MA691 MODELACION INVERSA EN APLICACIONES GEOFISICAS

1. MA691MODELACION INVERSA EN APLICACIONES GEOFISICAS Laura Gallardo lgallard@dim.uchile.cl 6784882 Introducción Historia de la modelación inversa y de la asimilación de datos en ciencias atmosféricas MA 691 LGK

2. Hoy • Modelación atmosférica • La atmósfera • Ecuaciones • Pronóstico del tiempo atmosférico (físico) • “The forecast factory” • Desde el primer pronóstico • Análisis objetivo • Inicialización óptima • Asimilación de datos • Tiempo atmosférico...físico...y químico MA 691 LGK

3. Envoltorio mayoritariamente gaseoso muy tenue Un fluído donde prevalecen casi siempre los movimientos horizontales MA 691 LGK

4. La atmósfera un fluído cambiante ...caótico y complejo... perturbable MA 691 LGK

5. Composición química del fluído térmicamente estratificado en los primeros 100 km5x1021 g76% N223% O2y trazas...Ar, CO2, H2O.... MA 691 LGK

6. MA 691 LGK

7. Desde interacciones moleculares hasta sistemas de tiempo de miles de kilómetros...¡todo a la vez! MA 691 LGK

8. Eppur si muove! Rossby, 1956 MA 691 LGK

9. En la atmósfera rige la segunda ley de Newton Pero siendo un sistema en rotación, se corrige por Coriolis y por centrífuga: MA 691 LGK

10. Las fuerzas reales son: • Gradiente de presión • Gravitacional • Roce, fricción o cizalle MA 691 LGK

11. Coordenadas Meteorológicas  N y z x a  Ecuador W E S MA 691 LGK

12. Coordenadas Meteorológicas oeste a este (zonal) sur a norte (meridional) abajo hacia arriba (vertical) MA 691 LGK

13. Ecuaciones de Movimiento Sistema de ecuaciones a derivadas parciales, acoplado y no lineal MA 691 LGK

14. Y claro, la energía se conserva... En un volumen de aire, la energía interna cambia si hay transformación entre energía térmica y mecánica y/o por efectos de radiación, conducción o transf. de calor latente. MA 691 LGK

15. Y la masa se conserva... Lavoisier, 1789 MA 691 LGK

16. Conservación del momentum Conservación de la energía Conservación de la masa Ecuación de estado para gas ideal MA 691 LGK

17. The weather forecast factoryF.L.Richardson "a large hall like a theatre... the walls of this chamber are painted to form a map of the globe... A myriad computers [people, not machines in 1911] are at work upon the weather of the part of the map where each sits... The man [1911] in charge of the whole theatre... is like the conductor of an orchestra in which the instruments are slide-rules and calculating machines." http://www.giss.nasa.gov/edu/factory/ MA 691 LGK

18. Estaciones de observación y arreglo de grillas según Richardson (1922)....el intento correcto que falló MA 691 LGK

19. Modelo barotrópico El modelo correcto...dado el poder computacional y la información...y el objetivo ...todavía la idea de Richardson Bengtsson, 1999 MA 691 LGK

20. Observación CI-Observada Pronóstico a 3 días Noticeable resemblence! El primer pronóstico operacional...modelo barotrópicoStockholm, 1954 (Tellus 6, 139-149) MA 691 LGK

21. ¿Cómo ha mejorado el pronóstico del tiempo? • Mejores observaciones • Mejores computadores • Ecuaciones más generales y completas • Mejores métodos numéricos • Mejor resolución • Mejor física • Asimilación de datos MA 691 LGK

22. Observando la atmósfera MA 691 LGK

23. Sinópticas Altura Satélites Boyas MA 691 LGK

24. Que todo tiempo pasado fue mejor...(??) ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) Princeton…40’s MA 691 LGK

25. Binär Elektronisk SekvensKalkylator MA 691 LGK

26. Historia de la asimilación de datos http://www.met.rdg.ac.uk/~ross/DARC/MileStones/DAhistory.html • Todo comienza con Gauss...método de los mínimos cuadrados • A Richardson se le ocurre la “locura” de predecir el tiempo • A Panofsky le da por hacer “análisis objetivos” • En los 70, la “locura satelital” induce la “interpolación optimizada” • En los 80’s...asimilación variacional • En los 90’s y 00’s...pronóstico de “ensemble” MA 691 LGK

27. Análisis Objetivo Análisis Subjetivo Panofsky, 1949 El primer problema de asimilación de datos: CI optimizada (Polinomio de interpolación de observaciones) MA 691 LGK

28. Ciclos de asimilación de datos MA 691 LGK

29. Pero el fluído NO es inerte químicamente ni transparente radiativamente MA 691 LGK

30. Variación por advección por el flujo promedio Variación por flujos turbulentos Variación por convergencia o divergencia del aire Variación Local de la concentración Fuentes y Sumideros Conservación de masa para cada traza MA 691 LGK

31. Lavoiser (1789) la masa se conserva M ¿De dónde viene la ecuación de continuidad? MA 691 LGK

32. Gracias a Gauss... MA 691 LGK

33. Como V es arbitrario... MA 691 LGK

34. Desorganizado e individual, difusión molecular Organizado y colectivo, siguiendo el viento Transporte Atmosférico MA 691 LGK

35. Ergo... MA 691 LGK

36. 0 Pero en la práctica... 1. La difusión molecular es casi siempre despreciable 2. Las variables se conocen sólo como promedios temporales y/o espaciales (Partición de Reynolds) MA 691 LGK

37. À la Euler....modelos Eulerianos À la Lagrange...modelos Lagrangianos MA 691 LGK

38. ¡TODO PASANDO! MA 691 LGK

39. Pronóstico de la composición química http://www.mpch-mainz.mpg.de/~lawrence/forecasts.html MA 691 LGK

40. Continuará... Jueves 27, 17 hrs MA 691 LGK