Associació Catalana
de Meteorologia

TETHYS, revista de meteorologia - Núm. 2    

Tethys > núm. 2 > articles > article 8

Caracterització objectiva de la convecció
a partir de dades radàriques d'àmbit regional

Francisco Martín León
Cap de projectef
Servicio de Técnicas de Análisis y Predicción, STAP
Instituto Nacional de Meteorología, INM

Annex: Productes derivats


Resum

Es presenta un procediment objectiu de detecció, anàlisi, diagnosi i extrapolació de la convecció basat en les dades volumètriques d'un radar meteorològic. El procediment té dues parts. La primera vol separar estructures convectives de la resta de la informació 'radàrica', i analitzar-les, a partir de dades extretes de l'exploració més baixa feta pel radar, (Plan Position Indicator, PPI) o d'un CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator) inferior: procediment bidimensional o 2D. A la segona part s'analitzen tridimensionalment les dades volumètriques del radar per obtenir informació dels nuclis cel·lulars en vertical que potencialment conformen l'estructura anterior: procediment tridimensional o 3D. Amb aquesta informació el predictor de vigilància atmosfèrica pot tenir una visió més clara de la convecció que es descabdella a la zona que l'interessa. El nucli d'aquest treball es proposa de descriure els procediments de detecció i d'anàlisi de la convecció a partir de dades volumètriques del radar.


Introducció

Quan es desenvolupa una convecció potencialment adversa, el predictor de vigilància ha d'analitzar un gran nombre de dades en períodes curts de temps. Ha de manllevar dades de teledetecció (satèl·lit, radar, llamps) per fer-ne la diagnosi i el seguiment. A més a més, ha d'adoptar decisions meteorològiques que poden tenir un gran impacte social. Les dades a analitzar s'actualitzen a intervals de minuts. Per exemple, la informació de llamps es rep gairebé en temps real. La de satèl·lit, en el cas del METEOSAT, es rep actualment cada 30 minuts; en un futur molt pròxim (2002-2003) es rebrà cada 15 minuts, via canals diferents, mercès al llançament del METEOSAT Second Generation (MSG). Les dades dels radars de l'Instituto Nacional de Meteorología espanyol (INM), modalitat convencional no Doppler, s'actualitzen cada 10 minuts, amb la particularitat que la informació 'radàrica' bàsica que es fa servir en la vigilància és molt "voluminosa". Consta d'un conjunt de dades tridimensionals, 12 CAPPI o dades de reflectivitat de nivells diferents, i d'informació procedent de l'exploració més baixa que efectua el radar, un PPI. Les primeres dades formen l'anomenat Volum Cartesià. A banda aquesta informació, bàsica i de primer ordre, se'n genera de més elaborada (Echotops, VIL, imatges d'intensitats de precipitació, acumulació de precipitacions a intervals horaris diferents, etc.). Doncs bé, amb tota aquesta informació el predictor ha de diagnosticar el grau, la intensitat, el moviment, etc., de la convecció i, sobretot, els efectes de superfície que pot tenir. El procés es maximitza quan els nuclis convectius es desenvolupen de manera generalitzada i intensa. Com a complement de tot plegat s'ha d'analitzar amb cura la informació de retorn enregistrada a la superfície, preferentement la de les estacions automàtiques i la dels col·laboradors. Fet i fet, el procés pot ésser ben esgotador a vegades. Per tot plegat, qualsevol automatització i integració objectiva d'aquestes dades serà benvinguda pels Grups de Predicció i Vigilància (GPV) que duen a terme les rutines diàries.

El present treball exposa les metodologies aplicades a l'INM d'una manera operativa per identificar i seguir objectivament la convecció a partir, fonamentalment, de dades 'radàriques'. En acabat mostra les aplicacions i usos potencials derivats de l'eina desenvolupada, i acaba amb un apartat de conclusions i de futurs desenvolupaments operatius. Totes les aplicacions s'han realitzat a les estacions operatives McIDAS (Man Computer Interactive Data Access and Analysis System, 1983) de l'INM i s'han generat procediments complementaris, interfases apropiades i aplicacions que permeten de visualitzar-ne certes sortides a la INTRANET de l'INM.


Dades i metodologies utilitzades: el concepte de convecció

1.- Dades de partença

Les dades bàsiques utilitzades provenen de la xarxa de radars de l'INM (Aguado et al. 1995). Es tracta de dades d'àmbit regional i s'ingesten oportunament a les estacions McIDAS. L'aplicació desenvolupada es pot activar d'una manera ben simple des de qualsevol terminal operatiu dels GPV de l'INM i contra qualsevol radar de la xarxa. Les dades necessàries per a un funcionament correcte de l'aplicació són les següents:

1.a.- Dades 'radàriques'

D'una resolució cel·lular o píxel de 2x2 Km2 i un radi de cobertura de 240 Km.

  • 12 CAPPIs (0,1... i 11). Dades de l'anomenat Volum Cartesià associades als ecos de precipitació (reflectivitat) a nivells o altures diferents, des de nivells baixos, 1 Km aproximadament, a 16 Km d'altura.
  • PPI. Dades de l'exploració més baixa feta pel radar (a 0.5º d'elevació).
1.b.- Model numèric de predicció

Dades de sortides numèriques apropiades, basades en el model INM HIRLAM-0.5: vent a nivells diferents, altura de les temperatures de 0° C - 20° C, humitat a 700 hPa.

1.c.- Dades de la xarxa de detecció de llamps

Aquestes dades provenen de la xarxa de detecció de descàrregues de l'INM, formada per 15 antenes, més la informació proporcionada per 5 sensors de la xarxa francesa. La informació subministrada en temps real correspon a dades dels llamps núvol-terra.

També es fa servir una altra mena d'informació 'radàrica' regional complementària: Echotops (altura màxima a què es troben els ecos associats a 12 dBZ), VIL (Vertically Integrated Liquid, 1972), Greene and Clark, 1972), ZMAX (reflectivitat màxima a la vertical d'un punt de superfície) i HMAX (altura dels màxims de reflectivitat).

El procediment d'anàlisi objetiu de dades 'radàriques' es focalitza i destaca la convecció més significativa. No ens interessen els ruixats convectius de poca durada, poc extensos i de poca intensitat. El procediment consta de dues parts ben diferenciades:

  • Identificació bidimensional d'estructures convectives a nivells baixos fent servir el PPI associat amb l'exploració més baixa o un CAPPI baix: procediment 2D.
  • Identificació tridimensional de cèl·lules convectives 'radàriques': procediment 3D.
La convecció atmosfèrica es caracteritza per la presència de poderosos corrents ascendents i descendents. Aquests corrents són capaços de formar núvols d'un gran desenvolupament vertical, que sovint desemboquen en precipitacions intenses i quantioses de forma líquida o sòlida (pedra), vents forts, llamps i àdhuc tornados. Els radars convencionals operatius, com els de l'INM, no capten ni mesuren directament aquests corrents verticals, que es desenvolupen dins els nuclis convectius. Els procediments que permeten de captar la convecció es basen en mesures indirectes dels efectes que aquestes pujades/baixades generen en el camp dels ecos de precipitació: intensos valors de reflectivitat amb forts gradients horitzontals que es troben a una capa relativament profunda de la troposfera. Amb aquestes dades indirectes es pot copsar bidimensionalment i tridimensionalment què és potencialment convecció.

Ben altrament, la precipitació de tipus "estratiforme", associada amb corrents ascendents/descendents més febles, presenta una uniformitat d'ecos més notòria, amb valors no tan intensos de reflectivitat, ni tan profunds, els primers. Aquestes diferències es poden copsar subjectivament amb una simple inspecció visual de la Figura 1. L'estructura A de la Figura 1a correspon a una convecció relativament intensa que arriba a donar una reflectivitats de l'ordre de 55-60 dBZ, bo i ocupant porcions de la troposfera que poden atènyer els 16 Km o més, amb valors de Z molt elevats: ens trobem davant una convecció profunda. Els gradients horizontals de reflectivitat hi són molt marcats, amb l'aparició de màxims molt diferenciats. A la banda oposada, la zona d'ecos lligada a una precipitació de tipus estratiforme, la B de la Figura 1a, presenta una distribució de reflectivitats no tan intensa. La precipitació estratiforme de tipus frontal ofereix unes estructures d'ecos més uniforme i no tan marcada, com també es reflecteix a la C de la Figura 1b.


a) feu un clic per engrandir la imatge
 

b)
feu un clic per engrandir la imatge
 
Figura 1. . Aspectes diferencials entre els ecos de precipitació convectiva i estratiforme en imatge de màxims.(*) a) Ecos de precipitació associats a pluja convectiva, estructura A, i ecos associats a precipitació de tipus "estratiforme", B, desenvolupat per la convecció mateixa. La imatge correspon al 17 d'agost de 2001, presa pel radar de l'INM, a Barcelona. b) Ecos de precipitació majoritàriament associats a pluja estratiforme al pas d'un front fred, C, per Galícia. La imatge, presa pel radar corunyès de l'INM, correspon al 19 d'agost de 2001. Vegeu-ne l'explicació al text.

(*) Les imatges representen les projeccions dels màxims de reflectivitat a la vertical i a l'horizontal. Cliqueu la imatge per ampliar-la. La informació a la vertical arriba fins a 16 Km. L'escala es dóna en decibels de reflectivitat, dBZ.


2.- Processos d'identificació i separació de zones convectives

Les zones convectives de reflectivitat es poden separar de la resta del camp associat als ecos de precipitació no convectius de dues maneres:

  • Identificant les àrees convectives a un nivell determinat o a una exploració donada: procés bidimensional-2D,
  • Identificant tridimensionalment les cèl·lules convectives: procés 3D.


2. a.- Identificació d'estructures convectives d'un nivell donat o d'una exploració donada: procés 2D

És així que hom sol treballar amb dades d'un CAPPI baix o amb el PPI de l'exploració més baixa feta pel radar (Figura 2a). L'objetiu és d'identificar zones o estructures convectives, bo i separant-les de la resta del camp de reflectivitat i sense tenir en compte les propietats de la reflectivitat a la vertical del PPI o CAPPI de treball. A l'INM hem adoptat i ajustat un procediment molt acceptat, que ha donat i continua donant resultats boníssims, tant investigativament com operativament; és el procediment ara anomenat de Steiner-Yuter-Houze (STH) en honor dels seus autors: Steiner et al. (1995) i Yuter and Houze (1997). Aquest procediment, l'INM el va adaptar a les necessitats de vigilància de la convecció en benefici propi (Martín y Carretero, 2001). El procediment "senyala" convectivament un píxel o cèl·lula d'informació radàrica, si satisfà l'un d'aquests tres criteris:

    • Criteri convectiu. . Una cèl·lula, o píxel, duu el senyal convectiu, si supera un llindar de reflectivitat (Zc) que teòricament, i en general, no és abastable pels ecos de precipitació de tipus estratiforme. Hem considerat que el Zc s'atenyia a 45 dBZ.
    • Criteri de màxim local. . Una cèl·lula duu el senyal convectiu, si fa un màxim relatiu respecte de la reflectivitat de fons local (Zf) en un radi de l'ordre de 10-11 Km. Les proves es fan amb cèl·lules que arribin, pel cap baix, a 40 dBZ.
    • Criteri de proximitat. Una cèl·lula, duu el senyal convectiu, si és a prop d'una altra de ja senyalada com a convectiva. A aital fi es prenen les cèl·lules convectives que hagin superat algun dels dos primers criteris i se n'estén el caràcter convectiu a les cèl·lules que tenen a prop. El radi de proximitat és funció del fons local a la cel·la senyalada convectivament: a més fons local de reflectivitat, més gran és el radi d'influència i més elevat el nombre de noves cèl·lules marcades convectivament.
Una volta identificades les cèl·lules convectives, se sotmeten a un procediment d'etiquetatge i d'agrupament per formar les estructures convectives pròpiament dites. El procediment d'etiquetatge que hem adoptat és el de segments 4-connectats: dues cèl·lules es mantenen dins una mateixa estructura, si tenen un costat comú. A la Figura 2b, hi veiem el resultat del procés d'etiquetatge i d'agrupament de cel·lules catalogades convectivament.
 
a) feu un clic per engrandir la imatge
b) feu un clic per engrandir la imatge
Figura 2.  Esquemes. a)Vista dels CAPPI associats al volum cartesià i PPI del radar de Madrid. Les escales vertical i horitzontal en Km no són pas les mateixes. b) Procés d'etiquetatge de cèl·lules convectives per a formar grups o estructures convectives segons el criteri de segments 4-connectats, en una imatge de base PPI o CAPPI baix. Segons aquest criteri, les estructures 1, 2 i 3 són unitats independents, atès que no es connecten pels costats.

Tan bon punt se n'ha fet l'agrupament oportú es calculen tot de propietats de les estructures convectives identificades: nombre de cèl·lules o píxels que les configuren, àrea convectiva, reflectivitat màxima i mitjana de cada estructura, centroide o centre de reflectivitat, radi equivalent, etc.

El resultat d'aplicar aquest procediment a una situació molt simple es pot observar detalladament al sistema generat prop de San Roque (Cadis. Figura 3). A la Figura 3ª, hi veiem el PPI analitzat pel procediment bidimesional de SYH i les característiques convectives en format de taula (número de l'estructura, nombre de cèl·lules o píxels que la configuren, reflectivitat màxima i mitjana). Únicament s'hi identifica un nucli molt actiu, "1". Les altres estructures convectives de més poca importància ("2" i "3" de la figura) no es tenen en compte. És clar que el procediment escollit es pot ajustar de tal manera que se'n destaquin totes les estructures convectives que vulguem, però a l'INM s'han ajustat els valors-llindar de reflectivitat "per destacar" les més importants en la vigilància meteorològica. A la Figura 3b "tan sols" es fa sobresortir la zona convectiva analitzada, separada de la resta, que no es considera convecció. "Apagar" la zona no convectiva significativa és una opció que el predictor té a les estacions de treball de l'INM.
 



feu un clic per engrandir la imatge

feu un clic per engrandir la imatge
Figura 3. PPI del radar de Màlaga, corresponent al 19 febrer de 2001, a les 08:40 UTC. a) Sortida del procediment bidimensional SYH adaptat a l'INM. Tan sols s'hi identifica una estructura de relleu. Les altres zones convectives de menor importància, com "2" i "3", no es tenen en compte. b) Zona convectiva identificada i etiquetada com a estructura "1". La resta del camp de reflectivitat no convectiu s'ha "apagat" o eliminat. Els colors de reflectivitat són elsl estàndard de les imatges anteriors (Figura 1). Cliqueu la imatge per ampliar-la.

2.b.- Identificació de cèl·lules tridimensionals: procés 3D

La convecció també es caracteritza perquè és capaç de "portar i sostenir" intensos valors de reflectivitat a nivells mitjans-alts de la troposfera: com més intensos són els corrents ascendents, més gran serà la capacitat de mantenir ecos de precipitació a altures més elevades (Figura 4). L'anàlisi tridimensional del camp de reflectivitat (Z) és, doncs, un altre element necessari i complementari de l'anterior. Per copsar cèl·lules convectives 3D hem adoptat el procediment de Johnson et al. (1998) provat amb èxit als EUA, i adaptat a l'INM per Carretero (2001).
 


pulsar para aumentar la imagen
Figura 4. Tall vertical conceptual d'un núvol convectiu ben desenvolupat. Les fletxes indiquen els corrents ascendents i descendents. Les zones verd-gris fosc representen els ecos de precipitació captats pel radar: a més intensitat dels corrents ascendents, més quantitat potencial de precipitació distribuïda verticalment, i de més altura.


El procediment 3D té dos passos fonamentals:

  • Primerament s'identifiquen els nuclis més actius de cada CAPPI, des del CAPPI-0 al CAPPI-11. Aquest pas és equivalent, però no pas similar, al del procediment 2D. En aquest cas es prenen 7 llindars de reflectivitat de treball i això es repeteix en tots 12 CAPPI, no pas en un sol PPI o CAPPI baix, que és el que es fa servir al 2D.
  • Després comença el pas 3D pròpiament dit, en què s'associen a la vertical els nuclis identificats dels CAPPI que satisfan determinades condicions i que, finalment, es consideraran cèl·lules tridimensionals.
2.b.1.- Identificació de les zones convectives més actives a un nivell o CAPPI donat

Cada un dels 12 CAPPI (Figura 2ª) s'analitza amb 7 valors de reflectivitat diferents: 30, 35, 40, 45, 50, 55 i 60 dBZ. De cada CAPPI i de cada llindar de reflectivitat, se n'identifiquen les cèl·lules 2D. A la Figura 5a hi ha un exemple de com s'analitzaria una estructura complexa formada per uns quants nuclis. En el cas d'aquest CAPPI, el procediment selecciona les cèl·lules que tenen reflectivitats més grans, d'acord amb el criteri següent: si una cèl·lula de reflectivitat més gran té el centre de reflectivitat o centroide en una cèl·lula de reflectivitat més petita, aquesta s'elimina. A la Figura 5a hi ha 4 cèl·lules etiquetades o senyalades (totes de 6 píxels o més, per tal com cerquem cèl·lules d'una certa magnitud): A (de 30 dBZ), B (de 35 dBZ), C (de 35 dBZ) i D (de 40 dBZ). El programa aplica el criteri del llindar del centroide (punt on es considera que es concentra tota la informació plana de la cèl·lula) d'aquesta manera:

El centroide del sistema B ("b") es troba contingut en A, i és més intens que no pas aquest, de manera que es descarta la cèl·lula A. El centroide de D ("d") es troba contingut en les cèl·lules C i A, i és més intens que no pas els de l'una i de l'altra. Per tant, també es descarta la cèl·lula C. En aquest cas, i tornant al CAPPI considerat, les cèl·lules que tindrem en compte en les anàlisis posteriors seran la B i la D, i desestimarem la A i C. D'aquesta manera ens reservem els nuclis més significatius d'un nivell donat o, cosa que ve a ésser la mateixa, optem sempre per la part més activa com a representant d'una estructura convectiva.
 
 

a) feu un clic per engrandir la imatge
 
b) feu un clic per engrandir la imatge
 
c) feu un clic per engrandir la imatge
 
d) feu un clic per engrandir la imatge
Figura 5. Processos d'identificació cel·lular tridimensional, 3D. a) De cada CAPPI, se'n seleccionen, amb una tècnica multillindar, les parts més actives de la convecció. En aquest cas, les cèl·lules que passen el test bidimensional són B i D. b). Procés d'identificació de cèl·lules 3D dels CAPPI. El procés es fa de baix a dalt, i es van assignant cèl·lules/centroides segons la distància: 5, 7,5 i 10 Km. c) Tall vertical d'una estructura convectiva ideal (esquerra), i de la identificació corresponent en el procés complet (dreta). d) Sortida del procediment 3D en la situació de pluja intensa del 10 de juny de 2001 a les 00:30 UTC vista pel radar de l'INM a Barcelona. El fons gris representa l'estructura 2D identificada a nivells baixos pel procediment SYH. Per a més detalls, vegeu el text.

2.b.2.- Identificació de le cèl·lules en tres dimensions (3D) a partir de la informació bidimensional

Cada cèl·lula 3D es pot compondre d'uns quants elements bidimensionals (2D) a cada un dels nivells o CAPPI donats. El procés d'identificació vertical mira de percebre'ls i assignar-los, seguint els passos que immediatament descrivim. La cerca va de baix a dalt, començant pel CAPPI més baix. De primer s'ordenen les cèl·lules ja percebudes del nivell inferior, a fi d'associar en primer lloc les cèl·lules més actives. I l'ordenació es fa segons els dos criteris següents:

    - De més llindar de reflectivitat amb què s'han etiquetat a menys.
    - De més contingut aquós a menys.
La cerca comença per la primera cèl·lula del nivell inferior. Si partim, per exemple, del CAPPI-3 (a la Figura 5b amb la cèl·lula A,, es cercaran primerament les cèl·lules identificades d'un nivell superior, CAPPI-4, a un radi de 5 Km (la distància es calcula projectant a l'horitzontal la posició dels centroides de les cèl·lules de CAPPI diferents). Retindrem la cèl·lula que tingui el centroide més a prop de la del nivell inferior. (A la Figura 5b seria la cèl·lula prèviament identificada com a C.) Una volta acabat el procés de la primera cèl·lula, passarem a la segona, i així fins a exhaurir totes les cèl·lules d'un nivell inferior donat. Si cap de les cèl·lules del nivell inferior hagués restat sense cèl·lula associada de nivell superior, s'ampliaria el radi de cerca a 7,5 Km i, després, a 10 Km. Tots els passos anteriors es repeteixen a cada CAPPI (tret de l'últim).

Tan bon punt s'ha acabat el procés d'identificació, el programa copsa la cèl·lula tridimensionalment, tal com indica la Figura 5c. A la part esquerra, s'hi representa un tall vertical d'una cèl·lula simple i ideal, tal com la veuria el radar, amb colors/grisos diferents per a valors de reflectivitat diferents. El procediment descarta tots els senyals per sota de 30 dBZ, i per això únicament hi apareixen acolorits per dintre a partir d'aquest valor. Per sobre de 30 dBZ el senyal augmenta de 5 en 5 fins a una màxima de 60 dBZ (si bé, a l'exemple, la cèl·lula únicament té senyal fins a 45 dBZ). A la dreta es veu el tall vertical de la cèl·lula tal com la percebria el procediment automàtic 3D: les línies horitzontals representen la "porció" de cèl·lula que el procediment reté, quan ja ha seguit tots els llindars descrits. Com es pot veure a la Figura 5c, la cèl·lula solament és copsada a 9 CAPPI, encara que tingui una extensió real més gran. A partir de les dades cel·lulars 3D podem obtenir un conjunt de propietats tridimensionals de la cèl·lula: centroide 3D i de l'altura corresponent, altura i base d'una reflectivitat donada superior a 30 dBZ, VIL cel·lular, etc. Totes aquestes propietats serveixen per caracteritzar i diagnosticar cada una de les cèl·lules 3D en un instant donat.

Tant el procediment 2D com el 3D tenen sengles metodologies de seguiment i d'extrapolació a una hora de la convecció que no abordarem en aquestes notes. Les sortides gràfiques corresponents, les anirem comentant en aquest treball. Convé de fer notar, això sí, que els procediments operatius 2D i 3D són complementaris: si el primer destaca les zones de precipitació convectives de les capes baixes (que alhora es relacionen amb la intensitat de la precipitació a la superfície), el procediment 3D ens donarà informació d'ordre cel·lular dels nuclis que conformen l'estructura 2D. Una de les sortides generades per l'aplicació es pot veure a la Figura 5d: les estructures convectives copsades pel 2D hi apareixen en gris, i les cèl·lules 3D associades a cadascuna amb una numeració i les propietats corresponents es consignen a la llista de la part dreta de la imatge. La situació és del 10 juny 2000 a les 00:30 UTC. Podem observar-hi dues estructures multicel·lulars en gris, situades a les zones costaneres i marítimes de Catalunya que conformen dos Sistemes Convectius de Mesoscala (SCM). Aquestes dues estructures són formades per cèl·lules diferents, identificades al 3D. Així, doncs, l'SCM que es troba als límits geogràfics de les províncies de Barcelona i Tarragona és format per uns quants nuclis actius que porten els números 13, 18, 21, 1 i 20, a la columna N3D. Les propietats de les cèl·lules 3D apareixen al quadre de la dreta. També s'hi indica la procedència de l'estructura matriu (2D), en cas d'haver-n'hi, a què va associada. En el nostre cas totes les cèl·lules anteriors pertanyen a l'estructura 2 (vegeu columna N2D). Observem que les cèl·lules 3D hi apareixen classificades segons una magnitud convectiva potencialment significativa (densitat de VIL, DVIL). No és objecte d'aquesta presentació la discussió de les propietats de les cèl·lules convectives.

Aplicacions i exemples

Abans de disposar d'aquesta aplicació el predictor havia d'analitzar subjectivament una imatge de radar o més, dites de "vigilància" (VIL, Echotop, ZMAX, etc.) cada 10 min als terminals de treball. El procediment actual li facilita enormement la feina, car li fa l'anàlisi, la diagnosi i el seguiment de la convecció d'una manera automàtica. A més a més, s'han elaborat una seguida d'aplicacions complementàries als terminals McIDAS, via menús, cosa que li permet de dur a terme funcions molt significatives per a la convecció: superposició de l'orografia com a imatge de fons, visualització de totes les poblacions de més de 2.000 habitants, anàlisi en un conjunt de punts d'especial interès, magnificació (zoom) d'estructures i cèl·lules pre-determinades, etc. A la Figura 6, hi podem veure les dues sortides específiques sol·licitades via menú (Figura 6c i d), a més a més de les bàsiques (Figura 6a i b). Aquesta situació correspon al 28 de setembre de 2001 a les 12 UTC, quan es va formar un SCM a la zona de la Mediterrània. Les Figures 6b, c i d tracten de focalitzar-se únicament sobre les àrees convectives. Cal fer notar que el procediment 3D copsa a la zona de Conca tres cèl·lules petites (Figura 6b), que no superen els 'tests' per a ésser considerades estructures significatives de 2D (Figura 6a).

Totes aquestes eines permeten de fer diagnosis millors i més precises de la convecció.
 

a) feu un clic per engrandir la imatge
b) feu un clic per engrandir la imatge
c) feu un clic per engrandir la imatge
d) feu un clic per engrandir la imatge

Figura 6.   Productes bàsics derivats de l'aplicació, via menú, a partir de les dades del radar de Múrcia per a un Sistema Convectiu de Mesoscala del dia 28 setembre 2001 a les 12 UTC (les 14:00, hora local). a) Sortida bàsica inicial 2D: anàlisi d'estructures convectives més llamps fins a 10 min. b) Ídem, però per a l'anàlisi cel·lular 3D. Se n'ha eliminat la zona d'ecos estratiforme. c) Sortida especial en què ÚNICAMENT es presenten les estructures convectives 2D, l'orografia de la zona de fons, poblacions de la zona i llamps en una finestra temporal de 10 min. anteriors a l'hora de la imatge. d) Sortida combinada de 3D i 2D, en què s'ha magnificat una de les estructures 2D, la "1", amb les cèl·lules (3D) corresponents que les conformen.

Els procediments 2D i 3D porten associats dos mètodes diferents de seguiment i d'extrapolació de la convecció fins a una hora vista. Únicament s'extrapolen les posicions dels centroides de l'estructura 2D i cèl·lules 3D. Aquesta informació addicional es fa segons cada estructura i cèl·lula, de manera que aquesta aproximació és més realista que no pas la que se serveix del vector de traslació mitjà previst per un model o per una altra tècnica d'extrapolació, que treballa sobre imatges o dades de forma global.

Conclusions

S'ha desenvolupat i activat una aplicació que permet d'identificar tant estructures convectives significatives bidimensionals (2D) a les capas baixes com cèl·lules convectives tridimensionals (3D) a partir de dades radàriques d'abast regional. Aquesta aplicació es pot activar als terminals de treball dels Grups de Predicció i Vigilància de l'INM. Alhora, s'han desenvolupat interfícies adequades que permeten un grau d'interactivitat molt apreciada pels agents operatius. L'aplicació permet d'analitzar, diagnosticar i extrapolar sistemes convectius potencialment adversos, tant d'estructures convectives d'ordre baix com d'ordre cel·lular tridimensional.

La pretensió és que aquesta eina ajudi, complementàriament, a prendre decisions en situacions convectives. De totes maneres, el predictor haurà de tenir sempre presents els principis físics i els models conceptuals lligats a la convecció. Amb vista a desenvolupaments futurs, podem destacar-ne els següents:

  • Anàlisi d'estructures convectives a partir de dades radàriques de composició estatal. La disponibilitat d'imatges compostes d'abast estatal de productes derivats diferents (reflectivitat, VIL, Echotops, etc.) ens ofereix la possibilitat de fer anàlisis i un seguiment de la convecció a partir d'imatges compostes d'abast estatal. Els productes derivats seran útils, principalment, per a fins aeronàutics i de vigilància estatal.
  • Activitat elèctrica d'estructures convectives radàriques. A partir de les tècniques aplicades amb l'eina actual serà possible d'assignar els llamps a estructures convectives radàriques. Actualment n'hi ha un primer prototip en proves.
Les metodologies bàsiques que admeten aquests desenvolupaments futurs ja s'han dut a terme i experimentat en temps real. Aquests nous desenvolupaments i productes ajudaran a conèixer millor la convecció i a mitigar-ne els possibles impactes en una societat cada vegada més sensible als perjudicis que genera.
 

Bibliografia

Aguado, F., Camacho, J. L., Gutiérrez, E., Gutiérrez, J. M. & Pérez. F., 1995: Cost 75; Weather radar systems. International Seminar. Brussel, Sept. 1994. EUR 16013 EN. Edited by Collier: 29-35.

Greene, D.R., and R.A. Clark, 1972: Vertically integrated liquid water:  a new analysis tool. Mon. Wea. Rev., 100, 548-552.

Martín, F. y Carretero, O., 2001: Análisis de estructuras y células convectivas mediante datos de radar regional: Aplicación YRADAR. Ver. 2.0  Mayo/2001, STAP. Publicación interna del INM.

Steiner, M., R. A. Houze, Jr., and S. E. Yuter, 1995: Climatological characterization of three-dimensional storm structure from operational radar and rain gauge data. J. Appl. Meteor., 34, 1978-2007.

Suomi V.E., Fox R., Limaye S.S. and Smith W.L., 1983: McIDAS III: A Modern Interactive Data Access and Analysis System. Journal of Climate and Applied Meteorology, Vol. 22, pp 766-778.

Yuter, S. E., and R. A. Houze, Jr., 1997 : Measurements of raindrop size distributions over the Pacific warm pool and implications for Z-R relations. J. Appl. Meteor., 36, 847-867.
 

Johnson, J.T., P.L. MacKeen,A. Witt,E.D.Mitchell, G.J.Stumpf, M.D.Eilts,and K. W. Thomas, 1998:  The Storm Cell Identification and Tracking (SCIT) Algorithm: An Enhanced WSR-88D Algorihm. Weather and Forecasting. June 1998, vol 13, pp 263-276.

Carretero, O., 2001: Identificación, seguimiento y extrapolación de células convectivas radar 3D. Curso de Diagnóstico y Predicción de la Convección Profunda 2000-2001, Servicio de Técnicas de Análisis y Predicción (STAP). Nota Técnica del STAP Nº  35. Documentación técnica interna del Instituto Nacional de Meteorología.


Annex

Més sortides generades per l'aplicació radàrica a disposició del predictor perquè pugui fer una millor diagnosi de la convecció. La magnitud de cada imatge de radar és l'original.

Imatges bàsiques de partença de l'anàlisi 2D i 3D

Aquestes dues primeres imatges són les de referència o de partença de la diagnosi bidimensional, 2D, i tridimensional, 3D. Aquesta situació correspon a les intenses tempestes esdevingudes a Mallorca el dia 30 agost de 2001 i al començament d'una convecció profunda a l'àrea de Catalunya, que més endavant es va resoldre en pluges moderades i intenses a les províncies de Girona i Barcelona. Les imatges de treball són de les 12:30 UTC ( 14:30, hora local), tret de la informació sobre els punts actius (PA), que són de les 14:30 UTC (16:30, hora local), amb pluges fortes a l'àrea metropolitana de Barcelona.

Imagen base 2D (*)   Àrea d'interès: Illes Balears.
Imagen base 3D     Igual que en el cas anterior.

*) Hi ha inclosa la informació sobre llamps: nombre de llamps registrats amb 10 min. d'antelació a l'hora nominal de la imatge radàrica.

Més productes generats:

a.- Format gràfic:

Imatge base 2D més informació a la vertical(*): s'activen en la imatge certs valors relatius a les propietats de les estructures radàriques significatives a la vertical de l'estructura identificada per aquest ordre: Echotop, VIL, ZMAX, HMAX.
Imatge base 2D més orografia(*): es fa servir de fons l'orografia de la zona a una escala de grisos que va del negre al blanc.
Imatge base 2D convectiva(*): únicament es destaquen les porcions de reflectivitat associades a la zona convectiva.
Imatge base 2D convectiva més orografia(*): Com en el cas anterior, però amb l'orografia de fons.
Imatge base 2D més vent mitjà:  S'hi sobreposa el vent mitjà o rector de les tempestes previst pel model INM HIRLAM-0.5. Sol anar associat amb una component de traslació de la convecció. El vent mitjà s'obté entre 925 i 500 hPa.
Punts Actius (PA) o de llocs d'interès especial: Imatge base 2D i detall per al cas de l'aeroport del Prat de Barcelona, (seleccionat com a punt actiu). Els PA es marquen o assenyalen amb cercles magenta i vermell, si hi ha a prop activitat convectiva radàrica i de llamps, respectivament. Aquestes imatges són de les 14:30 UTC (16:30, hora local) del 30 agost del 2001, i va ésser l'estructura marcada "1" la que va afectar l'àrea de la ciutat de Barcelona i rodalia, sobretot l'aeroport.
Detalls de les sis estructures tempestuoses 2D més actives i pobles de la zona. Independentment, es mostren les sis estructures més intenses ensems amb les poblacions més importants d'un banc de dades locals de les estacions de treball.
Imatge 2D+3D: Detall d'una estructura radàrica 2D i de les cèl·lules que la componen; en aquest cas es va seleccionar l'estructura convectiva "1". Aquesta apareix sobre fons gris, les cèl·lules 3D apareixen acolorides segons la intensitat convectiva basada en la densitat de VIL cel·lular, DVIL. En aquest cas s'identifiquen dues cèl·lules etiquetades "1". i "3", acolorides de vermell i blau respectivament (vegeu escala de DVIL a la mateixa imatge). La magnitud del "quadrat" cel·lular va lligat al gruix vertical de la cèl·lula: a més magnitud, més gruix. En blau cel, s'hi representen les posicions del centroide cel·lular (3D) de l'última hora, a intervals de 10 min., i en groc, la posició extrapolada a una hora, a intervals de 10 min. "G" i "g" representen la probabilitat de pedregada: molt probable i probable, respectivament, d'una cèl·lula determinada.
Diagnosi d'ordre cel·lular 3D: Evolució cel·lular detallada de l'última hora d'una estructura cel·lular 3D. Propietats cel·lulars i possibles efectes de supefície.

(*) Hi ha inclosa la informació sobre llamps: nombre de llamps registrats amb 10 min d'antelació.
 

b.- Format text

A més a més de la informació gràfica, el predictor disposa d'una informació complementària de les gràfiques, tabulada en format text. Heus-ne ací algunes sortides (per comoditat s'han fet servir imatges GIF "capturades" dels texts mateixos, per més que, en realitat, siguin fitxers ASCII).

Fitxer d'anàlisi 2D d'estructures
Fitxer de diagnosi 2D
Fitxer de llamps: : 12:30 UTC i 14:30 UTC. Aquests fitxers ens proporcionen informació del nombre de llamps positius i negatius assignats a cada estructura radàrica, grup de llamps, tendència dels llamps núvol-terra dels últims deu minuts i en períodes de 5 min, etc.
Fitxer de Punts Actius: 12:30 UTC y 14:30 UTC. Els punts actius o d'interès especial poden ésser zones esportives, ciutats, aeroports, bases aèries, etc., que reben un tractament especial de l'aplicació. De les llistes pertinents, en podem obtenir informació relativa a les cèl·lules radàriques que es troben a un radi d'avís pre-determinat per l'usuari (l'exemple és de 20 Km). També es marca i s'assenyala si hi ha activitat tempestuosa o no.

En determinades ocasions, potencialment adverses, s'envien missatges d'alerta pel terminal de l'estació de vigilància dels GPV de l'INM.

Tethys > núm. 2 > articles > article 8