Presentació, a càrrec de Jordi Mazón (UPC), realitzada en la 12a edició de la Jornada Catalana de Supercomputació (JOCS'16) celebrada el 26 de maig a la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona. La comunicació dóna una visió de la seva recerca basada en la simulació numèrica de la dinàmica atmosfèrica mitjançant el model WRF-ARW, per a l'estudi de la formació de fronts costaners, episodis extrems i sobtats de calor i precipitació extrema, i aprofitament energètic de vents tèrmics (brisa marina, vents de drenatge).

1. Simulació
numèrica
de
l’atmosfera
a
la
mesoscala:
present
i
futur
Jordi
Mazon
Bueso
1

2.
2.
El
model
WRF-­‐ARW
Outline
4.
Necessitats
futures
2
1.
Què
és
un
model
atmosfèric?
3.
Exemples
d’aplicació

3. 1.
Què
és
un
model
atmosfèric?
3

4. 4
Models
Globals:
GFS,
ECMWF
Models
d’àrea
limitada:
WRF
Microscala:
LES
Les
escales
meteorologiques

5. 5
Atmosfera
és
un
fluid
conSnu
Equacions
dinàmica
i
termodinàmica
es
resolen
en
punts
Mallat
3D
de
la
troposfera
Mallat
peSt
millor
resolució
fenòmens
Vsics
(convecció,
trasnferència
fluxes,
…)
Augmenta
temps
càlcul

6. 6
Els
models
s’actualitzen
diàriament
amb
dades
de:
SuperVcie
Aire
Mar

7. 2.
El
model
WRF-­‐ARW
7

8. 8
-­‐ Usat
a
més
de
150
paisos,
per
més
de
250.000
usuaris
-­‐ Comença
als
anys
1990:
NCAR,
NOAA,
Univ.
Oklahoma.
-­‐
InvesSgació
en
Vsica
de
l’atmosfera
(enegia
renovables)
i
la
predicció
del
temp.
-­‐ Modelització
mesoscalar,
codi
obert:
Fortran90,
UNIX/Linux
compaSble
amb
compiladors
IGP,
Intel,
GNU
-­‐ Permet
diversos
esquemes
Vsics
de
parametrització.
-­‐ Ultra-­‐alta
resolució
(100
m)
fins
a
km.
-­‐ NCAR
recolza
els
usuaris
amb
Forum,
cursos
i
seminaris,
tallers.
Què
és
el
model
WRF-­‐ARW?
Breus
caracterísiSques:

9. (Shamarock
et
al.,
2008)
Què
és
el
model
WRF-­‐ARW?
Estructura
Weather
Research
and
Forecast
model
Advanced
Research
WRF
is
a
compressible
non-­‐hydrostaSc
finite
model
9
(Preprocessing
System)

10. 3.
Alguns
casos
d’exemple
10
3.1
Fronts
costaners
i
densitats
de
corrent
a
la
Mediterranea
3.2
Els
flash-­‐heat
3.3
Els
antroponúvols
3.4
Bandes
de
neu
al
BàlSc
3.5
Ciclogènesis
explosives
3.6.
I
si
el
volca
Crsocat
no
exisms?

11. 11
1
Fronts
costaners
i
densitat
de
corrents
nocturnes

12. Coastal front
Wet and warm
air
Drainage winds
SEA
LAND
Com
es
formen
els
fronts
i
les
densitat
de
corrent?
Density currents
12
Fenòmen
nocturn
i
sobre
el
mar:
poques
observacions

13. Cold air θc
VH
Warm and wet air
(Mediterranean air)Uθw
Warm air lifted
LCL
LFC
If
H>LFC
ConvecSve
clouds
If
LCL<H<LFC
StraSform
clouds
If
LCL>H
No
clouds
13

14. ?
Israel
Newman
(1951)
References
of
nocturnal
CFs
around
the
world
Bangladesh,
Thailand,
Vietnam,
Malaysia,
Borneo,
Sumatra,
Taiwan
Ohsawa
et
al.
(2003);
Wu
et
al.
(2008);
Yu
et
al.
(2004)
Houze
et
al.
(1981);
Mori
et
al.
(2004)
NE
Iberian
Peninsula
Callado
et
al.
(2006)
Hawaii
Frye
et
al.
(2001)
Lau
et
al.
(1999)
Brasil
Kousky
et
al.
(1980)
Colombia
Mapes
et
al.
(2003)
Warner
et
al.
(2003)
Kenya
Camberlin
et
al.
(1997)
Japan
Murakami
et
al.
(1983)
Darwin
(Australia)
Wapler
et
al.
(2012
CFs
around
the
world
14

15. 29-­‐Jan-­‐08
6-­‐Sept-­‐11
3-­‐March-­‐11
13-­‐Oct-­‐10
4-­‐Dec-­‐10
30-­‐Jan-­‐08
6-­‐Jan-­‐11
3-­‐Dec-­‐10
4-­‐Oct-­‐11
28-­‐Sept-­‐04
17
CFs
have
been
detected
since
2004
(searching
in
a
random
way)
10
are
the
simulated
and
studied
CFs.
LocaSon
and
data
of
the
10
studied
CFs
(dashed
line
indicates
quasi-­‐staSonary
CFs).
15

16. D3
WRF
set
up
Resolu7on
#
points
27
km
50x40
9
km
76x64
3
km
85x97
1
km
70x70
T
start:
5
January
2011
at
00
UTC
T
run:
66
hours.
16
CF5:
Israel

17. 03
UTC
06
UTC
08
UTC
Surface
θ
(color
contours)
and
wind
field
(arrows)
Δθ≈10
K
17

18. Surface
divergence
(color
contours)
and
wind
field
(arrows)
(From
22
UTC
on
5
January
to
11
UTC
on
6
January
2011)
18

19. 1-­‐h
accumulated
precipitaSon
(color
contours)
and
surface
wind
field
(arrows)
(from
22
UTC
on
5
January
to
08
UTC
on
6
January)
19

20. 20
10-­‐h
accumulated
precipitaSon
(color
contours)
and
surface
wind
field
(arrows)
at
08
UTC
on
6
January
2011

21. Δθ ≈ 10 K
PotenSal
temperature
(color
contours),
equivalent
potenSal
temperature
(contour
lines)
and
wind
field
(arrows)
w
≈
1.1
ms-­‐1
dθe/dz
<
0
00 UTC 04 UTC
08 UTC
21

22. CF10:
Cèl·∙lules
de
pluja
a
les
desembocadures
del
Llobregat,
Besòs,
Tordera.
ObservaSons
13
October
2010
MeteoCat

23. WRF
set
up
D4
Resolu7on
#
points
27
km
50x50
9
km
40x37
3
km
52x52
1
km
70x90
T
start:
11
October
2010
at
00
UTC
T
run:
90
hours.
23

24. 21
UTC
23
UTC
00
UTC
Upper
panel:
SFC
θ
(color
contours)
and
wind
field
(arrows)
Lower
panel:
SFC
divergence
(color
contours)
and
wind
field
(arrows)
Δθ≈6
K
24

25. VerScal
cross
secSon
along
AA’
θ
(color
contour)
θe
(contour
lines)
Cloud
water
mixing-­‐
raSo(dashed
lines)
wind
filed
(arrows)
21
UTC
23
UTC
01
UTC
25

26. D3
Resolu7on
#
points
18
km
125x110
6
km
223x199
2
km
355x355
T
start:
28
January
2008
T
run:
90
hours
26
CF6:
El
paper
de
la
forma
de
la
costa:
el
cas
del
golf
de
Sidra
WRF
set
up

27.
SFC
divergence
1-­‐h
precipitaSon
04
UTC
08
UTC
08
UTC
04
UTC
27

28. A
A’
VerScal
cross
secSon
along
AA’
of
θ
(color
contour),
θe
(contour
lines)
and
wind
field
(arrows)
28

29. w
≈
0.9
ms-­‐1
w
≈
1.3
ms-­‐1
dθe/dz
>
0
LCL≈
800
-­‐
1100
m
03 UTC 06 UTC
08 UTC
SecSon
AA’:
θ
(color
contours)
θe
(black
contours)
wind
field
(arrows)
w
<
0
29

30. SecSon
BB’:
θ
(color
contours)
θe
(black
contours)
wind
field
(arrows)
03 UTC 06 UTC
08 UTC
30

31. CF9:
Llevant
peninsula
Ibèrica
31

32. WRF
set
up
D3
Resolu7on
#
points
18
km
80x80
6
km
121x112
2
km
148x148
T
start:
5
January
2011
at
00
UTC
T
run:
66
hours
32

33. SFC
θ
(color
contours)
and
wind
field
(arrows)
6
September
2011
00
UTC
03
UTC
06
UTC
33

34. SFC
divergence
(color
contours)
and
wind
field
(arrows)
–
6
September
2011
From
22
UTC
on
5
to
10
UTC
on
6
September
34

35. 1-­‐h
accumulated
precipitaSon
(color
contours
)
and
wind
field
(arrows)
From
00
UTC
to
08
UTC
on
6
September
35

36. VerScal
secSon
AA’
of:
From
22
UTC
on
5
to
10
UTC
on
6
September
θ
(color
contour),
θe
(black
contours),
Liquid
water
mixing-­‐raSo
(dashed
lines)
wind
field
(arrows)
36

37. EXPERIMENT
NUMÈRIC
ΔSST=2.2
K
ΔSST=2.5
K
SST
has
increased
according
to
Somot
et
al.
(2008)
SSTR:
SimulaSon
with
SST
modified
CR:
SimulaSon
with
SST
values
provided
by
ECMWF
37

38. 10-­‐h
accumulated
precipitaSon
(color
contours)
and
surface
wind
field
(arrows)
6
September
2011
at
08
UTC
38

39. CR-­‐SSTR
wind
speed
at
04
UTC
39

40. 10-­‐h
accumulated
precipitaSon
(color
contorus)
and
surface
wind
field
(arrows)
6
January
2011
08
UTC
40

41. CR-­‐SSTR
wind
speed
at
04
UTC

42. 42
2
Flash
heat

43. 43
h•p://glossary.ametsoc.org/wiki/Flash_heat
Què
és
un
flash
heat?
(Flaix
de
calor)
El
27-­‐08-­‐1010
rècord
històric
de
Tmax
a
Barcelona
en
230
anys
de
registres!....
Però
no
en
onada
de
calor…..
Va
durar
menys
de
8
h!

44. 44
Barcelona:
27
Agost
2010
Amb
traç:
Model
WRF
Sense
traç:
observacions
Fabra

45. 45
10
UTC
12
UTC
15
UTC
18
UTC

46. 46
21
de
març
del
2008:
Heraklion

47. 47
03
UTC
09
UTC
22
UTC
00
UTC

48. 48

49. 49
3
Antroponúvols
Foto:
Prof.
Jeroni
Lorente
–
21
Setembre
2012

50. 50
MeteoSat

51. 51
Perfil
verScal
al
centre
del
D4
(punt
vermell)

52. 52
02
UTC
11
UTC
21
UTC

53. 53
02
UTC
11
UTC
21
UTC

54. 54
4
Bandes
de
neu
al
BàlSc

55. 2
Feb
00
UTC
3
Feb
09
UTC
3
Feb
21
UTC
4
Feb
12
UTC
OBSERVATIONS:
ReflecSvity
radar
images
from
FMI
PHASE
I
PHASE
II

56. WRF
simulaSon:
The
snow
band
on
1-­‐4
February
2012
• 3
nested
domains:
18,
6,
2
km
• 44
σ
verScal
levels
• PBL
MRF
scheme
(Hong
and
Pan,
1996)
• LW
RRTM
scheme
(Mlawer
et
al.,
1997)
• SW
MM5
scheme
(Dudhia,
1989)
• Microphysics,
WSM
scheme
(Hong
et
al.,
2004)
• No
cumulus
parameterizaSon
• IniSal
and
boundary
condiSons
updated
every
6
hours
from
ECWMF
Helsinki
Tallin

57. 2
Feb
00
UTC
3
Feb
00
UTC
Easterly
winds
along
the
gulf
(free
ice,
lake
effect)
Easterly
winds
veer
southeasterly
Cold
outbreaks
PHASE
1:
1-­‐2
FEB

58. ConvecSve
rolls
over
the
coast
PHASE
2:
3-­‐4
FEB
3
Feb
18
UTC
4
Feb
09
UTC
Southerly,
across
the
Finnish
coast
Cold
outbreak

59. A)
Both
cold
outbreaks
move
offshore
from
the
Estonian
and
Finnish
coasts...
Winds
parallels
to
the
coastline
along
the
Gulf
03
February
12
UTC
B)
2
land-­‐breezes
cells
forms:
-­‐Strong
convecSon
over
the
sea
up
to
1000
m
PHASE
1:
Easterlies
&
cold
outbreaks
(1-­‐2
FEB)
2
Feb
00
UTC
2
Feb
10
UTC
-­‐Subsidence
over
Estonian
and
Finnish
coast.
Finland
Estonia
Finland
Estonia
PotenSal
temp.,
Θ
(color
contour)
Wind
(arrows)
Cloud
mixing
raSo
(black
dashed
lines)

60. 03
February
18
UTC
Wind
veers
across
the
coast
Cold
outbreak
through
the
Estonian
coast
hit
the
Finnish
coast.
PHASE
2:
Southerly
(3-­‐4
FEB)
3
Feb
00
UTC
4
Feb
09
UTC
Strong
convecSon
over
the
Finnish
coast
up
to
1500
m
The
cold
stagnant
inland
air
over
the
Finnish
coastline
enhanced
the
upward
movement:
HCR
over
the
coast
Finland
Estonia
Finland
Estonia

61. Wind
module
Two
LLJ
over
the
Finnish
and
Estonian
coasts
FINLAND
ESTONIA
2
Feb
00
UTC
Geostrophic
wind
decrease
above
the
LLJ’s
Baroclinicity

62. 62
5
Ciclogènesis
explosiva

63. 63

64. 64

65. 65
6
I
si
no
exisSssin
els
volcans
de
la
Garrotxa?

66. D1: Resolució de 27 km (10 minuts)
D2: Resolució de 9 km (5 minuts)
D3: Resolució de 3 km (30 segons)
D4: Resolució de 1 km (30 segons)

67. S’ha
reduït
en
300
metres
la
topografia
d’una
àrea
de
10x10
km,
al
voltant
del
volcà
Croscat

68. 68
AMB
el
volcà
Croscat
SENSE
volcà
Croscat
22
UTC
04
UTC
10
UTC
17
Setembre
2011

70. Esclafit
a
la
Fageda
el
17
Setembre
2011
06
UTC
Olot
Corb
Fageda
3
UTC

71. 4.
Futur
de
la
simulació
atmosfèrica
71

72. 72
1.
reduir
el
Sme
step
(tout<30
min)
2.
Augmentar
la
resolució
espacial
(x<
100
m)
Més
rapidesa
de
càlcul
permetrà:
Millora
simulació
fenòmens
com:
convecció,
transferència
de
fluxes
microVsica
atmosfèrica
Moltes
gràcies
per
l’atenció
!