Numerical Weather Prediction Applied to Aeronautical MeteorologyStudy of Local Hazardous Phenomena

Resumen

La aviación y la meteorología están intrínsecamente relacionadas. A pesar de que los niveles de seguridad operacional de la industria son indiscutibles, el crecimiento sostenido supone un desafío constante para mantener los estándares asumidos a día de hoy. En esta tarea, los peligros relacionados con la meteorología son una de las prioridades, ya que algunos de ellos todavía suponen un gran riesgo para la operación de aeronaves. El objetivo principal de esta tesis doctoral es mejorar el conocimiento de la predicción numérica aplicada a eventos de meteorología aeronáutica. El mismo se lleva a cabo a través de la evaluación de cuatro eventos peligrosos diferentes: engelamiento en onda de montaña, baja visibilidad, precipitación por convección profunda y microbursts. Estos fenómenos están relacionados no solo por la alteración que pueden ocasionar en la operación de aeronaves, sino también por el hecho de que pueden darse en dominios espacio-temporales muy reducidos y locales, lo cual los hace muy difíciles de predecir. Los eventos se analizan usando simulaciones realizadas con un modelo atmosférico mesoescalar, principalmente el modelo Weather Research and Forecasting. Se prueban diferentes parametrizaciones y configuraciones. También se aplican diferentes métodos de validación y criterios de cualificación. La evaluación se complementa con el uso de otras técnicas de nowcasting, no basadas en predicción numérica. Un análisis integrado de los resultados muestra la relevancia de una configuración adecuada del modelo. Las parametrizaciones físicas son decisivas en la simulación de los eventos seleccionados, generando diferencias significativas en los resultados deterministas, lo cual ha sido ampliamente establecido por otros autores. Las condiciones iniciales y de contorno también afectan al posicionamiento y la coordinación de las simulaciones, y resoluciones mayores no acarrean necesariamente mejores resultados, en línea con la literatura existente. La resolución del modelo se convierte así en uno de los factores principales de esta tesis, ya que los fenómenos evaluados bordean la microescala. Los resultados muestran que el modelo permite simulaciones microescalares correctas, aunque las variables reproducidas están sujetas a una baja sensibilidad, probablemente debido a la incertidumbre generada en el espectro energético. Esta falta de sensibilidad genera dudas en la competencia del modelo para pronosticar los fenómenos, y es representativa de la necesidad de producir parametrizaciones adecuadas a esta escala, como ya sostienen otros autores. Los resultados de algunas de las técnicas de nowcasting usadas muestran que el modelo puede mejorar notablemente con la asimilación de mejores datos observacionales, los cuales también darían mayor conocimiento de la variabilidad del sistema. Finalmente, se comprueba que los métodos de validación deberían adaptase a los fenómenos en cuestión, y se debería realizar una evaluación integradora para obtener mejores resultados. Las conclusiones se resumen en las siguientes: la predicción numérica puede ser una herramienta muy útil en el pronóstico de los fenómenos relacionados con la meteorología aeronáutica, mejorando notablemente los tiempos de anticipación. Múltiples técnicas y algoritmos de pronóstico son ya factibles por el estado del arte. Además, estas se podrían mejorar notablemente con las parametrizaciones y configuración microescalar del modelo. Sin embargo, las características de los fenómenos evaluados requieren una configuración a medida del modelo y la consideración de los múltiples factores que afectan a la simulación. En consecuencia, se requiere más investigación en las parametrizaciones, la variabilidad del modelo y la asimilación de datos observacionales. Con todo ello, parece existir un futuro prometedor para la predicción numérica aplicada al campo de la meteorología aeronáutica.