Contributions and Limitations of Kerlin’s Conceptual Framework to the

Los registros hist´oricos de observaciones son esenciales tanto en el pre- como en el post-proceso de la predicci´on num´erica del tiempo. Las observaciones rutinarias de la atm´osfera (en especial en superficie) han ido extendi´endose de forma continua desde la creaci´on de la OMM en 1950, propiciando el marco intergubernamental para el establecimiento de redes internacionales de observaci´on.

Para que las series de observaciones meteorol´ogicas sean representativas de las caracter´ısticas locales del clima, deben tener unos periodos m´ınimos que, dependi- endo del elemento clim´atico observado y de su entorno geogr´afico, oscilan entre 25 y 50 a˜nos para la precipitaci´on y entre 10 y 25 a˜nos para la temperatura, aunque por conveniencia se suele fijar un per´ıodo de referencia climatol´ogico en 30 a˜nos (para m´as detalles ver Jagannathan and Arlqy, 1967). Adem´as, este aspecto relativo a la variabilidad temporal debe ser combinado con una variabilidad espacial adecuada.

2.3. SERIES DE OBSERVACIONES Y SIMULACIONES 45

Figura 2.20:Observaciones utilizadas en la asimilaci´on de datos del modelo num´erico del ECMWF. (FUENTE. P´agina Web del ECMWF).

Por ejemplos, las nuevas redes de observaci´on que se instalan en distintas regiones suelen presentar una excelente resoluci´on espacial, pero son demasiado cortas para ser ´utiles para los modelos estad´ısticos pues no abarcan un per´ıodo climatol´ogico adecuado. Estas condiciones son todav´ıa m´as estrictas cuando se trata de predecir eventos extremos.

2.3.1. Redes Globales de Observaci´on

El GCOS (Global Climate Observing System) es el sistema coordinado que re- copila y comprueba las observaciones de variables atmosf´ericas y oce´anicas (en su- perficie) a nivel global. El n´ucleo de las observaciones superficiales consta de aproxi- madamente 10000 observatorios que realizan observaciones al menos cada seis horas, y a menudo horariamente. Las variables observadas son: presi´on atmosf´erica, viento, temperatura del aire, precipitaci´on y humedad relativa. Adem´as existen unas 1000 estaciones de radiosonda y m´as de 3000 aviones que realizan observaciones en varios niveles de la atm´osfera. Unos 7300 barcos, 600 boyas a la deriva, 300 boyas fijas y 600 plataformas proporcionan observaciones en los oc´eanos. Estos datos son utiliza- dos diariamente por los modelos num´ericos de circulaci´on atmosf´erica, asimilando el estado de la atm´osfera inicial en base a un conjunto de estas observaciones. Por ejemplo, la Figura 2.20 muestra las observaciones utilizadas un d´ıa particular en el ECMWF para el proceso de asimilaci´on (inicializaci´on) de su modelo operativo.

La longitud de las series de datos almacenadas es muy variable y oscila entre un par de cientos de a˜nos (para estaciones hist´oricas), hasta unos pocos a˜nos, o meses. La informaci´on de un subconjunto de estas estaciones de superficie (GSN, GCOS

Surface Network) puede consultarse directamente en (www.gosic.org/ios/GCOS-main-page.htm).

El GCOS tambi´en dispone de un subsistema espacial de observaci´on, integrado por cuatro sat´elites en ´orbita polar y cinco geoestacionarios, con el objetivo principal de completar la cobertura de las observaciones de la red en superficie. El papel de las observaciones procedentes de sat´elites es cada vez m´as importante y la asimilaci´on de estos datos en los modelos num´ericos es un ´area de intensa investigaci´on.

2.3.2. La Red de Observaci´on de la AEMET

En este apartado se describe la red de observaci´on de la Agencia Estatal de Meteorolog´ıa (AEMET), cuyos datos se utilizar´an en diferentes aplicaciones de esta Tesis, considerando subconjuntos espec´ıficos de la misma dependiendo de la resolu- ci´on deseada.

Los distintos servicios meteorol´ogicos nacionales disponen de su propia red de observaci´on (algunas de cuyas estaciones se integran en el GCOS). Estas redes, mu- cho m´as densas, abarcan gran variedad de variables meteorol´ogicas. Por ejemplo, AEMET dispone de una red de observatorios que abarca m´as de 6000 puntos ge- ogr´aficos en las distintas cuencas hidrogr´aficas Espa˜nolas, como se muestra en la Fig. 2.21(d). En estos observatorios, se realizan mediciones diarias de precipitaci´on y meteoros (tormenta, nieve, granizo, niebla, lluvia, calima, roc´ıo y escarcha) que b´asicamente abarcan el per´ıodo 1900-2000. Aunque las series tienen longitudes vari- ables y contienen lagunas, en promedio se dispone de m´as de 30 a˜nos de informaci´on. Las temperaturas m´axima y m´ınima se observan en un subconjunto de 2281 pun- tos. Adem´as de la red secundaria, existen algunas estaciones en las que se realizan observaciones por parte de personal cualificado. Estas estaciones corresponden a la red principal y en la actualidad consta de 225 puntos de observaci´on ver panel (c) de la Fig. 2.21(c), en los que se mide insolaci´on, evaporaci´on, recorrido, direcci´on y racha m´axima de viento, temperaturas medias, y otras variables. Las observaciones se realizan diariamente, aunque en la red principal se realizan observaciones con mayor frecuencia (cada 10 min, cuatro veces al d´ıa, etc.). En total se tiene un gran volumen de informaci´on que es necesario tratar de forma eficiente.

A continuaci´on se detallan las observaciones disponibles; salvo indicaci´on ex- presa, las observaciones son diarias y hacen referencia a un periodo de 24 horas comprendidas de 07 UTC a 07 UTC del d´ıa siguiente:

2.3. SERIES DE OBSERVACIONES Y SIMULACIONES 47 S U R CATALUÑA D U E R O N O R T E T A J O G U A D A L Q U I V I R G U A D I A N A S E G U R A J Ú C A R E B R O (b) (a) (c) (d) 40ºN 5º E 45_º N 35º N 0º 10_ºW 5_ºW

Figura 2.21: (a) Orograf´ıa de Espa˜na peninsular y Baleares y sus (b) cuencas hidro- gr´aficas principales. (c) Red principal de estaciones de la AEMET, (d) red secundaria (pluviom´etrica y termopluviom´etrica).

1. Temperaturas extremas m´axima y m´ınima a 2 m del suelo (en o_{C), en un}

subconjunto de 2281 puntos.

2. Precipitaci´on diaria acumulada (en mm ≡ l m−2_).

3. Ocurrencia de meteoros: niebla, tormenta, granizo, nieve, escarcha y roc´ıo. Observaciones en la red principal (Fig. 2.21(c)). Adem´as de incluir las obser- vaciones anteriores, posee una serie adicional de mediciones:

1. Racha m´axima de viento, medida de 0 a 24 horas a 10m del suelo (en

km h−1_{). La direcci´on de la racha m´axima se mide en grados (tomando}

como origen el Norte).

2. Insolaci´on medida de 0 a 24 horas (en horas diarias de sol). Si es relativa se mide en % respecto a la m´axima te´orica del d´ıa.

1500grid points

1500grid points

Figura 2.22: Ejemplo de rejilla realizada a 0.2o _{de resoluci´on para precipitaci´on y tem-} peraturas extremas.

3. Evaporaci´on potencial, considerada como la m´axima evaporaci´on posible, medida de 0 a 24 horas (en mm) (existen algunas medidas en la red secundaria).

4. En la red principal existen otras muchas variables que se podr´ıan in- cluir entre las observaciones. Algunas de ellas son: Intensidad m´axima y duraci´on de precipitaci´on, recorrido del viento, cantidad y tipo de nubosi- dad, humedad media, y visibilidad.

Tambi´en se han elaborado bases de datos de observaciones sin lagunas y homo- geneizadas sobre rejillas de observaciones interpoladas. Por ejemplo, (Chen et al., 2002) describe la elaboraci´on de una base de datos con medias mensuales de pre- cipitaci´on en superficie para una rejilla de 2.5o _{de resoluci´on sobre el globo. Por}

otra parte, Herrera et al. (2007) han elaborado recientemente una rejilla sobre Es- pa˜na con resoluci´on 0.2o _{para precipitaci´on y temperaturas extremas (ver Fig. 2.22).}

Aunque las rejillas de observaciones interpoladas eliminan algunos de los problemas que surgen al tratar con datos de observaciones, introducen un elemento artificial en el proceso que, en la medida de los posible, es aconsejable evitar. Las t´ecnicas de miner´ıa de datos que se utilizan en esta Tesis est´an preparadas para trabajar con lagunas, etc., por lo que en esta Tesis se abordar´an los problemas considerando observaciones locales, evitando utilizar rejillas interpoladas de observaciones.