Precipitaci

1
Precipitación orográfica en climas fríos y cálidos
Alpes
Cascadas (Oregon)
Himalayas
Altura (m) sobre el nivel del mar
Socorro Medina Departamento de Ciencias
Atmosféricas, Universidad de Washington, Seattle,
EU Colaboradores Anil Kumar , Robert Houze, Dev
Niyogi y Ulirke Romatschke
Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM, México
DF, 19 marzo 2009
2
Sponsored in part by NSF Award ATM-0505739 NSF
Award ATM-0820586 NASA Award NNX07AD59G
3
Áreas de estudio para climas fríos
Suiza
Italia
4
Precipitación climatológica (sep a nov) y
contorno topográfico 800 m
5
Precipitación climatológica (de dic a feb) y
topografía
6
Objetivos (parte sobre climas fríos) 1.
Investigar los procesos microfísicos de formación
de precipitación en la ladera a barlovento 2.
Documentar como el flujo del aire asociado con un
ciclón extra tropical es afectado por el terreno

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Instrumentación de los experimentos
IMPROVE II Improvement of Microphysical
parameterization Altura media de la cresta 2 km
MAP Mesoscale Alpine Program Altura media de
la cresta 3 km
S-Pol Radar de doble polarización (banda S) VP
Radar de haz vertical Sondeo
8
Se analizaron las características de los casos
que produjeron las acumulaciones de precipitación
mas grandes1. Condiciones sinópticas2.
Modificación del flujo del aire por el terreno3.
Estabilidad estática4. Reflectividad e
hidrometeoros
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Se analizaron las características de los casos
que produjeron las acumulaciones de precipitación
mas grandes 1. Condiciones sinópticas2.
Modificación del flujo del aire por el terreno3.
Estabilidad estática4. Reflectividad e
hidrometeoros
10
Ejemplo de caso en los Alpes - 1200 UTC 20 Sep
1999 Atura geopotencial y temperatura a 500 mb
Pronostico del ECMWF (12 h)
11
Ejemplo de caso en las Cascadas - 0000 UTC 14 Dic
2001 Altura geopotencial, vientos y temperatura a
500 mb
Pronostico del MM5(12 h)
12
Condiciones sinópticas de los eventos de interés
? Sistema baroclínico aproximándose a la
barrera orográfica ? La dirección del viento
conforme se acerca el sistema es prácticamente
perpendicular al terreno
13
1. Condiciones sinópticas2. Modificación del
flujo del aire por el terreno3. Estabilidad
estática4. Reflectividad e hidrometeoros
14
Sistemas intensos en los Alpes donde se
recolectaron observaciones continuas (IOP,
Intensive Observing Periods)
Dirección de los cortes verticales
15
MAP IOP2b Velocidad radial (promedio de 3 h)
m s-1
Tipo A
RADAR
NNW
16
MAP IOP3 Velocidad radial (promedio de 3 h)
m s-1
Tipo A
NNW
RADAR
17
MAP IOP5 Velocidad radial (promedio de 3 h)
m s-1
Tipo A
N
RADAR
18
MAP IOP8 Velocidad radial (promedio de 3 h)
m s-1
Tipo B
NW
RADAR
19
MAP IOP8 Datos de radar en el avión P3 Viento
en la dirección del corte vertical
m s-1
Tipo B
NW
SE
20
Sistemas intensos en las montañas Cascadas donde
se recolectaron observaciones continuas
Dirección de los cortes verticales
21
IMPROVE-2 Caso 11 Velocidad radial (promedio de 3
h)
m s-1
Tipo B
E
RADAR
22
IMPROVE-2 Caso 1 Velocidad radial (promedio de 3
h)
m s-1
Tipo B
E
RADAR
23
Modificación del flujo del aire por el terreno
? Tipo A Chorro de niveles bajos asciende
sobre el pie de la montaña ? Tipo B Zona de
cizalla vertical que asciende sobre el terreno
24
1. Condiciones sinópticas2. Modificación del
flujo del aire por el terreno3. Estabilidad
estática4. Reflectividad e hidrometeoros
25
Perfiles de estabilidad para casos Tipo A
ESTABLE
INESTABLE
26
Perfiles de estabilidad para casos Tipo A
ESTABLE
INSTABLE
27
1. Condiciones sinópticas2. Modificación del
flujo del aire por el terreno3. Estabilidad
estática4. Reflectividad e hidrometeoros
28
MAP IOP5 Reflectividad (promedio de 3 h)
dBZ
Tipo A
N
RADAR
29
MAP IOP5 Frecuencia de hidrometeoros ()
Graupel
Tipo A
N
RADAR
30
MAP IOP8 Reflectividad (promedio de 3 h)
dBZ
Tipo B
NW
RADAR
31
MAP IOP8 Frecuencia de hidrometeoros ()
Graupel/ aggregates
Tipo B
NW
RADAR
32
MAP IOP8 Tipo B Radar vertical
33
Cizalla y número de Richardson de casos Tipo B
Cizalla dU/dz
Ri Nm2 / dU/dz2
34
Las observaciones de la velocidad radial y la
cizalla radial sugieren que la inestabilidad es
del tipo Kevin-HelmholtzObservaciones del radar
Doppler-on-Wheels (DOW)
Velocidad radial (m s-1)
Cizalla (m s-1 km-1)
35

• Conclusiones (Ciclones extra tropicales)
• Se identificaron dos tipos de patrones en la
  modificación del flujo por el terreno
• Los dos patrones producen celdas localizadas
  donde las velocidades verticales son
  relativamente fuertes (gt2m/s)
• La inestabilidad potencial es responsable de los
  movimientos ascendentes en casos Tipo A, mientras
  que en el Tipo B están asociados con turbulencia
• Las observaciones sugieren que en ambos tipos de
  patrones el aumento de precipitación en
  barlovento se produce por los procesos de
  coalescencia, agregación y riming

36
Precipitación orográfica en climas cálidos
Himalayas
Altura (m) sobre el nivel del mar
37
Precipitación climatológica en los
Trópicos (jun-sep) (Construida usando medias
mensuales de 1999 a 2006 de TRMM 3B43 Tropical
Rainfall Measuring Mission)
Romatschke et al. (2009)
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Precipitación climatológica en los
Trópicos (jun-sep) (Construida usando medias
mensuales de 1999 a 2006 de TRMM 3B43 Tropical
Rainfall Measuring Mission)
Romatschke et al. (2009)
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Área de estudio para climas cálidos La región de
los Himalayas topografía extrema y precipitación
abundante durante el monzón
40
Ecos de reflectividad de radar convectivos y
estratiformes
Corte horizontal
Corte vertical de eco convectivo
Corte vertical de eco estratiforme
? Se usan algoritmos automáticos para determinar
si un pixel es convecitvo o estratiforme (basados
en gradientes horizontales y verticales de la
reflectividad)
Houze (1997)
41
Se usaron datos del radar de precipitación de
TRMM para encontrar sistemas extremos, en
particular

• Núcleos de convección profunda
• aéreas contiguas de pixeles convectivos contorno
  de 40 dBZ gt 10 km en altura
• Regiones extensas de eco estratiforme
• aéreas contiguas de pixeles estratiformes
  con área gt 50,000 km²

Latitud
Altura (km)
Longitud
Distancia (km)
Latitud
Altura (km)
Lon
Romatschke et al. (2009)
42
Climatología de los sistemas extremos (de
acuerdo a 8 años de datos radar de precipitación
de TRMM)
Distribución de la probabilidad de encontrar
cada tipo de sistema
Regiones extensas de eco estratiforme
Núcleos de convección profunda
Houze et al. (2007), Romatschke et al. (2009)
43
Objetivo (parte sobre climas cálidos)1.
Evaluar si los modelos de mesoescala de alta
resolución pueden reproducir los sistemas
observados2. Investigar el efecto de la
orografía en la ocurrencia y distribución
espacial de cada tipo de sistema
44
Modelo y datos usados

• Modelo Weather Research and Forecasting
• Datos TRMM y NCEP
• Resultados presentados Región extensa de eco
  estratiforme observado por TRMM el 11 de agosto
  de 2002

45
Terreno y precipitación acumulada durante la
simulación (12 UTC 10 Ago 03 UTC 11 Ago 2002
18 LST 10 Ago - 09 LST 11 Ago)
Domino 1 dx 27 km
Domino 2 dx 9 km
Dominio 3 dx 3 km
46
Evaluation of low-levels winds at 00 UTC 11 Aug
2002
Observations10 m winds and wind speed (m/s)
WRF-simulationSurface winds and wind speed (m/s)
47
Sounding at Tengchong at 00 UTC 11 Aug 2002
Observations
WRF-simulation
48
Reflectividad instantanea (03 UTC 11 Ago 2002)
WRF-simulation
Observations
Cortes horizontales a 4km
Cortes verticales a lo largo de la linea negra
49
Objetivos1. Evaluar si los modelos de
mesoescala de alta resolución pueden reproducir
los sistemas observados2. Investigar el efecto
de la orografía en la ocurrencia y distribución
espacial de cada tipo de sistema
50
Corte vertical a lo largo de la linea roja
Periodo maduro 0130 UTC 11 Ago
Periodo inicial 1415 UTC 10 Ago
Reflectividad y Velocidad vertical (1 m/s)
Hidrometeoros Graupel color Nieve azul (0.1
g/kg) Lluvia rojo (0.1 g/kg)
51
Promedios temporales durante toda la simulación
Viento a 850mb
Viento en superficie (11 m/s)
Flujo de claro latente de la superficie (200 W/m2)
Agua precipitable (67 mm)
Precipitación acumulada (10 mm)
Viento a 850mb
Altura geopotencial a 850 mb
Agua precipitable (67 mm)
Flujo perpendicular a la dirección de l corte.
Positivo izq a derecha
Precipitación acumulada (20 y 50 mm)
Velocidad vertical a 500 mb (0.5 m/s)
52

• Conclusiones (Precipitación estratiforme al
  sureste de los Himalayas)
• El modela de mesoscala fue capaz de replicar el
  sistema observado
• Durante la ocurrencia de estos sistemas, el flujo
  intenso de bajos niveles extrae eficientemente
  humedad de la Bahía de Bengala y de la delta del
  rio Ganges
• Cuando flujo condicionalmente inestable llega al
  pie de los Himalayas, es levantado sobre la
  topografía, alcanza la saturación y se vuelve
  inestable
• Conforme el sistema envejece, los ecos se van
  debilitando y se amalgaman en grandes regiones
  estratiformes, las cuales son a su vez sujetas a
  levantamiento orográfico

53
(No Transcript)
54
Tipo de suelo
55
(No Transcript)
56
Convección profunda en los Trópicos Altura
máxima del contorno de 40 dBZ de acurdo a los
datos del radar de precipitación de TRMM
Zipser et al. (2006)
57
Convección profunda en los Trópicos Altura
máxima del contorno de 40 dBZ de acurdo a los
datos del radar de precipitación de TRMM
Zipser et al. (2006)
58
Climatología de vientos de superficie y
convección profunda durante el monzón (jun-sep)
Probabilidad de encontrar un sistema convectivo
con contorno de 40 dBZ gt 10 km (Radar de
precipitación TRMM)
Vientos de superficie y agua precipitable (NCEP)
Romatschke et al. (2009)
59
Objetivo (parte sobre climas cálidos) Evaluar
la validez de esas hipótesis usando observaciones
y simulaciones de un modelo de mesoescala
Los estudios de Sawyer et al. (1947) y Houze et
al. (2007) propusieron hipótesis sobre como se
forma la convección profunda en la zona
60
Modelo y datos usados

• Modelo Weather Research and Forecasting
• Datos TRMM y NCEP
• Sistema analizado 3 sep 2003, cuando TRMM
  observo un sistema de convección profunda en la
  zona de interés

61
Simulación precipitación acumulada y terreno
Dominio1 (dx 9 km)
Domino 2 (dx 3 km)
62
Evaluación Localización del sistema respecto al
terreno y temperatura del tope de la nube (2130
UTC 3 Sep 0230 LST 4 Sep)
SIMULACION
OBSERVACION
63
(No Transcript)
64
Evaluation 3D Reflectivity structure (22 UTC 3
Sep 03 LST 4 Sep)
OBSERVATION (TRMM-PR)
SIMULATION
Horizontal cross sections at 4 km
Vertical cross sections along black line
Vertical cross sections along red line
65
HYPOTHESIS Dry line
SURFACE DEW POINT DEPRESSION AND 2 AND 4 KM
TERRAIN CONTOURS
Valid 18 UTC 3 Sep (23 LST) Forecast 0 h (1
h before convection initialization)
66
(No Transcript)
67
HYPOTHESIS Moist low-level flow from Arabian
Sea, dry flow aloft from Tibetan or Afghan
mountains
SURFACE MIXING RATIO (g/kg)
NOAA HYSPLIT (NCEP FNL) BACKWARD TRAJECTORIES
Valid 18 UTC 3 Sep (23 LST) Forecast 0 h
End time 18 UTC 3 Sep (23 LST) Elapsed period
between markers 24 h
68
HYPOTHESIS High surface sensible heat flux as
low-level air moves over Thar Desert
NCEP time series
69
Land cover
70
HYPOTHESIS Convection triggered over foothills
TOTAL PRECIP. MIXING RATIO
TERRAIN AND COLUMN INTEGRATED PRECIPITATION
HYDROMETEORS (10 mm)
Valid 19 UTC 3 Sep (00 LST). Forecast 1 h
71
Carlson et al. 1983
72

• Conclusiones (Convección profunda en Punjab)
• El flujo del aire a niveles bajos obtiene humedad
  del Mar Arábigo y es calentado por su paso por
  del desierto del Thar
• Una capa elevada de aire seco y cálido
  proveniente de la región de Afganistán esta
  localizado sobre el aire húmedo cerca de la
  superficie y retarda el inicio de la convección
• La convección es eventualmente detonada por
  forzamiento orográfico sobre los picos pequeños

73
(No Transcript)
74
(No Transcript)
75
(No Transcript)
76
(No Transcript)
77
MAP IOP2b Reflectividad (promedio de 3 h)
dBZ
Tipo A
NNW
RADAR
78
MAP IOP3 Reflectividad (promedio de 3 h)
dBZ
Tipo A
NNW
RADAR
79
MAP IOP2b Particle Type Frequency ()
Graupel
Tipo A
NNW
RADAR
80
MAP IOP3 Particle Type Frequency ()
Graupel
Tipo A
NNW
RADAR
81
IMPROVE-2 Case 11 Reflectividad (promedio de 3 h)
dBZ
Tipo B
E
RADAR
82
IMPROVE-2 Case 1 3-hour Mean Radial velocity
dBZ
Tipo B
E
RADAR
83
IMPROVE-2 Case 11 Particle Type Frequency ()
Graupel/ aggregates
Tipo B
E
RADAR
84
IMPROVE-2 Case 1 Particle Type Frequency ()
Graupel/ aggregates
Tipo B
E
RADAR
85
IMPROVE-2 Case 11 Type B Vertically pointing
radar
86
IMPROVE-2 Case 1 Type B Vertically pointing
radar
87
IMPROVE-2 Case 1 KH billows
88

• Terrain gradients
• Land-ocean contrast
• Land cover gradients

89
Durante el monzón (jun-sep), cuando los vientos
en superficie son del suroeste, la convección
profunda se concentra en la identacion
Sistemas de convección profunda
90
(No Transcript)
91
(No Transcript)
92
Distribución geográfica de los sistemas
convectivos de acuerdo al radar de precipitación
de TRMM
Houze et al. (2007)
93
Relación entre los procesos microfisicos/corriente
s verticales y la estructura vertical de la
precipitación
Houze (1997)
94
Example of Broad Stratiform Echo (gt50,000 km2
in area)
00 UTC 11 Aug 2002 Tengchong sounding
Example Infrared satellite temperature and
reflectivity at 03 UTC 11 Aug 2002
10 m winds reanalysis at 00 UTC 11 Aug 2002
Houze et al. (2007)
95
(No Transcript)