Descripción: La información satelital en forma de imágenes de infrarrojo realzado, conjuntamente con los datos convencionales de superficie y altura fueron utilizados para documentar la existencia y las características climatológicas de los complejos convectivos de mesoescala (MCCs) sobre el continente sudamericano y los mares adyacentes. También se determinaron las características ambientales en la que estos sistemas se desarrollan, así como determinadas condiciones ed circulación y caracterśticas de la escala sinóptica, discutiéndose los resultados en relación con la estructura y dinámica de los MCCs.Se encontró que los MCCs sobre latitudes medias ocurren aproximadamente con la misma frecuencia sobre Sud América y sobre Norte América, siendo la mayoría de las características de ambas poblaciones de MCCs muy similares. La diferencia más notable entre las MCCs de Norte América y los de Sud América es que estos últimos en promedio son alrededor de un 60 % más extensos. Aparte de la numerosa población de MCCs en latitudes medias de Sud América se encontró un gran número de MCCs en latitudes bajas (tropicales). En general, tanto los sistemas de latitudes medias como los de latitudes bajas son nocturnos y preferentemente continentales (es decir la mayoría de los sistemas ocurren durante la noche y sobre superficies de tierra]). La mayor frecuencia de ocurrencia se da en cada una de las regiones fisiográficas similares de Norte América y Sud América donde es frecuente el desarrollo de una corriente en chorro de los niveles bajos. Sobre la región del Amazonas, al igual que sobre el Sudeste de los EEUU la ocurrencia de MCCs es casi nula pese a ser ambas regiones,áreas que exhiben gran actividad convectiva. Todos los centros de máxima ocurrencia de MCCs se observan en zonas latitudinales de los estes u oestes, inmediatamente a sotavento de las principales cadenas montañosas. Uno de los dos años de datos investigados fue un año en el que se observó el episodio de El Niño. Durante ese año, el número de MCCs sobre latitudes medias de Sud América fue más del doble del número de sistemas para el año de no El Niño. Más aún, varios MCCs se formaron sobre las anómalas aguas calientes que aparecieron a lo largo de la costa del Perú. En base a esta muestra pequeña parecería existir una conexión entre la frecuencia de MCCs y el episodio de El Niño.

Descripción: Este trabajo consiste, fundamentalmente, en la adaptación de un modelo regional (el LAHM/GFDL versión CIMA) para ser utilizado en la simulación y/o pronóstico de precipitaciones intensas en latitudes medias y subtropicales de América del Sur. Con tal fin, se eligieron cuatro sistemas productores de abundante lluvia sobre el territorio argentino. Tres de las situaciones se caracterizan por ser sistemas convectivos en mesoescala (una línea de inestabilidad y dos complejos convectivos de mesoescala que ocurrieron de manera sucesiva), y el principal interés de modelarlos radicó en la dificultad que presenta la identificación de patrones de escala menor a la sinóptica, que es la única que resuelven los modelos de circulación general disponibles en nuestros centros de pronóstico. El otro sistema elegido es un ciclón que se desarrolló sobre el litoral argentino, en donde se intensificó de manera abrupta, produciendo precipitaciones muy abundantes en esa región, conjuntamente con la ocurrencia de una violenta sudestada sobre el Río de la Plata. Si bien la escala de este fenómeno es mayor a la de los anteriores, su ocurrencia tampoco fue pronosticada por los modelos de circulación general, lo cual indicaría que algunos aspectos dinámicos y/o termodinámicos del sistema no pudieron ser capturados por los modelos de menor resolución. Si bien el modelo regional elegido había sido utilizado previamente en nuestra región (y también en Estados Unidos), el trabajo de adaptación se dirigió a posibilitar su correcto funcionamiento con mayores resoluciones (i.e. 40 km aproximadamente) que las que utilizaba anteriormente (i.e. 100 km). De hecho, las primeras experiencias indicaron que la simulación de la precipitación con el modelo en su forma original era completamente inexacta en términos de posicionamiento e intensidad de los centros de lluvia. Para lograr el fin propuesto, se incluyó una parametrización de la difusión vertical de primer orden, que funcionara en toda la troposfera, con un coeficiente de viscosidad turbulenta que dependiera de la inestabilidad en cada punto, a través del número de Richardson. Se realizaron gran cantidad de experiencias con el objeto de ajustar los distintos par metros intervinientes en esa formulación. Además se adoptó la técnica de anidado telescópico para minimizar el impacto por el cambio abrupto de resolución entre los datos iniciales y el intervalo de retículo del modelo. La ventaja de este modo de trabajo es, no sólo que es el recomendado por todos los especialistas en modelado numérico para la inicialización y la provisión de condiciones de contorno en modelos en alta resolución, sino que además el modelo queda preparado para ser anidado a modelos de circulación general, que se caracterizan por su baja resolución. La sensibilidad del modelo a la nueva parametrización de la difusión vertical fue muy grande. La simulación de la precipitación obtenida con el esquema de Arakawa y Schubert combinado con el tratamiento difusivo propuesto, mejoró considerablemente, tanto en intensidad como en ubicación de los sistemas. Este resultado indicó la necesidad de trabajar con las modificaciones propuestas en las escalas de interés de este trabajo, deshechándose el tratamiento original. Este nuevo modo de utilización del modelo (anidado telescópico, nueva parametrización de la difusión vertical y esquema de Arakawa y Schubert) se denominó "control". Todas las situaciones sinópticas fueron modeladas satisfactoriamente mediante la experiencia control con una antelación de 24 a 48 horas, si bien se detectaron algunos problemas en cuanto a la ubicación exacta de los sistemas y una cierta tendencia a subestimar su intensidad. Los campos de precipitación se capturaron razonablemente bien, aunque se detectó una leve sobreestimación en algunos centros. Con el propósito de evaluar la sensibilidad del modelo a un cambio de parametrización de la convección, se adaptó un tratamiento explícito de la convección, cuya mayor ventaja sobre Arakawa y Schubert reside en la simplicidad; en que, a medida que se aumenta la resolución no presenta restricciones a su uso y a que incluye una ecuación de pronóstico extra que es la de contenido de agua de nube. La sensibilidad al cambio en el tratamiento de la convección fue leve, y la precipitación acumulada (que fue el campo m s afectado) mostró una cierta mejora. Ese resultado, conjuntamente con la obtención del campo nuboso, que se comparó satisfactoriamente con las imágenes satelitales, permiten recomendar la utilización de este tratamiento para la simulación de sistemas precipitantes sobre nuestro territorio. También se evaluó la posibilidad de mejorar el tratamiento explícito, por medio de la inclusión de un factor, denominado fracción nubosa (CF), que modulara el término de la condensación mediante alguna función sencilla que representara la estructura vertical de la nubosidad esperable en las escalas modeladas. Su inclusión se testeó para todas las situaciones sinópticas, no encontrándose una respuesta significativa en ningún caso, aunque sí una pequeña tendencia a disminuir la tasa de precipitación. Para descartar que la escasa sensibilidad se debiera a la pobre resolución vertical utilizada en todos los experimentos, se aumentó la resolución de 9 a 18 niveles, lo cual permitió corroborar que el modelo no es sensible a este factor, aún trabajando con mayor resolución en la vertical. Se considera que el trabajo realizado contribuye, fundamentalmente a la disponibilidad de un modelo apto para la realización de simulaciones y/o pronósticos en alta resolución sobre una región complicada para el modelado numérico por su compleja topografía. Lo antedicho es particulamente importante a la hora de estudiar sistemas de mesoescala que virtualmente no son representados por los análisis y/o los datos disponibles. Los experimentos realizados, en tanto que someten al modelo a casos extremos en cuanto a la severidad de las condiciones de tiempo asociados a los mismos, permiten concluir que el rendimiento es satisfactorio, aún en la representación del campo de precipitación. También se ha trabajado de manera tal de mantener el costo computacional en valores razonables para que se pueda transferir a potenciales usuarios de pronósticos a corto plazo. En cuanto a otros fines, se destaca que el modelo se encuentra también preparado para ser anidado a un modelo de circulación general, con lo cual se abre la posibilidad al modelado climático regional, que es una alternativa particularmente interesante sobre nuestro territorio, que, como se mencionara anteriormente, presenta singularidades que no pueden capturarse con un modelo de baja resolución.

Descripción: Durante la temporada cálida 2002-2003, se realizó el experimento de medición de la corriente en Chorro en Capas Bajas (SALLJEX), en el sudeste de Sudamérica. Dada la existencia de una base de datos única en la región, en primer lugar se genera un conjunto de análisis enriquecidos para el período que abarca el SALLJEX con todos los datos disponibles asimilados, que cuenta con una mayor resolución espacial y temporal que los disponibles hasta el momento en la región. La evaluación de los análisis enriquecidos generados resulta satisfactoria, mostrando que los análisis están respetando en mayor medida las observaciones, que aquellos que no asimilan datos. Por otro lado, se evalúa el impacto en el pronóstico al utilizar los análisis generados como condición inicial. Si bien se observa un impacto positivo en la mayor parte de las variables a corto plazo al partir de un campo inicial enriquecido, la metodología de asimilación no logra potenciar la capacidad de pronóstico del modelo. Por último, se utilizan los análisis enriquecidos para describir el ciclo diario de la divergencia en la capa límite y los movimientos verticales en el tope de la misma para dos situaciones sinópticas en la región Centro-Norte de Argentina. En ambos casos se logró identificar el ciclo diario, mostrando convergencia y ascensos nocturnos y divergencias y descenso diurnos, pero no se observa una amplificación del ciclo en presencia de un forzante sinóptico intenso.

Descripción: Las líneas secas son bordes entre masas de aire caracterizados por un fuerte contraste de humedad en niveles bajos. En la Argentina, los pronosticadores y la comunidad meteorológica en general reconocen a las líneas secas como una característica relevante de la circulación de verano. Fuertes gradientes de humedad se desarrollan usualmente entre las elevaciones áridas de la Meseta Patagónica y la Llanura Pampeana, en ausencia de un frente bien definido en niveles bajos. Estos límites entre masas de aire se orientan frecuentemente en dirección NO-SE y se asocian en ocasiones con el desarrollo de tormentas que, bajo condiciones propicias, pueden dar lugar a episodios de tiempo severo. Si bien las líneas secas representan un componente importante de la circulación atmosférica regional en niveles bajos, poco se sabe acerca de las mismas más allá del conocimiento general aportado por la experiencia operativa. En este trabajo se presenta una primera climatología sin óptica de estas líneas secas en base a reanálisis, además de estudiar los procesos que actúan en la formación y evolución de las líneas secas más características. Los resultados obtenidos en base a reanálisis se complementan con herramientas de modelado numérico en alta resolución, lo que permite analizar los procesos de escala sin óptica y mesoescala involucrados. Los resultados obtenidos muestran que las líneas secas son más frecuentes entre la Meseta Nor-patagónica y la Llanura Pampeana. Estas líneas secas se forman en la confluencia entre una masa de aire cálido y húmedo sobre la que prevalecen vientos del noroeste, y aire más seco que se desplaza a sotavento de los Andes en una región caracterizada por el flujo del oeste. El aire seco se origina por encima de la capa limite marítima del Pacifico, y experimenta subsidencia a sotavento de los Andes, creando un área de aire cálido y seco en altura. Esta masa de aire luego se propaga hacia el este y noreste sobre el norte de la Patagonia, en donde el fuerte calentamiento diurno en superficie y la mezcla vertical asociada lo transportan hacia la superficie. El desarrollo de una circulación ciclónica en esa región, asociada al calentamiento y al avance de una perturbación en niveles altos, junto con la circulación anticiclónica al norte, crea un patrón confluente, fuertemente frontogenético en términos del gradiente de humedad, que se traduce en la formación de una línea seca.

Descripción: El objetivo de esta tesis es desarrollar y aplicar un algoritmo automático para el seguimiento de las características físicas de los Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM) a través de todo su ciclo de vida, usando inforrnación de los canales térmicos (10.8 pm) de los satélites geoestacionarios. Los aspectos principales de este sistema son los siguientes: (1) un método de detección de nubes convectivas basado en un umbral de temperatura (235 K); (2) cálculo de parámetros morfológicos y radiactivos de cada SCM detectado en el paso anterior; (3) un algoritmo de seguimiento basado en la superposición de áreas entre imágenes sucesivas; (4) construcción del ciclo de vida de cada SCM y (5) la generación de imágenes virtuales sobre la base de la evolución de los SCM en pasos de tiempo anteriores. Esta metodología ha sido aplicada a un conjunto de imágenes de satélite sobre el sudeste de Sudamérica que corresponden a los meses de diciembre, enero y febrero de los años 2000- 2001, 2001-2002 y 2002-2003. Los resultados de los diferentes análisis muestran una diferencia significativa entre aquellos SCM que desarrollaron topes fríos (valores de temperatura mínima por debajo de los 210 K) a lo largo de su ciclo de vida y aquellos que no lo hicieron. Mientras que los que no desarrollan topes fríos estarían asociados, en términos medios, a SCM pequeños y de corta duración (efectos termo-orográficos), aquellos que llegan a desarrollar topes suficientemente fríos, estarían relacionados con fenómenos termodinámicos de una escala mayor. No obstante, en promedio, se observa una característica común en todos los SCM estudiados, independientemente de la temperatura mínima que estos pudieron alcanzar a lo largo de su ciclo de vida: la influencia de ciclo solar sobre la convección. El mínimo de actividad convectiva (definida como la cantidad media de pixeles definidos por la isoterrna de 235 K) se produce sobre el final de la tarde acompañado por un decrecimiento de la temperatura de los topes nubosos. Además, es durante el horario de la mayor insolaci6n que se obsewan 10s mayores valores de la tasa de expansión de los SCM a lo largo del dia. Para el periodo diciembre 2002 - febrero 2003, se seleccionaron aquellos SCM asociados con precipitaciones intensas y extendidas sobre dos regiones seleccionadas en la cuenca del Plata. Los resultados obtenidos a través de este análisis muestran que: (1) las precipitaciones intensas y extendidas están relacionadas con mínimos de temperatura de brillo observadas por satélite; (2) de acuerdo con la distribución de frecuencias, los SCM asociados con precipitaciones intensas y extendidas alcanzan los mayores tamaños y (3) los máxlmos valores observados en la intensidad de los procesos de expansión y enfriamiento que experimentan los SCM durante la primeras etapas de su ciclo de vida están relacionados con estos eventos. A partir del análisis del entorno de gran escala asociado a los SCM que produjeron precipitaciones intensas y/o extendidas identificados anteriormente en el momento de su máxima extensión (maduración), se observa la presencia de una zona frontal al sudoeste de ambas regiones de estudio, el giro de viento en sentido anticiclónico con la altura (advección cálida) y la presencia de una fuerte advección de humedad en capas bajas. Dentro de estas características comunes, también se puede observar un movimiento de ascenso en niveles medios de la atmósfera (expresado como valores negativos de la velocidad vertical ω en 500 hPa) y una fuerte divergencia en el nivel de 200 hPa. El estudio de dos eventos particulares muestra un cierto grado de consistencia con los resultados expresados anteriorrnente: el crecimiento de los SCM hasta la maduración (máxima extensión) ocurre durante las horas de la tarde para luego comenzar un proceso de disipación en fragmentos. En ambos casos, se observa que a partir de alguno de estos sistemas en disipación se produce un regeneramiento durante la madrugada siguiente. Por otro lado, existe una buena correlación entre la temperatura de brillo observada y los fenómenos de tiempo significativo observado en algunas estaciones meteorológicas, sin embargo la relación entre precipitación acumulada y temperatura de brillo no es unívoca.

Descripción: En la Argentina, los fenómenos meteorológicos extremos producen cuantiosas pérdidas humanas y materiales. Muchos de estos fenómenos, por ejemplo tornados, ráfagas intensas, precipitaciones extremas en cortos períodos de tiempo, granizo de gran tamaño y actividad eléctrica, están asociados a la ocurrencia de convección profunda. Es por tal motivo necesario avanzar en el conocimiento de estos fenómenos y en la capacidad de pronosticar la ocurrencia de los mismos. El pronóstico de los fenómenos severos es un desafío científico y tecnológico muy complejo debido a la predictibilidad limitada en la mesoescala y a la dificultad de conocer o diagnosticar el estado de la atmósfera en escalas espaciales pequeñas y tiempos cortos (por ejemplo de 1 a 10 km y del orden de los minutos). La asimilación de datos en la mesoescala es un enfoque que puede proporcionar condiciones iniciales adecuadas para generar pronósticos numéricos de alta resolución y, por tanto, es un área de estudio en constant evolución. Para que los métodos de asimilación de datos tengan éxito, deben utilizarse redes de observación con suficiente resolución temporal y espacial capaces de captar la variabilidad de la mesoescala. La relativa escasez de observaciones convencionales en Sudamérica supone un importante desafío que puede ser resuelto con el uso de otras fuentes de observaciones como estaciones de superficie automáticas, vientos derivados de observaciones satelitales y radianzas de satélites polares y geoestacionarios en cielo despejado. En este contexto, este trabajo de tesis busca cuantificar y comparar el impacto de cada uno de los conjuntos de datos en un sistema de asimilación de mesoescala. El estudio de la asimilación de radianzas a nivel regional, en primera instancia para cielos despejados, cobra aún mayor importancia en Sudamérica ya que no se conocen estudios realizados previamente y la red de observaciones convencionales tiene baja resolución espacial. Por esta razón, en este trabajo se hace especial énfasis en la asimilación directa de radianzas y los controles de calidad necesarios para trabajar con estas observaciones. En primer lugar se estudia el impacto de la asimilación de observaciones de satélites polares con sensores sensibles al espectro infrarrojo y microondas. Y en segundo lugar, se estudia la implementación de la asimilación de observaciones del satélite geoestacionario GOES-16 y el impacto de asimilar observaciones en alta resolución espacial y temporal en un contexto regional. Para alcanzar los objetivos de esta tesis, se realizaron distintos experimentos de asimilación de datos aplicados a un estudio de caso de un sistema convectivo de mesoescala que se desarrolló sobre el sur de Sudamérica durante el 22 y 23 de noviembre de 2018 durante el período de observación intensiva de la campaña de campo RELAMPAGO. Se utilizó el sistema WRF-GSI-LETFK para la generación de los experimentos de actualización frecuente y basados en ensambles. Mientras que el modelo WRF es uno de los más utilizados y en constante avance, con importantes antecedentes en Argentina, el sistema de asimilación GSI y en particular su versión de LETKF, no ha sido probado en Argentina y es uno de los aportes originales de esta tesis. Los resultados obtenidos muestran que la asimilación de observaciones con alta frecuencia temporal y espacial genera un importante impacto en la capa límite planetaria corrigiendo el bias cálido y seco presente en el modelo generando un mejor desarrollo de la convección profunda y la precipitación para el caso de estudio. La asimilación de las observaciones de radianza produjo un mejor desarrollo de la convección conduciendo a un aumento de la precipitación acumulada. El pronóstico por ensambles inicializado a partir de cada experimento también mostró mejoras en la representación de la precipitación. Finalmente la implementación de la asimilación de observaciones de GOES-16 mostró ser adecuada produciendo pronósticos de precipitación más cercanos a lo observado. En particular los experimentos de sensibilidad generados para analizar el impacto de asimilar observaciones de los tres canales de vapor de agua mostraron que el canal 10, asociado al contenido de vapor de agua en niveles bajos, aporta casi tanta información como asimilar simultáneamente los 3 canales de vapor de agua, particularmente cuando las observaciones son asimiladas utilizando una resolución espacial similar a la del modelo (10 km).

Descripción: La necesidad de una transición energética hacia tecnologías con emisiones bajas o libres de carbono ha impulsado, en las últimas décadas, el crecimiento de la energía eólica tanto a nivel global como nacional. La madurez tecnológica alcanzada por esta industria ha dado lugar a una nueva generación de aerogeneradores caracterizados por rotores más grandes y factores de capacidad más altos. Asimismo, en la actualidad existe una tendencia a desarrollar parques eólicos de mayor densidad y tamaño. Ambos aspectos conducen a una mayor interacción de las turbinas y parques eólicos con las capas más bajas de la tropósfera. Este trabajo de tesis propone mejorar la comprensión del impacto que tienen los parques eólicos sobre su entorno y viceversa, mediante el uso de modelos regionales de pronóstico numérico del tiempo incluyendo el efecto de la presencia de las turbinas eólicas dentro de la formulación de los mismos. En una primera parte, se realiza un análisis de la capacidad de estos modelos regionales para estimar el recurso eólico y las diferentes condiciones de estabilidad en un determinado sitio. Posteriormente se lleva a cabo un estudio de las distintas formas de representar parques eólicos en modelos de mesoescala y se desarrolla e implementa una nueva parametrización de parques eólicos que tiene en cuenta el fenómeno de inducción producido por los aerogeneradores. Finalmente se utilizan estos modelos para estudiar el impacto de dos parques eólicos sobre las variables atmosféricas y el flujo de capas bajas y se aborda una aplicación de esta herramienta para realizar un estudio de interacción entre parque eólicos.

Descripción: El objetivo de esta tesis es el caracterizar el ambiente en el que se desarrollan los sistemas convectivos en el sudeste de América del Sur. Para ello se procedió a seleccionar aquellas situaciones que hubieran producido una precipitación superior a los 120 mm en al menos una estación pluviométrica del territorio argentino durante los meses de octubre a abril del período 1988/1993. Estos eventos representan casos extremos de precipitación, por lo que su estudio es fundamental por su alto impacto en las actividades socioeconómicas de la región y representan un desafio para el pronóstico a corto plazo de la convección y de la ocurrencia de fenómenos severos asociados. A fin de identificar y seguir la evolución temporal de los mesosistemas que habían generado los eventos incluidos en la muestra, se utilizaron las temperaturas de los topes de nubes, información disponible en la base de datos ISCCP-DX (International Satellite Cloud Climatology Project). El procesamiento de esta información se llevó a cabo con un conjunto de programas computacionales desarrollados en la Divisao de Ciéncias Atmosféricas (ACA) del Instituto de Aeronáutica e Espaco (IAE), Brasil. Las distintas etapas evolutivas de los mesosistemas (inicio, madurez y disipación) fueron definidas de acuerdo al área encerrada por la isoterma de —218K. Se procedió luego a realizar la composición de los campos de las variables dinámicas y termodinámicas correspondientes a las situaciones seleccionadas en cada una de estas etapas, utilizando para ello los reanálisis del European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. Los resultados obtenidos muestran que los mesosistemas estudiados tienden a originarse en el faldeo oriental de la Cordillera de los Andes, al norte de los 40°S, desplazándose luego hacia el este. Tanto su duración media (17.5 horas), como las dimensiones que alcanzan en su madurez (504000 km2), exceden ampliamente los valores reportados para los complejos convectivos de mesoescala norteamericanos. Asimismo, al igual que en trabajos previos, se observa el carácter preferentemente nocturno de la actividad convectiva. Debe destacarse que el 81% de los casos incluidos en la muestra analizada correspondieron a eventos Chaco Jet en alguna de las etapas de evolución del mesosistema. La fuerte señal sinóptica que caracteriza a estos eventos y controla a los mecanismos forzantes de la convección se reconoce en los campos producidos por la técnica de composición. Por su parte, los mesosistemas convectivos son efectivos en perturbar localmente la atmósfera. La notable dimensión de los mismos permite caracterizar la estructura vertical de los movimientos verticales, la divergencia y la vorticidad relativa en la escala del mismo mesosistema durante su etapa madura, poniendo de manifiesto su carácter predominantemente convectivo. Se pone de relieve la importancia de la corriente en chorro en capas bajas como forzante de la actividad convectiva en el norte y centro de nuestro país, debido a su aporte fundamental a la advección de aire cálido y húmedo, y a la convergencia de flujo de humedad que se origina en la parte delantera del mismo. Esta importancia se hace más evidente si se tiene en cuenta que la disipación de los sistemas se produce cuando la corriente en chorro en capas bajas se debilita y, consecuentemente, se debilita también la convergencia de flujo de humedad, principal sustento de la actividad convectiva. Finalmente, el análisis de un caso individual confirma esta conclusión, y pone de manifiesto que, si bien el forzante sinóptico es fundamental, una vez desarrollado el sistema su ciclo de vida está controlado por el respectivo ciclo de vida de la corriente en chorro en capas bajas.