquirido a finales de 2010 por el Ministerio de la Ciencia, Tecnología e Innovación (MCTI) y la FAPESP, e instalado en el CPTEC, ya se encuentra en su límite, de acuerdo con Figueroa (lea más).

Una prueba realizada por los investigadores del CPTEC con el objetivo evaluar el desempeño del actual superordenador para procesar el modelo BAM, adaptado a una resolución espacial de 10 kilómetros, demostró que aun utilizando toda la capacidad de procesamiento de Tupã, haciendo uso de sus 30 mil procesadores durante dos horas, fue posible generar pronósticos sólo para 24 horas.

Con una computadora nueva 28 veces más potente, por ejemplo, se tardaría aproximadamente una hora para realizar pronósticos con hasta siete días de anticipación, comparan los investigadores.

De esta forma, el actual superordenador es incapaz de generar pronósticos operativos para siete días, y es también limitado para realizar pronósticos de clima estacional con alta resolución espacial, apuntó Figueroa.

“Lo máximo que conseguimos con Tupã actualmente es operar el BAN con una resolución espacial de 20 km. Pero, si contásemos con una mayor capacidad computacional, conseguiríamos operar el modelo con una resolución espacial de 10 km”, dijo.

En tanto, el BESM –del cual el BAN será uno de los componentes principales, el atmosférico– está operando actualmente con una resolución espacial de 180 km, aproximadamente.

Lo ideal, de acuerdo con el investigador, es que el modelo del sistema terrestre para cambios climáticos y pronóstico estacional opere con 100 km o menos de resolución espacial.

“Cuanto mejor sea la resolución espacial del modelo, mejorará también su capacidad de representar la topografía –valles y montañas, por ejemplo– y el contraste entre el mar y el continente. Con una resolución espacial de 180 km, estos contrastes no quedan bien definidos, y la playa puede parecer tierra”, ejemplificó Figueroa.

Según el investigador, en la actualidad instituciones tales como el NCEP, de Estados Unidos, por ejemplo, tienen capacidad como para operar sus modelos globales atmosféricos de tiempo con una resolución espacial de 13 km mediante la utilización de supercomputadoras entre 30 y 50 veces más veloces que Tupã, en el orden de los petaflops, o 10¹⁵ operaciones de coma flotante por segundo.

“La tendencia indica que durante los próximos cinco o siete años los modelos globales estarán funcionando con entre 1 y 2 km de resolución espacial. Entonces no será más necesario usar modelos regionales, porque la topografía de una región como Vale do Paraíba estará muy bien representada en los modelos globales”, estimó Figueroa.

La idea es que el BAN represente el comienzo del desarrollo de la futura generación del modelo global atmosférico del CPTEC-Inpe, en la cual el mismo modelo se utilizará para el pronóstico del tiempo global, con una resolución menor que 5 km, y para el clima estacional y los cambios climáticos, con resoluciones del orden de entre 10 y 25 km, afirmó el investigador.