pronóstico de la convección en el altiplano sud americano

25 Pages·2003·2.39 MB·Spanish

by  Marcelo Seluchi

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Pronóstico de la convección en el Altiplano Sud Americano
empleo el modelo regional Eta/CPTEC

René D. Garreaud
Departamento de Geofísica. Universidad de Chile

Marcelo Seluchi1
Centro de Pronóstico del Tiempo y Estudios Climáticos (CPTEC), INPE, Brasil

Resumen

En este trabajo se evalúa el desempeño del modelo regional Eta/CPTEC para
pronosticar la precipitación estival sobre el Altiplano, con énfasis en su carácter convectivo
y episódico. Para ello las salidas operativas del modelo correspondientes al período
diciembre 1999 a febrero 2000 fueron comparadas con algunas observaciones disponibles
y, básicamente, con los campos de radiación de onda larga emergente.
La precipitación pronosticada por el modelo logra capturar rasgos de la
organización espacial y de la variabilidad temporal de la convección sobre el Altiplano. Los
pronósticos a 24 horas tienen un mayor acierto en la distribución espacial, mientras que con
un plazo de 48 horas reproducen con mayor precisión su carácter episódico. Sin embargo la
mejor metodología de pronóstico se logra en forma indirecta, a través de la relación de
mezcla en el nivel de 550 hPa promediada sobre el Altiplano. Este resultado estadístico se
basa en la fuerte relación simultánea entre la convección y el contenido de vapor de agua, y
en el buen grado de acierto del pronóstico de esta última variable. Este hecho indica que el
modelo prevé correctamente el transporte regional de aire húmedo desde las tierras bajas
hacia el Altiplano.

Abstract

In this work the ability of the Eta/CPTEC regional model to forecast precipitation
over the South American Plateau (known as Altiplano) during the summer 1999-2000 is
analyzed, with emphasis in its convective and episodic character. To this purpose the
operational model outputs were compared with observed precipitation in some synoptic
stations and, principally, with long-wave outcoming radiation (OLR) fields during the
period December 1999 to February 2000.
The forecasted precipitation captures the most important features of the spatial and
temporal variability of convection over Altiplano. The 24-hours previsions have a greater
accuracy to predict the spatial distribution, whereas the 48-hours forecasts have a greater
success in reproducing the episodic character of the precipitation. Nevertheless the best
forecast methodology is obtained indirectly through the mixing ratio at the 550 hPa level

1 Dirección Permanante: Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera CIMA)/UBA-CONICET. Buenos
Aires Argentina.
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averaged over the Altiplano. This statistical result is based on the good simultaneous
relation between the convection and the water steam content, and the accurate forecast of
this variable. This fact indicates that in general the model is able to reproduce the humidity
transport from the low-level lands to the Altiplano.

1. Introducción

Entre los 15°S y 22°S la cordillera de los Andes se separa en dos cadenas formando
el Altiplano Sud Americano, una cuenca cerrada de gran altura (~3800 m) y un ancho
medio de 250 km (Fig. 1). La región al oeste del Altiplano presenta una extrema aridez y
gran estabilidad atmosférica (desierto costero de Perú y Chile) debido a la subsidencia en el
borde oriental del anticiclón subtropical del Pacífico Sur. En contraste, las tierras bajas al
este del Altiplano presentan un régimen tropical-continental, con un máximo de
precipitación convectiva durante los meses de verano (diciembre, enero, febrero). En medio
de estas condiciones climáticas contrastantes, el Altiplano exhibe un clima de transición,
descripto entre otros por Schwerdtfeger (1976) y Aceituno y Montecinos (1997).
Cerca del 80% de la precipitación altiplánica se concentra entre los meses de
noviembre y marzo, con un máximo climatológico en el mes de enero. Durante esta
estación, referida localmente como Invierno Altiplánico, la precipitación es básicamente
originada por tormentas convectivas que se desarrollan durante la tarde y primeras horas de
la noche. Los días con actividad convectiva tienden normalmente a agruparse en secuencias
de alrededor de una semana (episodios lluviosos), separados por secuencias de días sin
convección y de similar duración (episodios secos) [e.j.: Garreaud 2000]. Espacialmente, la
precipitación acumulada durante el verano varía desde un máximo de ~900 mm en la zona
NE de la cuenca (sector del Lago Titicaca) a un mínimo de ~150 mm en el extremo SO
(sector de los grandes salares). En ocasiones las tormentas se pueden tornar intensas o
anormalmente prolongadas, causando inundaciones y aluviones, tanto en el Altiplano como
en las vertientes Andinas. Debido a la escasez de precipitaciones durante el resto del año,
las precipitaciones estivales aportan casi la totalidad del agua dulce disponible para el
consumo humano y para las distintas actividades económicas, especialmente en el sector
más seco de la cuenca.
Los trabajos de investigación realizados en los últimos 10 años han permitido una
mayor comprensión de los procesos de escala local y de las configuraciones atmosféricas
de gran escala que controlan la ocurrencia de la actividad convectiva sobre el Altiplano (ver
Garreaud 1999 para un resumen). En términos generales, la convección ocurre cuando el
contenido de humedad cerca de la superficie del Altiplano alcanza valores altos (5-6 g/Kg),
superiores al valor climatológico para esta región. El aire húmedo que alimenta estas
precipitaciones es transportado desde la tropósfera baja en la parte central del continente
(llanos de Bolivia y cuenca amazónica), cuando la circulación atmosférica regional resulta
favorable. Esto generalmente ocurre cuando la Alta de Bolivia (e.g., Lenters y Cook 1999)
se encuentra intensificada y desplazada hacia el sur respecto de su posición climatológica,
lo que intensifica los vientos del este en la troposfera media y alta sobre los Andes
Centrales.
Teniendo en cuenta la relevancia de la precipitación estival sobre el Altiplano y el
parcial conocimiento de los factores que la controlan, el desarrollo de un esquema de
pronóstico operacional de precipitación a corto plazo parece una tarea atractiva y factible.
En la actualidad varios modelos atmosféricos cubren esta región; aunque su capacidad para
3
simular los patrones regionales de circulación entorno del Altiplano y la precipitación
asociada no han sido aún suficientemente estudiadas. Esto se debe en parte a la falta de una
red de estaciones pluviométricas confiable y de alta densidad. Por otra parte el carácter
convectivo de las precipitaciones y las particulares características topográficas del
Altiplano dificultan severamente el pronóstico numérico.
En este trabajo se analiza la habilidad del modelo regional Eta/CPTEC para
pronosticar la precipitación Altiplanica a corto plazo (1 a 3 días de previsión) durante el
verano 1999-2000. El modelo Eta/CPTEC es empleado en el Centro de Previsão de Tempo
e Estudos Climáticos (CPTEC)/INPE en forma operativa desde 1997, para producir
pronósticos del tiempo sobre la mayor parte de América del Sur.
El artículo esta organizado de la siguiente manera: los datos empleados se describen
en la sección 2, mientras que la validación del modelo se presenta en la sección 3 (a,b).
Debido a la resolución relativamente alta del Eta/CPTEC (40 kms en la horizontal y 38
niveles verticales) sus resultados son empleados en la caracterización de los patrones de
circulación sobre la compleja topografía de los Andes centrales, que son discutidos en la
sección 3 (c,d). Los esquemas de pronósticos desarrollados se exhiben en la sección 4, en
tanto que las conclusiones y las perspectivas futuras se detallan en la sección 5.

2. Descripción del modelo y de las observaciones

El modelo Eta/CPTEC es un modelo hidrostático, cuya característica más destacada es
la utilización de la coordenada vertical eta, definida por Mesinger (1984), cuyas superficies de
nivel resultan prácticamente horizontales, permitiendo mejorar el cálculo de magnitudes
horizontales en presencia de topografía abrupta. Por esta razón este modelo resulta
especialmente apto para el análisis de fenómenos con fuerte componente orográfica, como la
circulación en la región del Altiplano. El Eta/CPTEC utiliza un retículo horizontal del tipo E
de Arakawa (Arakawa y Lamb, 1977) y es integrado dentro de un recinto limitado por los
paralelos 50ºS y 11ºN y los meridianos 83°O y 28ºO con una resolución de 40 km en latitud y
longitud (Fig. 1). Posee 38 capas verticales, tanto troposféricas como estratosféricas, donde la
topografía está representada por escalones discretos, cuyos topes coinciden exactamente con
las interfaces verticales. La física es completa e incluye parametrizaciones para varios
procesos de sub-retícula (Tabla 1). En particular, la precipitación convectiva es representada a
través del esquema de Betts y Miller (Betts 1986, Betts y Miller 1986), modificado por Janic
(1994).
En su configuración actual Eta/CPTEC es integrado por 72 horas (60 horas durante el
período de estudio) a partir de dos ciclos iniciados a las 0000 y 1200 UTC (2100 y 0900 HL).
Las condiciones iniciales son tomadas de los análisis del National Center for Environmental
Prediction (NCEP) y las de contorno son suministradas a intervalos de 6 horas por el modelo
global CPTEC/COLA (T062L28) que se utiliza también en forma operativa en el CPTEC
(Bonatti, 1996).
En este trabajo se han empleado los resultados del modelo desde el 01 de diciembre de
1999 hasta el 28 de febrero del 2000, para aprovechar la posibilidad de analizar y monitorear
las condiciones meteorológicas sobre el Altiplano en tiempo real. Se ha dado especial atención
a los campos pronosticados de precipitación acumulada en 24 horas inicializados a las 1200
UTC (a 24, 48 y 60 horas), pues ellos cubren en forma completa el período de máxima
precipitación sobre Altiplano (aproximadamente 1600 - 2100 HL). La contraparte
observacional corresponde a la precipitación acumulada durante 24 horas, medida a las 1200
4
UTC en las estaciones de la red sinóptica de América del Sur. Si bien en algunas regiones del
continente Sudamericano la red de observación es densa y confiable, sobre el Altiplano solo
existen 6 estaciones sinópticas que durante el período estudiado presentaron frecuentemente
falta de observaciones y en ocasiones informaron valores sospechosos, a veces por períodos
continuos de varios días.
La escasez de observaciones, y el carácter convectivo y de mesoescala de la
precipitación Altiplanica, impide una validación directa de los valores puntuales o
promedios espaciales de la precipitación pronosticada. Por esta razón se emplearon los
campos de radiación de onda larga emergente (ROL) medidos por los satélites NOAA de
órbita polar, como fuente básica de información. Los campos diarios de ROL tienen una
resolución de 2.5° en latitud y longitud, y han sido empleados en numerosos estudios como
un indicador de la actividad convectiva en regiones tropicales y subtropicales (e.j.: Arkin y
Ardanuy 1989). En particular, un valor de ROL igual o inferior a 230 Wm-2 es considerado
como un umbral de convección húmeda profunda, pues éstos se derivan de nubes con topes
ubicados por encima de los 300 hPa. En este estudio se ha empleado la ROL promediada
sobre el Altiplano (ROL , 15°-21°S / 71°-66°O) como un índice de actividad convectiva
A
sobre la cuenca, utilizando un umbral de ROL *= 220 Wm-2. La comparación de los
A
valores diarios de ROL y la precipitación promedio en el Altiplano (promedio aritmético
A
de los registros en las estaciones) resulta favorable (r ~ 0.73), considerando las
imprecisiones en las observaciones de precipitación y el carácter agregado del índice de
convección. Las imágenes infrarrojas de alta resolución (1 km) del satélite GOES-8
también fueron empleadas para estudios de casos, como el ilustrado en la Fig. 2.

3. Validación del Modelo Eta/CPTEC

a. Condiciones observadas

El Invierno Altiplanico 1999-2000 fue en promedio más lluvioso que lo normal, en
especial durante el mes de enero, consistente con la fase fría del fenómeno ENOS (e.j.:
Garreaud y Aceituno 2001). La marcha diaria de la actividad convectiva sobre el Altiplano
durante el verano 1999-2000 se muestra en la Fig. 3 a través de la serie temporal de la
radiación de onda larga promediada sobre esta región (ROL ). Esta serie está caracterizada
A
por la alternancia de periodos con convección activa (ROL < 220 Wm-2) y otros con
A
convección suprimida, consistente con el carácter episódico de la precipitación. En
particular, se distinguen tres episodios húmedos: el primero a fines de diciembre (LL1 en la
figura 3), el segundo durante la mayor parte de enero y comienzos de febrero (LL2), y el
último a fines de febrero (LL3). La definición de estos episodios es concordante con la
inspección de los registros de precipitación en las estaciones del Altiplano. De acuerdo a la
prensa local, el prolongado episodio LL2 (22 días) produjo graves aluviones e inundaciones
en el Sur del Altiplano y en la vertiente Andina del norte de Chile.

b. Variabilidad temporal

La Fig. 3 muestra la precipitación pronosticada a 24 horas por el modelo
Eta/CPTEC, promediada sobre la misma región que la empleada en la definición de ROL .
A
En términos generales el modelo logra capturar la variabilidad temporal de la precipitación,
y especialmente la ocurrencia de un periodo seco en los primeros 20 días de diciembre y el
5
prolongado episodio lluvioso LL2. Los valores acumulados de precipitación son
consistentes con el rango de valores observados en los registros de las estaciones
altiplánicas (2-10 mm/día). Para este plazo de previsión cerca del 70% de la precipitación
total es producida por la parametrización de gran escala (precipitación no convectiva). Es
evidente, sin embargo, que el pronóstico de precipitación a 24 horas presenta un nivel de
variabilidad diaria muy superior a la observada en la ROL , lo que puede ser, al menos
A
parcialmente, causado por las diferencias intrínsecas entre ambas variables. Existen algunos
periodos en que la ROL es mayor a 220 W/m2 y el modelo pronostica precipitación (falsa
A
alarma, e.j.: días 36-40) y otros en los cuales ROL sugiere convección activa pero el
A
modelo produce precipitación escasa o nula (error del modelo, e.j.: días 49-55).
Debido al carácter convectivo de la precipitación su promedio espacial puede en
algunos casos estar dominado por valores altos en unos pocos puntos de retículo. Por otra
parte, el promedio espacial se calcula sobre una región que cubre el Altiplano pero que no
necesariamente representa el área donde ocurre la precipitación. Debido a estos potenciales
problemas se ha empleado la frecuencia espacial de la precipitación (F ) como un indicador
P
alternativo de la variabilidad temporal. Para cada día, F es la razón entre el numero de
P
puntos de retículo con precipitación (P ≥ 1 mm/día) y el numero total de puntos del
modelo en la zona Altiplanica (entre 15°S y 21°S con elevación de terreno superior a 3500
m). La serie diaria de valores de F calculados en base al pronóstico de precipitación a 24
P
horas se muestra en el tercer panel de la Fig. 3. La correspondencia entre F y ROL es
P A
mejor que entre el promedio espacial de la precipitación y ROL . Sin embargo aún se
A
observan algunas “sorpresas” (convección activa pero no precipitación) y “falsas alarmas”
(precipitación pronosticada con convección suprimida).
Los pronósticos de 48 y 60 horas muestran resultados cualitativamente similares
(Fig. 4). El carácter episódico de la precipitación parece ser mejor capturado a 48 horas,
aunque la precipitación acumulada decrece en un factor cercano a 2 respecto de las
previsiones a 24 horas. Para un plazo de 60 horas la precipitación de gran escala es casi
nula, mientras que la convectiva se ha duplicado respecto de los valores previstos a 24 y 48
horas. El carácter episódico de la precipitación pronosticada a 60 horas es también
evidente, aunque aparecen desfases importantes con relación al inicio y término de los
episodios identificados con ROL .
A
Una variable adicional de gran interés para un potencial pronóstico de precipitación
en el Altiplano es el contenido de vapor de agua (Garreaud 2000). La Fig. 5 incluye la serie
de tiempo de ROL y las anomalías de la razón de mezcla (q' ), entre 600 y 300 hPa
A A
promediadas sobre el Altiplano, pronosticadas a 24, 48 y 60 horas. En cada nivel de presión
del modelo la anomalía corresponde a la desviación del valor diario pronosticado respecto
al promedio estacional (reanálisis del NCEP). Las anomalías de la razón de mezcla son
notablemente coherentes en la columna troposférica, con un suave máximo localizado en
torno a los 550 hPa. Este comportamiento concuerda con los resultados obtenidos por
Aceituno y Montecinos (1997) sobre la base de radiosondeos del sudoeste del Altiplano.
Por otra parte, la serie de q' presenta una clara alternancia de periodos húmedos y secos de
A
una a dos semanas de duración. La buena correspondencia entre los periodos húmedos
(secos) y los episodios con convección activa (suprimida) es un factor particularmente
relevante para el pronóstico. Por ejemplo, el inicio y termino del episodio LL2 coincide
perfectamente con el período de anomalías positivas de la razón de mezcla pronosticadas a
24 y 48 horas.
6
c. Patrones espaciales de escala continental

El análisis previo brinda información sobre la capacidad del modelo para prever el
carácter episódico de la convección sobre el Altiplano. Las características de esta actividad
se asocian a patrones espaciales de escala continental y regional, que han sido
documentados en estudios previos (e.j., Garreaud 1999). En consecuencia, resulta
importante determinar si los pronósticos del modelo Eta/CPTEC logran capturar estos
patrones, para lo cual se analizó el comportamiento de distintas variables meteorológicas
relevantes durante los episodios lluviosos y secos identificados en la sección anterior. El
compuesto lluvioso corresponde al promedio de los 58 días clasificados como tales (LL1,
LL2 y LL3), en tanto que el compuesto seco corresponde al promedio de los 32 días
restantes (periodos secos intermedios).
La parte superior de la Fig. 6 muestra las anomalías observadas de ROL para los
períodos secos y lluviosos. De acuerdo a lo esperado existen anomalías negativas
(positivas) sobre el Altiplano durante los días con mayor (menor) actividad convectiva,
convalidando la división realizada. Un hecho interesante es que durante los períodos
analizados la actividad sobre el Altiplano presentó una correlación positiva con la
observada sobre la Zona de Convergencia Inter-Tropical (ZCIT), especialmente para los
días lluviosos, y negativa con la detectada sobre la Zona de Convergencia del Atlántico Sur
(ZCAS). En particular durante los períodos secos existe también una correlación negativa
(positiva) entre la actividad del Altiplano y la observada en el Océano Atlántico alrededor
de 10ºN (entre 20 y 30ºS). Estas características son bien representadas por los pronósticos a
24 horas (Fig. 6, abajo), que muestran anomalías positivas (negativas) de precipitación
próximas al Altiplano y la ZCIT durante los períodos lluviosos (secos), y valores opuestos
sobre la región afectada por la ZCAS. Durante los períodos secos el modelo también prevé
acertadamente el patrón de dipolo que caracteriza las anomalías de precipitación sobre el
Océano Atlántico Ecuatorial.
La Fig. 7 presenta los campos medios de viento en los niveles de 1000, 600 y 200
hPa correspondientes a los períodos secos y lluviosos, obtenidos a partir de los pronósticos
de 24 horas. Durante los períodos lluviosos el Anticiclón de Bolivia se halla centrado en
promedio sobre los 19°S, mostrando vientos comparativamente más intensos sobre los
subtrópicos con una marcada curvatura anticiclónica. En contraste, durante los días secos
este anticiclón se ubica unos 4-5° más al norte, generando una circulación más débil y
zonal en la región que normalmente ocupa la corriente en chorro subtropical. En el nivel de
600 hPa (próximo a la meseta Altiplánica) las diferencias se hacen algo más evidentes, pues
en los días lluviosos el anticiclón boliviano se centra sobre los 20ºS, mientras que en los
más secos se observa una vaguada sobre latitudes subtropicales con una apreciable
convergencia en su parte delantera. Este hecho resulta coherente con la presencia de
anomalías negativas de ROL (anomalías positivas de lluvia) en la región afectada por la
ZCAS. En los niveles cercanos al suelo, por el contrario, no es posible establecer
diferencias significativas en los patrones de ambos compuestos. Este hecho puede deberse
quizá a la longitud de los períodos promediados, que exceden en general la escala sinóptica.
Para destacar mas aun las diferencias en los patrones de circulación
correspondientes a los compuestos húmedos y secos, la Fig. 8 muestra los campos de
anomalías (desviación respecto a la media estacional, obtenida a partir de los reanálisis del
NCEP, 1950-1998) de viento y humedad específica para ambos períodos a partir de los
pronósticos de 24 horas del modelo Eta/CPTEC. En la tropósfera media y alta existe un
7
comportamiento prácticamente simétrico en las anomalías de circulación. Los días
lluviosos se caracterizan por un aumento de la circulación del este (o disminución de la
componente oeste) sobre la totalidad de los Andes Centrales, lo que conduce a anomalías
positivas de humedad al oeste de la Cordillera. Por el contrario los vientos del oeste
resultan más intensos durante los períodos secos, contribuyendo a un secamiento de la
atmósfera especialmente al oeste de la meseta altiplánica. Un hecho destacado es la
divergencia (convergencia) moderada en el nivel de 200 hPa sobre el Ecuador durante los
días lluviosos (secos), que podría justificar las anomalías de ROL observadas en la Fig. 6
sobre la región afectada por la ZCIT. En el nivel de 1000 hPa las diferencias encontradas
son mucho menos importantes. Sin embargo, puede detectarse durante los episodios
lluviosos una mayor componente del este sobre los 15-20ºS que tiende a bifurcarse al
encontrarse con los Andes. Durante los días más secos, en cambio, existe una componente
anómala del sur al este del Altiplano. Estas diferencias de circulación no generan anomalía
significativas de humedad.

d. Patrones espaciales de escala regional

Los compuestos de precipitación pronosticada a 24 horas para los períodos lluviosos
y secos se muestran en detalle para la región de los Andes centrales en la Fig. 9. En el
compuesto lluvioso una banda de precipitación se extiende a lo largo de todo el Altiplano,
con su eje alineado con la cadena occidental que limita la cuenca. Este rasgo parece muy
realista si se compara la figura con las imágenes de satélite de alta resolución de ese
período (figura no mostrada). Los máximos valores se observan en el extremo norte y los
mínimos hacia el extremo sur. La precipitación se interrumpe sobre la ladera oriental de los
Andes Centrales, apareciendo nuevamente en la parte baja de Bolivia en una banda que
sigue la orientación de la cordillera. El compuesto seco, en contraste, no presenta
precipitación significativa sobre el Altiplano, excepto en su extremo norte.
Con el objeto de destacar las diferencias entre el compuesto seco y lluvioso, la Fig.
10 muestra la diferencia entre los campos compuestos de precipitación y de frecuencia de
ocurrencia de precipitación (P>1 mm/día) para cada grupo de días. En el compuesto
lluvioso las precipitaciones se extienden sobre la mayor parte de los Andes centrales y
sobre el llano ubicado al este (al norte de 14°S y al sur de 20°S). La ladera oriental del
Altiplano y las tierras bajas de Bolivia adyacentes no presentan un cambio significativo
entre los periodos secos o lluviosos. Sin embargo, un poco más al este de esta región las
precipitaciones tienden a ser menores (aunque no menos frecuentes) durante los episodios
lluviosos en el Altiplano.
La aceptable reproducción de los patrones espaciales de la precipitación sobre los
Andes Centrales y la variabilidad temporal de las anomalías de humedad sobre el Altiplano,
sugieren que el transporte de humedad es pronosticado en forma realista por el modelo
Eta/CPTEC. Para evaluar directamente la circulación regional simulada por el modelo, la
Fig. 11 muestra los compuestos del viento en el nivel de presión más próximo a la
superficie a las 1200 y 0000 UTC para los períodos lluviosos y secos. Ambos compuestos
se basan en el pronóstico de 24 horas. Los mapas de la Fig. 11 también incluyen los
contornos de razón de mezcla de 5 g/Kg y la topografía del modelo. La diferencia más
marcada entre los compuestos a una misma hora es la intensidad y extensión de los flujos
de ladera sobre la vertiente oriental y occidental de los Andes centrales, que tienen relación
directa con el transporte de aire húmedo (o seco). En el compuesto lluvioso el flujo de
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ladera que se origina en los llanos de Bolivia penetra en el Altiplano en dirección casi
normal a la cordillera (en especial a las 2400 UTC ~ 2000 HL), de manera que la cuenca
recibe aire húmedo de origen continental. El aire húmedo (q > 5 g/Kg) alcanza hasta la
cordillera occidental, donde converge con el flujo de ladera originado en el desierto costero.
Es precisamente a lo largo de esa región donde se produce el máximo de precipitación en
los episodios lluviosos. En el compuesto seco, en cambio, el flujo sobre la pendiente
oriental es más débil y no logra penetrar el Altiplano a ninguna hora. En este caso, el aire
sobre el Altiplano tiene su origen en el desierto costero y la convergencia ocurre fuera de la
cuenca.

4. Esquemas de pronóstico

En esta sección se presentan dos alternativas para un pronóstico operacional de la
actividad convectiva sobre el Altiplano, en base a los campos producidos por el modelo
Eta/CPTEC. El esquema más directo consiste en emplear el pronóstico de precipitación del
modelo. Los resultados de la sección anterior indican que los pronóstico a 24 y 48 horas de
previsión son los que mejor reproducen la distribución espacial y la variabilidad temporal
de la convección sobre el Altiplano. Al revisar en detalle estos pronósticos para cada uno de
los días del verano 1999-2000, se tiene la impresión subjetiva de que en la mayoría de los
días con convección activa (esto es, ROL < 220 W/m2) el modelo produce precipitación
A
en algún sector del Altiplano, mientras que en los períodos secos la precipitación esta
mayormente ausente de la cuenca. Esta apreciación es consistente con el análisis compuesto
en la sección 3c. Para cuantificar estos resultados la Fig. 12a presenta el diagrama de
dispersión entre los valores diarios de ROL y la fracción espacial de precipitación F a
A P
partir de los pronósticos de precipitación a 24 horas. Existe una tendencia definida hacia
valores más bajos de ROL (convección activa sobre la cuenca) cuando el valor de F es
A P
alto. Sin embargo la dispersión es significativa, de manera que un esquema discriminante
parece mas apto para el pronóstico de la convección. La idea es encontrar un valor umbral
de F que permita discriminar entre convección activa (ROL <220 Wm-2) o suprimida
P A
(ROL >220 Wm-2) sobre el Altiplano, minimizando el número de sorpresas y falsas
A
alarmas. El valor umbral resulta F = 0.3 para los tres plazos de previsión, de manera que:
P

Pronóstico F ≥ 0.3 → Pronóstico de convección: Activa
P
Pronóstico F < 3.5 → Pronóstico de convección: Suprimida
P

Las tablas de contingencia y los valores de Skill Score (SS) para cada plazo de previsión se
presentan en la Tabla 2. El SS se define como:

SS = (C − E) / (T − E)

, donde C es el número de pronósticos correctos (pronóstico y observación de convección
activa o suprimida), T = 90: el número total de pronósticos, y E = 45: el número de
pronósticos correctos en un esquema de pronóstico al azar. El SS puede variar entre −1 y
+1. Un pronóstico tiene valor sólo si SS > 0. En el presente caso, los valores de SS superan
0.3 en todos los plazos de previsión. Una prueba más exigente es comparar los valores de
SS con los que se obtienen de un esquema de pronóstico basado en la simple persistencia,
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también incluidos en la Tabla 2. En este ultimo esquema, se pronostica para el día i+n la
misma categoría (convección activa o suprimida) del día i, donde n = 1,2,3 días, es el plazo
de previsión. El SS del pronóstico en base a F es significativamente superior al basado en
P
persistencia sólo en el pronóstico a 24 horas de previsión. Así, aún cuando los campos de
precipitación del modelo brindan una guía útil para el pronóstico, su empleo mejora en
forma objetiva los resultados de la simple persistencia sólo para un plazo de 24 horas.
Otro posible esquema de pronóstico se basa en el pronóstico de la razón de mezcla
sobre el Altiplano, teniendo en cuenta que su variabilidad temporal es similar a la de ROL
A
(ver fig. 5). La Fig. 12 exhibe los diagramas de dispersión de la razón de mezcla
promediada sobre el Altiplano en el nivel de 550 hPa para distintos plazos de previsión. En
este caso la relación lineal entre q y ROLA es evidente, en especial para los pronósticos a
550
24 horas. Nuevamente el empleo de un análisis discriminante permitió obtener un valor
umbral q = 3.5 g/Kg para los tres plazos de previsión, de manera que:
550

Pronóstico q' ≥ 3.5 g/Kg → Pronóstico de convección: Activa.
550
Pronóstico q' < 3.5 g/Kg → Pronóstico de convección: Suprimida.
550

Las tablas de contingencia y los valores del Skill Score (SS) se presentan en la Tabla
2. Para todos los plazos analizados los valores de SS superan 0.5, siendo aproximadamente
el doble que los obtenidos sobre la base de pronósticos por persistencia. Así, aunque este
esquema de pronóstico es indirecto, su desempeño (medido por el Skill Score) es superior
al pronóstico directo de precipitación y al de persistencia en todos los plazos de previsión.
De esta manera esta metodología se constituye en una guía útil para el pronóstico de la
convección sobre el Altiplano con hasta 60 horas de anticipación.

5. Conclusiones

En este trabajo se analiza la habilidad del modelo regional Eta/CPTEC para
pronosticar la precipitación sobre el Altiplano durante el verano 1999-2000, con énfasis en
su carácter convectivo y episódico. Se utilizaron para ello las salidas operativas del modelo
correspondientes al período diciembre 1999 a febrero 2000, que fueron comparadas con
campos de radiación de onda larga. Debido al reducido número de observaciones y a su
falta de continuidad éstos últimos constituyeron la principal variable observada. Teniendo
en cuenta el carácter espacialmente agregado de la ROL, los esquemas desarrollados se
orientan al pronóstico de la presencia o ausencia de convección generalizada sobre el
Altiplano, en lugar del pronóstico de condiciones locales. En la aplicación de estos
esquemas es importante destacar la relación no lineal entre la ROL y la precipitación.
Mientras un pronóstico de convección suprimida implica directamente la ausencia de
precipitación sobre la cuenca, un pronóstico de convección activa es una condición
necesaria para la ocurrencia de precipitación.
La precipitación pronosticada por el modelo captura elementos esenciales de la
organización espacial y variabilidad temporal de la convección sobre el Altiplano. Los
pronósticos a 24 horas tienen un mayor acierto en la distribución espacial (banda de
convección a lo largo del Altiplano), en tanto que los pronósticos a 48 horas presentan un
mayor acierto en reproducir el carácter episódico de la convección.
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La variabilidad temporal de la razón de mezcla promediada sobre el Altiplano en el
nivel de 550 hPa presenta una gran coherencia con la variabilidad de la convección sobre
esta región. Este resultado estadístico se basa en la fuerte relación simultánea entre el
contenido de vapor de agua y la convección, y en el buen grado de acierto del pronóstico de
la razón de mezcla para todos los plazos de previsión.
La buena confiabilidad del pronóstico de la razón de mezcla sobre el Altiplano
indica que el modelo en general prevé correctamente el transporte de aire húmedo (seco)
desde las tierras bajas al este (oeste) de los Andes Centrales hacia el Altiplano. Este hecho
fue confirmado a través del análisis del campo de viento cerca de la superficie durante los
episodios lluviosos y secos.
El campo de precipitación pronosticado a 24 horas ofrece una guía útil para el
pronóstico de la convección sobre el Altiplano. Sin embargo, el pronóstico de razón de
mezcla promedio sobre el Altiplano (por ejemplo a 550 hPa), permite extender este
pronóstico hasta 60 horas con niveles de acierto muy superiores.
El análisis compuesto realizado en este trabajo, basado en una estación completa de
datos (pronósticos a 24 horas), brinda apoyo estadístico al modelo conceptual sobre el
mecanismo de la precipitación altiplánica propuesto por Garreaud (1999). Este se formuló a
partir de una simulación restringida a un par de días secos y húmedos, efectuada con otro
modelo numérico (MM5). Por una parte se verifica la estrecha relación entre el contenido
de vapor en la capa limite de la cuenca y la precipitación convectiva. Por otro lado se
demuestra que las variaciones de humedad en el Altiplano se deben a variaciones en la
intensidad y extensión de circulaciones regionales sobre las laderas de los Andes Centrales,
que son moduladas por el flujo en la troposfera media y alta.
Sobre la base de la experiencia lograda en este estudio, se recomienda que los
esfuerzos futuros se orienten al desarrollo y aplicación de pronósticos de condiciones
locales y de variabilidad de las tormentas convectivas dentro del Altiplano.

Agradecimientos: Este trabajo fue financiado por el Programa de Asistencia Técnica del
Instituto Panamericano de Geografía e Historia (IPGH), a través del proyecto GEOF
3.4.4.22. Los autores también desean agradecer el apoyo técnico del Centro de Pronostico
del Tiempo y Estudios Climaticos, dependiente de INPE - Brasil, y el Departamento de
Geofísica de la Universidad de Chile. Los comentarios y sugerencias de los Drs. Carlos
Nobre (CPTEC) y Patricio Aceituno (DGF) fueron de gran utilidad en el desarrollo de este
proyecto. El segundo autor realizó este trabajo a través de una Beca de Investigador
Visitante concedida por el Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico (CNPq), Brasil

6. Referencias

Aceituno, P., 1998: Elementos del clima del Altiplano Sud Americano. Rev. Geofisica -
IPGH, 44, 37-55.

Aceituno, P. Montecinos A., 1997: Meteorological field experiments in the South American
Altiplano. Preprints, Fifth Int. Conf on Southern Hemisphere Meteorology and
Oceanography, Pretoria, South Africa, Amer. Met. Soc, 330-331.