Estudio del impacto de la configuración del modelo WRF en pronósticos determinísticos y probabilísticos para un caso de iniciación de la convección en las Sierras de Córdoba, Argen...

• Autores: Alvarez Imaz, María de los Milagros
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Salio, Paola Verónica; Dillon, María Eugenia
• Materia: INICIACION DE LA CONVECCION; MODELADO EN ALTA RESOLUCION; CONDICIONES INICIALES Y DE BORDE; PARAMETRIZACIONES FISICAS; PREDICTIBILIDAD; CONVECTIVE INITIATION; HIGH RESOLUTION MODELING; INITIAL AND BOUDARY CONDITIONS; PHYSICAL PARAMETERIZATIONS; PREDICTABILITY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La determinación de la ubicación y el tiempo de iniciación de la convección (IC) es un aspecto crucial de la predicción y alerta meteorológica de fenómenos de alto impacto asociados con la convección profunda. Argentina central, particularmente la región de las Sierras de Córdoba (SDC), se caracteriza por la ocurrencia regular de profundas celdas convectivas. Estas celdas pueden alcanzar características supercelulares produciendo en algunos casos granizo grande y ocasionalmente tornados. El modelado numérico de la convección húmeda profunda presenta varios desafíos asociados al espaciamiento horizontal de los puntos de retícula, a las diferentes parametrizaciones físicas que se consideran y a las condiciones iniciales y de borde (en el caso de simulaciones regionales). En este trabajo de tesis se estudia el impacto asociado a la elección de diferentes parametrizaciones físicas y condiciones iniciales y de borde en la IC. Para analizar la sensibilidad de la IC en las SDC, se utilizó el modelo Weather Research and Forecasting (WRF) con un espaciamiento horizontal de los puntos de retícula de 3 km para estudiar una supercelda marginal iniciada el 17 de octubre de 2017. Se construyó un conjunto de simulaciones utilizando 3 parametrizaciones de la microfísica (WSM6, Thompson y Morrison) y 2 parametrizaciones de la capa límite planetaria (CLP) (Universidad de Yonsei y Mellor Yamada Janjic). Además, se estudió la sensibilidad de las condiciones iniciales y de borde, considerando como forzantes a 2 análisis globales diferentes: el European Centre for Medium-Range Weather Forecast model (ECMWF), y el Global Data Assimilation System (GDAS). Es decir que se generaron 12 simulaciones para analizar el caso de estudio. La elección de los modelos globales como condiciones iniciales y de borde resultaron fundamentales para la IC y posterior desarrollo de la celda convectiva. Una de las mayores diferencias entre ambos modelos fue la disponibilidad de humedad en niveles bajos, que luego fue observada en las simulaciones WRF impactando en la resolución regional de la situación. En cuanto a las parametrizaciones, aquellas asociadas a la CLP son las que más influyeron en determinar el tiempo y la ubicación de la IC. En la segunda parte del trabajo, se seleccionaron las configuraciones que mejor desempeño tuvieron en los pronósticos determinísticos para generar pronósticos probabilísticos. Para los mismos se utilizaron como condiciones iniciales y de borde, el ensamble de pronósticos ECMWF y el Global Ensemble Forecast System (GEFS). Para analizar la predictibilidad del entorno asociado a la IC, se estudiaron diversas variables poniendo foco en la distribución espacial y los rangos de valores de cada una de ellas. Si bien se pueden identificar diferencias tanto entre las parametrizaciones físicas utilizadas y las condiciones de borde e iniciales, hay una gran concordancia entre todas las configuraciones en cuanto a la presencia de un entorno propicio a la IC. En cuanto a la ubicación, horario y el número de IC, varían significativamente entre las configuraciones (al igual que en las simulaciones determinísticas) siendo escasa la cantidad de miembros en que la IC fue cercana a la ubicación de la observación.
Determining the location and time of convection initiation (CI) is a crucial aspect of weather forecasting and warning of high-impact events associated with deep convection. Central Argentina, particularly the Sierras de Córdoba (SDC) region, is characterized by the regular occurrence of deep convective cells. These cells can reach supercellular characteristics, producing in some cases large hail and occasionally tornadoes. The numerical modeling of deep moist convection presents several challenges associated with the horizontal spacing of the grid points, the different physical parameterizations that are considered, and the initial and boundary conditions (in the case of regional simulations). In this thesis work, the impact associated with the choice of different physical parameterizations and initial and boundary conditions in CI is studied. To analyze the sensitivity of the CI in the SDC, the Weather Research and Forecasting (WRF) model with a 3 km horizontal spacing of the grid points was used to study a marginal supercell started on October 17th, 2017. A set of simulations using 3 microphysics parameterizations (WSM6, Thompson and Morrison) and 2 planetary boundary layer (PBL) parameterizations (Yonsei University and Mellor Yamada Janjic) were considered. In addition, the sensitivity of the initial and boundary conditions was studied, using 2 different global analyzes: the European Center for Medium-Range Weather Forecast model (ECMWF), and the Global Data Assimilation System (GDAS). In other words, 12 simulations were generated to analyze the case study. The choice of global models as initial and boundary conditions was fundamental for the CI and subsequent development of the convective cell. One of the major differences between both models was the presence of humidity at low levels, which was later observed in the WRF simulations, impacting the regional resolution of the situation. Regarding the parameterizations, those associated with the PBL are the ones that had the most influence in determining the time and location of the CI. In the second part of the work, the configurations that had the best performance in deterministic forecasts were selected to generate probabilistic forecasts. For this, the ECMWF forecast ensemble and the Global Ensemble Forecast System (GEFS) were used as initial and boundary conditions. To analyze the predictability of the environment associated with CI, several variables were studied, focusing on the spatial distribution and their ranges of values. Although differences can be identified between the physical parameterizations and the boundary and initial conditions, there is a strong agreement between all the configurations regarding the presence of an environment conducive to CI. For the location, time and the number of CI, there were also differences between the configurations (as in the deterministic simulations), being small the number of members in which the CI was close to the location of the observation.
Fil: Alvarez Imaz, María de los Milagros. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.