Localizar frentes utilizando zyGrib

[Tropelio]

Hace ya tiempo abrí un hilo en este mismo foro para explicar una manera de localizar los frentes asociados a una borrasca a partir de la información meteorológica que se puede descargar gratuitamente de internet. El hilo es este:

Como localizar los frentes de una borrasca

A modo de resumen, la idea es que un frente es la frontera, a nivel del suelo, entre dos masas de aire de características termodinámicas (que no sólo térmicas) diferentes. Es decir, las dos masas de aire no se diferencias sólo en su temperatura sino también en su contenido en vapor de agua. En un frente frío una masa de aire más fría y más seca desplaza a una masa de aire más caliente y más húmeda. Para localizar la posición de los frentes en un momento dado podemos pues utilizar mapas en los que se representen esas características termodinámicas. Los frentes estarán localizados allí donde la variable en cuestión varíe muy rápidamente con la posición, es decir, donde haya un gradiente horizontal muy grande de esa variable. Y la manera más cómoda de ver ese gradiente es representando la variable en cuestión con una escala de colores y, además, incluyendo isolíneas (líneas que unen puntos del mapa con el mismo valor de la variable). Allí donde las isolíneas estén muy juntas tendremos un gradiente muy grande. En el hilo que he enlazado más arriba ponía como ejemplo el uso de la temperatura potencial equivalente (que allí expliqué de manera resumida qué es lo que es) para localizar los frentes. El problema es que mapas de temperatura potencial equivalente cerca del suelo (a unos 850 hPa, no a nivel del suelo para evitar la "capa límite" donde el efecto térmico de la superficie enmascara todo lo que queremos ver) no estaban muy extendidos en las web de meteorología. De hecho, sólo algunas los incluían y para zonas concretas.

El motivo de este nuevo hilo sobre el tema es alegrarme con vosotros de que, una vez más, los desarrolladores del extraordinario programa zyGrib hayan tenido a bien atender mis sugerencias y en la nueva versión que acaba de salir, la 6.1, hayan incluido, entre otras cosas, la posibilidad de dibujar mapas de temperatura potencial equivalente a diferentes alturas de la atmósfera. Puesto que el modelo GFS que utiliza zyGrib tiene cobertura global, ahora disponemos del modo de analizar la atmósfera en 3 dimensiones en cualquier zona del planeta, una utilidad extraordinaria para quienes amamos el estudio de la Meteorología...

Y como ejemplo de las posibilidades del uso de esta nueva herramienta os muestro unas imágenes que corresponden a la situación a las 06:00 UTC de hoy. Podríamos pensar que puesto que zyGrib es capaz de dibujar mapas de temperaturas, con sus correspondientes isotermas, pues lo mismo podemos localizar los frentes mirando sólo la temperatura cerca del suelo (de nuevo, a 850 hPa) para ver donde tiene un gradiente horizontal muy grande. Aquí tenéis el resultado:



Viendo esta imagen está claro que la tremenda borrasca que tenemos en el Atlántico tiene asociado un frente frío y uno cálido más al este que se localizan en las fronteras entre el aire "azul" al oeste y el aire "verde" (más caliente según la escala de colores de la derecha) y entre este aire "verde" y el "azul" a la derecha. Pero mirad lo que ocurre si en lugar de dibujar un mapa de temperaturas a 850 hPa lo que dibujamos es uno de temperatura potencial equivalente a la misma altura:



Está claro que hay mucha más "estructura fina" ¿no? Se ven muchas más zonas con gradientes horizontales muy grandes, bifurcaciones de esas zonas, etc. etc. Mirad ahora el análisis hecho por los profesionales del servicio meteorológico inglés para hoy a la misma hora:



Si tenéis en cuenta que este último mapa utiliza una proyección cartográfica diferente (está "rotado" con respecto a la mercatoriana del zyGrib) os daréis cuenta de que el mapa de temperatura potencial equivalente reproduce de manera prácticamente exacta el mapa hecho por los profesionales.

Así que esta nueva opción incluida en zyGrib 6.1 es muy potente y es muy interesante. Como siempre, el programa se descarga gratuitamente de aquí:

http://www.zygrib.org/index.php?page=download

Saludos y que Uds. lo disfruten con salud,
Tropelio

[Tropelio]

Hola,

Puedo hacerte alguna pregunta.
Cuando se dibuja un frente cálido o frio y cuando uno ocluido? Si te fijas en el que cruza la península ibérica, al nivel de la frontera francesa, aparece como frio (cuando esta situado todo en una temperatura amarilla) y sin embargo la prolongación hacia el norte es frente cálido.
En la mayoría de los frentes, sin embargo, aparecen como ocluidos. ¿Por qué?

Tu pregunta es muy interesante y pone de manifiesto que dibujar mapas de temperatura potencial equivalente justo por encima de la capa límite te permite reconocer bastante bien dónde están los frentes, pero asignar carácter frío, cálido u ocluido a esos frentes puede ser mucho más complejo. Hay casos en los que es evidente pero en otros muchos no lo es. Y el ejemplo que tu pones pues es uno de estos últimos. Si te fijas en el zyGrib pasando el cursor a uno y otro lado de ese frente que anda por los Pirineos verás que el aire que está al Sur tiene mayor Theta-e. Pero eso puede corresponder tanto a un frente frío como a uno cálido. Y sin embargo en el mapa de análisis que puse arriba indican que ese frente es cálido por encima del Golfo de Vizcaya y fría por debajo mientras que en el mapa de Theta-e aparece como un único frente. Lo que te permite saber si el frente es frío o cálido es su evolución: en un frente cálido es el aire caliente el que desplaza al aire frío mientras que en un frente frío es el aire frío el que avanza contra el aire cálido. Así que una manera de saber el carácter del frente es estudiar con el zyGrib la evolución de esos frentes en el tiempo viendo qué aire desplaza a cual. Si haces eso, dibujando el mismo mapa en un tiempo posterior, puedes ver como precisamente la parte sur del frente se desplaza claramente hacia el sur, es decir, es el aire más frío situado al norte del frente el que desplaza al aire más cálido situado al sur del frente. O sea, el frente ahí es frío. Sin embargo, en la parte norte de esa frontera entre las dos masas de aire lo que se observa en un tiempo posterior es que el frente prácticamente no se desplaza, así que se necesita alguna información extra para decidir el asunto, quizás cómo ha evolucionada ese frente en tiempos anteriores.

Más complicado es el caso de un frente ocucluído porque al nivel de los 850 hPa (que corresponden a unos 1400 m de altura en condiciones normales) un frente ocluido separa dos masas de aire muy parecidas termodinámicamente hablando (aire frio):



Se puede intentar en ese caso analizar como son los mapas de Theta-e a mayor altura, que también los proporciona el zyGrib a partir de esta nueva versión que estamos comentando.

En cualquier caso, aprovecho esta ocasión para recordar una vez más que este fantástico programa permite analizar de manera muy cómoda y extraordinariamente completa (cada vez más) los resultados directos, es decir, sin interpretar, complementar, etc., del modelo numérico GFS. Así que no hay que confiar nunca ciegamente en las previsiones de este modelo (ni en las de ningún otro). Desde mi punto de vista, el valor de programas como este es más que nada pedagógico. Lo que he intentado con este hilo es, además de anunciaros esta nueva versión para que la disfrutéis con salud, ilustrar con este ejemplo cómo se puede usar zyGrib para aprender meteorología. Poder analizar la atmósfera en 3 dimensiones es muy útil para comprender qué ocurre en, por ejemplo, un frente.

Saludos,
Tropelio

[Tropelio]

Hola,

Mira, un caso práctico de cómo podemos distinguir si el frente es ocluido o no utilizando zyGrib, al menos en este caso se ve muy claramente. En las tres imágenes siguientes te muestro, por orden de arriba a abajo, el mapa de Theta-e correspondiente a esta noche a las 12 de la noche. El primero corresponde al nivel de los 925 hPa (unos 750 m de altura sobre el suelo), el segundo corresponde al nivel de los 850 hPa (unos 1450 m) y el tercero al nivel de los 700 hPa (unos 3000 m de altura) (he suprimido las isolíneas porque en este caso es mucho más claro con sólo los colores):







Si analizas como varían los frentes asociados a la borrasca centrada al SE de Groenlandia, te das cuenta inmediatamente que en todos los niveles se aprecian claramente un frente cálido y uno frío que, sin embargo, NO llegan hasta el centro de la borrasca. Hay una clara V invertida donde ambos frentes se juntan. Sin embargo, desde esa V invertida hasta el centro de la borrasca el comportamiento cambia drásticamente con la altura: mientras que en el nivel más bajo prácticamente no hay diferencia de temperatura potencial equivalente, a medida que subimos se ve claramente una cuya de aire más caliente entre medias de aire más frío, una situación que corresponde claramente a la de un frente ocluido como el que dibujé en mi intervención anterior. Lo que ha ocurrido es entonces que esa borrasca tiene ya cierta edad y puesto que el frente frío que va detrás del cálido se desplaza generalmente más rápido que éste, cerca del centro de la borrasca el frente frío ya "ha pillado" al frente cálido. Ese es el mecanismo que da lugar al frente ocluido. Mira la predicción de frentes para esa misma hora que hace Meteo France:



Los otros frentes que dibujan también se aprecian de manera clara en los mapas de Theta-e.

Esto es a lo que me refería en mi intervención anterior cuando hablaba de analizar la estructura vertical del frente para dilucidar si es un frente ocluido o no.

Saludos,
Tropelio

[Tropelio]

Hola,

Retomo este viejo hilo para mostrar un nuevo ejemplo de hoy mismo sobre como localizar e identificar frentes utilizando el extraordinario programa gratuito zyGrib.

Tenemos ahora mismo una profunda borrasca al oeste de las islas Británicas. En realidad se trata de una "ciclogénisis explosiva", tan de moda en los últimos años porque hablan de ellos los hombres y mujeres del tiempo en las televisiones. Tal cosa se diferencia de una borrasca a secas en su proceso de formación, mayormente la rapidez con la que se forma, es decir, los hPa/hora que disminuye la presión en el centro de la borrasca, y en la profundidad que suele alcanzar, con los consiguientes vientos muy duros asociados.

Aquí tenéis la previsión de los frentes asociados para hoy a las 12:00 UTC según la agencia meteorológica británica:



Como véis, hay un frente sobre la Península Ibérica, restos del que nos invadíó ayer y luego tenemos la estructura típica de frentes cálido, frío y ocluido asociado a la borrasca situada al W de las islas Británicas. Ahora mirad el mapa de temperatura potencial equivalente en el nivel de los 925 hPa dibujado con el zyGrib correspondiente también a hoy a las 12:00 UTC:



Como veis, hay un frente sobre la Península Ibérica, restos del que nos invadió ayer y luego tenemos la estructura típica de frentes cálido, frío y ocluido asociado a la borrasca situada al W de las islas Británicas. Ahora mirad el mapa de temperatura potencial equivalente en el nivel de los 925 hPa dibujado con el zyGrib correspondiente también a hoy a las 12:00 UTC:



La correlación entre ambas imágenes es perfecta. Además, puesto que zyGrib nos da la temperatura potencial equivalente (y la temperatura real) en cualquier punto del mapa en el que pongamos el cursos, podemos establecer de manera directa que masa de aire es más fría a un lado y otro del frente y determinar así si se trata de un frente frío o cálido. También está muy claro el frente ocluido situado al note y oeste del centro de la borrasca.

Como veis, zyGrib no es sólo un programa para ver datos meteorológicos. Es una herramienta extraordinariamente útil para estudiar y entender meteorología.

Saludos,
Tropelio

[Tropelio]

Hola,

Bueno, pues vamos a dar otra vuelta de tuerca para exprimir un poco más este magnífico programa que es zyGrib. Para ello vamos a analizar la situación prevista para el próximo lunes 19 de enero de 2015 a las 12 UTC. El mapa de temperatura potencial equivalente al nivel de los 925 hPa (que, recuerdo, se encuentra aproximadamente a 1 km de altura sobre el nivel del mar) es este:



Teniendo en cuenta lo que he venido explicando a lo largo de este hilo, uno diría que tenemos un frente orientado en dirección W-E en medio del Atlántico, situado en 40º de latitud N. Al oeste de Galicia el frente gira bruscamente para orientarse en dirección N-S y, de hecho, parece desdoblarse en dos frentes muy cercanos entre sí y desplazados en dirección W-E. ¿Cómo averiguamos si se trata de un frente fío o cálido? Está claro que la masa de aire situada al sur del frente en medio del Atlántico es más cálida que la situada al norte del frente. En la zona de dos frentes al oeste de Galicia, la escala de colores de la figura indica que existe una cuña de aire más caliente entre medias de dos masas de aire más frio que el de esta cuña. ¿Podemos concluir entonces que tenemos un frente frío y, en la zona al oeste de Galicia, un frente cálido justo al este de este frente frío? La respuesta es no, y este es un magnífico ejemplo para poder entender lo que es un frente. Vamos con ello y con las posibilidades que zyGrib nos ofrece para analizar en profundidad la situación meteorológica:

Una superficie frontal es la superficie (en tres dimensiones) que separa dos masas de aire. Os recuerdo que una masa de aire es un volumen de aire con características termodinámicas muy homogéneas en toda ella. No olvidemos que las características termodinámicas de un determinado volumen de aire las establecen no sólo su temperatura sino también su contenido en vapor de agua. Y la manera de mirar ambas cosas a la vez es, como he venido explicando en este y otros hilos, mirar la temperatura potencial equivalente (en lugar de mirar la temperatura a secas). Un frente es la intersección de una superficie frontal con el suelo. Por eso para detectar los frentes dibujamos mapas de temperatura potencial equivalente muy cerca del suelo (elegimos el nivel de los 925 hPa, a 1km aproximadamente de altura, para evitar la capa límite en la que las propiedades del aire se ven muy afectadas por el suelo que tiene debajo). Pero lo que determina el caracter frío o cálido de un frente es su evolución: en un frente frío el aire más frío y seco (menor temperatura potencial equivalente) desplaza al aire más caliente y húmedo. Así que lo que hemos de hacer es dibujar otro mapa de temperatura portencial equivalente correspondiente a un instante posterior y observar como se han desplazado los frentes. Para seguir la pista de manera más sencilla he incluido, tanto en la figura de arriba como en la siguiente, una serie de puntos fijos que nos ayudarán a determinar lo que está ocurriendo. Esta es la temperatura potencial equivalente el próximo lunes a las 15:00UTC, tres horas después del caso representado arriba:



Lo que observamos, utilizando los puntos marcados en las figuras como referencia, es que el frente en medio del Atlántico gira alrededor del Punt1, situado alrededor de los 40ºN 30ºW, en sentido de las agujas del reloj: en la segunda figura el punto A está más cerca del frente mientras que el punto C está más lejos. Y en la zona de los puntos E y F todas las masas de aire se han desplazado hacia el este. Así que en la zona de los puntos A y B es el aire más cálido del sur el que desplaza al aire más frio del norte y el frente es, por tanto, un frente cálido. Por el contrario, en la zona de los puntos C y D es el aire más frío del norte el que desplaza al aire más cálido del sur, así que el frente en esa zona es frío. En la zona de los puntos E y F está claro que el primer frente (más al oeste) es frío mientras que el segundo es cálido pues la cuña de aire más caliente ha desplazado al aire más frio situado más al este. En resumen, concluimos que tenemos un frente cálido al oeste de los 30ºW, un frente frío al E de 30ºW que gira para situarse en dirección N-S y un frente cálido situado al este del frente frio y muy cerca de él, frente cálido que, además, no se extiendo demasiado hacia el sur como indican las isolíneas de temperatura potencial al dejar de estar tan juntas indicando que el gradiente térmico se extingue. La siguiente figura muestra la predicción del servicio inglés de meteorología para el mismo día y hora (12 UTC del lunes 19):



Cuadran perfectamente las predicciones, ¿no?

Pero hay más. zyGrib es capaz de dar mucha más información. Y una de sus posibilidades son los diagramas termodinámicos que nos permiten analizar el perfil vertical de la atmósfera en un instante dado sobre un punto dado. En otras palabras, obtener de los modelos numéricos lo que, en un experimento real, sería medido por una radiosonda de las que se lanzan a bordo de globos varias veces al día en algunos puntos del planeta, mayormente en los aeropuertos. Ver el perfil vertical de la atmósfera, en concreto como varía la temperatura del aire y la temperatura del punto de rocío, permite obtener toda la información posible, incluyendo la estabilidad atmosférica (y con ello la probabilidad de tormentas), determinar a qué altura sobre el punto en cuentión se encuentra la superficie frontal, etc. A modo de ejemplo, las dos figuras siguientes contienen el perfil de la atmósfera en el punto A y B el lunes a las 12 UTC (obtenidas directamente con zyGrib):






Analizar estos diagramas y obtener toda la información posible de ellos (por ejemplo, se puede calcular exactamente el contenido en vapor de agua a una determinada altura) se escapa de las posibilidades de un foro. Tan solo comentar como los perfiles de temperatura (las curvas rojas) son muy diferentes sobre dos puntos tan próximos (meteorologógicamente hablando) como el A y el B. Mientras que en B (aire cálido y húmedo) la temperatura disminuye ligeramente con la altura en las capas bajas de la atmósfera, sobre el punto A la temperatura disminuye rápidamente con la altura (además de ser menor a la misma altura que sobre A) hasta el nivel de los 900 hPa aproximadamente. Entonces aumenta muy rápidamente de manera que alrededor del nivel de los 600 hPa las temperaturas en sobre A y B son prácticamente iguales. Los que estamos viendo pues es completamente consistente con la existencia de un frente cálido de manera que a nivel del suelo A está en la zona fría y B en la zona cálida. Pero el perfil de temperatura sobre A cambia al B entre los 900 y 800 hPa aproximadamente. En otras palabras, sobre A la superficie frontal se encuntra situada a la altura de los 800 hPa, o sea, unos 2000 metros.

Y con esto y un biscocho doy por finalizada (por ahora) la publicidad de este extraordinario programa del que, parece, llevo comisión. Pero no, lo mejor de todo es que es completamente gratis.

Saludos,
Tropelio.

[Tropelio]

Buenos días,

Los ladrillos anteriores de este hilo estaban incluidos en el antiguo foro, antes del Desastre Universal. Tienen algunos años de edad. Esta información que añado ahora es actual (noviembre de 2016):

La temperatura potencial equivalente cuyo uso explicaba en estos hilos con el fin de localizar los frentes asociados a una borrasca NO es un dato proporcionado directamente por el modelo GFS. En esa época GFS proporcionaba la humedad específica (que se define como el cocientre entre la masa de vapor de agua y la masa total de aire). A partir de este dato y del resto de variables proporcionadas por el GFS a cada nivel de presión, el programa zyGrib calculaba la temperatura potencial equivalente en cada nivel y, una vez calcualda, representaba el mapa correspondiente como los que aparecen más arriba. Pero en enero de 2015 (después de la fecha en que escribí los ladrillos de arriba) entró en servicio una nueva versión del modelo GFS que dejó de proporcionar la humedad específica. Por tanto, zyGrib dejó de ser capaz de calcular la temperatura potencial equivalente y perdió la capacidad de dibujar las cartas de esa variable que tan útiles eran.

En su momento, en enero de 2015, me puse en contacto con los autores de zyGrib para comentar este tema. La respuesta fue que modificarían el programa lo antes posible para pasar a obtener la temperatura potencial equivalente a partir de la humedad relativa (que sí la proporciona el nuevo GFS) y el resto de variables. Lamentablemente, a día de hoy, noviembre de 2016, el programa no ha sido modificado de manera que esas cartas de temperaturas potenciales no son posibles. Me he vuelto a poner en contacto con los autores del programa para preguntarles sobre este asunto, de momento sin respuesta. Hay que tener en cuenta que zyGrib es un programa gratuito que es desarrollado por sus autores por "amor al arte", no se puede por tanto esperar que se produzcan mejoras de forma regular.

EDICIÓN el 14/11/2016. Justo unos días después de escribir este post salió la nueva versión de zyGrib, la 8.0.1, que, entre otras cosas, recupera el cálculo y dibujo de cartas de temperatura potencial equivalente. Una magnífica noticia que he ampliado en este otro hilo:

http://www.rodamedia.com/foro/viewtopic.php?f=6&t=30

Saludos,
Tropelio