Mejoras en la predicción del oleaje costero utilizando vientos de muy alta resolución

Abstract

Els fenòmens meteorològics extrems, com les tempestes, generen afectacions socioeconòmiques addicionals en les zones costaneres, ja que en elles s’hi desenvolupen diverses activitats d’oci i de gran impacte econòmic. No obstant, les resolucions dels productes generats pels models globals (de l’ordre d’uns 50x50 km) són massa baixes per a usos en zones costaneres, degut a la major variabilitat orogràfica d’aquestes, provocant prediccions esbiaixades o imprecises dels models d’onatge o dels models oceànics. Per tal d’adaptar-se a aquesta complexitat és necessari anidar-se en els models globals per a augmentar la resolució dels dominis i les dades que generen. La irregularitat de la costa catalana permet estudiar els efectes d’assolir molt altes resolucions, d’1x1 km, en un període de tempesta. Amb la col·laboració del Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), en aquest estudi s’ha començat realitzant un anidament utilitzant el model meteorològic WRF-ARW, conjuntament a un anàlisi de sensibilitat d’aquest enfront la parametrització de la turbulència (considerant la formulació de Yonsei University, YSU, i la formulació de Mellor-Yamada-Janjic, MYJ) i les dades globals que forcen el model meteorològic (FNL, GFS, ERAInterim i EFIX). Les variables considerades en aquest bloc del treball són la velocitat i direcció mitjanes del vent a 10 m d’altura. Amb aquestes dades i la col·laboració del Laboratorio de Ingeniería Marítima (LIM) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), s’ha realitzat un anidament i un anàlisi de sensibilitat del model de generació i propagació de l’onatge SWAN enfront a combinacions de diferents resolucions dels dominis i inputs del model. Les variables considerades en el bloc d’onatge són l’altura d’ona significant, el període de pic i la direcció mitjana de l’onatge. D’aquests resultats es conclou que assolir molt altes resolucions (tant camps de vent com dels dominis del model d’onatge) no genera tants beneficis com en anteriors anidaments (de resolucions de fins a 3x3 km), a excepció de les direccions. També s’ha observat que el millor camp de vents no té perquè generar el millor camp d’onatge.

Los fenómenos meteorológicos extremos, como las tormentas, generan afectaciones socioeconómicas importantes en las zonas costeras, ya que en ellas se desarrollan diversas actividades de ocio y de gran impacto económico. No obstante, las resoluciones de los productos generados por los modelos globales (del orden de 50x50 km) son demasiado bajas para su uso en zonas costeras, debido a la gran variabilidad orográfica de estas, provocando predicciones sesgadas o imprecisas de los modelos de oleaje o de los modelos oceánicos. Para poder adaptarse a esta complejidad es necesario anidarse en los modelos globales para aumentar la resolución de los dominios y de los datos que generan. La irregularidad de la costa catalana permite estudiar los efectos de llegar hasta muy altas resoluciones, de 1x1 km, en un periodo de tormenta. Con la colaboración del Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), en este estudio realizando un anidamiento del modelo meteorológico WRF-ARW, junto un análisis de sensibilidad de este enfrente la parametrización de la turbulencia (considerando la formulación de Yonsei University, YSU, y la formulación de Mellor-Yamada-Janjic, MYJ) y de los datos globales que fuerzan el modelo meteorológico (FNL, GFS, ERA-Interim y EFIX). Las variables consideradas en este bloque son la velocidad y dirección medias del viento a 10 m de altura. Con estos datos y con la colaboración del Laboratorio de Ingeniería Marítima (LIM) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), se ha realizado un anidamiento y un análisis de sensibilidad del modelo de generación y propagación del oleaje SWAN enfrente a combinaciones de diferentes resoluciones de los dominios y inputs del modelo. Las variables consideradas en este bloque son la altura significante, el período de pico y la dirección media del oleaje. De estos resultados se concluye que alcanzar muy altas resoluciones (tanto de los campos de viento como de los campos de oleaje) no genera tantos beneficios como en anteriores anidamientos (de resoluciones del orden de 3x3 km), a excepción de las direcciones. También se ha observado que el mejor campo de vientos no tiene porqué generar el mejor campo de oleaje.

Extreme meteorological phenomena (p.e. storms) generate additional socioeconomic effects in coastal areas, where are developed many leisure activities or activities with huge economic impacts. However, the resolutions (around 50x50 km) of the products generated by global models are too small for using them in coastal areas, due to their orographic variability, driving into biased or inaccurate predictions of wave models or oceanic models. Then, there is a need to nest into this global models to increase the resolution of the domains and the data they produce to adapt better this complexity of the coastal areas. The irregularity of the catalan coast permits to study the effects of reaching very high resolutions, of 1x1 km, during a storm period. In collaboration with the Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), the present work proceed to do a nesting using the meteorological model WRF-ARW, together with a sensibility analysis of it in front the parametrization of turbulence (considering the formulation of Yonsei University, YSU, and the formulation of Mellor-Yamada-Janjic, MYJ) and the data from global models (FNL, GFS, ERA-Interim and EFIX) which feed the meteorological model. The variables considered in this block are the mean wind speed and the mean direction of the wind, both at 10 m high. Using these results and in collaboration with the Laboratorio de Ingeniería Marítima (LIM) of the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), it has been done a nesting and a sensibility analysis of the wave generation and propagation model SWAN in front combinations of different resolutions of the domains and the inputs of the model. The variables considered in this block are the significant wave height, the peak period and the mean wave direction. From those results it is possible to conclude that reaching very high resolutions (either of the wind fields or the wave fields) does not generate as much benefits as in previous nestings (of resolutions of 3x3 km), except in the case of wind and wave directions. Additionally, it has also been observed that the best wind field doesn’t have to generate the best wave field.