CAPE y algunas nociones básicas sobre convección atmosférica

Las siglas CAPE (Convective Available Potential Energy) hacen referencia a la energia potencial disponible para la convección en un momento dado. Se trata de uno de los parámetros convectivos más interesantes de todos aquellos que se derivan de los modelos meteorológicos y por este motivo lo intentaremos explicar a lo largo de las siguientes líneas.

Es importante empezar remarcando que se trata de un parámetro que nos indica cuanta energía está disponible para la convección en caso de que esta se inicie. Por lo tanto, la consulta de este parámetro se tiene que complementar siempre con la lectura de otros campos del modelo que nos permitan determinar la probabilidad de que la convección se inicie. De hecho, es muy habitual que en los distintos portales meteorológicos se pueda ver ya combinado con otro tipo de información. Por ejemplo, en wetterzentrale aparece en el mismo mapa que el LI (Lifted Index)

CAPE_Wtz

Fuente: Wetterzentrale.de

Sus valores pueden ir entre 0 y unos pocos miles (obsérvese que en el mapa la leyenda va de 0 J/Kg a 2500 J/Kg) indicando un mayor grado de inestabilidad cuanto mayor es su valor.

Para poder entender lo que significa el CAPE es necesario tener unos conocimientos mínimos sobre los procesos adiabáticos y sus implicaciones en los procesos convectivos.

En algunos casos es posible suponer que los movimientos verticales de aire se llevan a cabo sin que el aire que sufre el movimiento intercambie energía con el aire de su alrededor, y los movimientos ascendentes a los que se ve sujeto el aire durante la convección es uno de esos casos. Este hecho implica que los cambios de temperatura y humedad que va a sufrir una burbuja de aire ascendente estarán forzados casi exclusivamente por el cambio de presión al que se verá sometida durante su ascenso. Al ir ascendiendo, la presión atmosférica a la que se ve sometida la burbuja de aire desciende, lo que provoca un incremento en su volumen, una disminución en su densidad, una disminución en su temperatura y un incremento en su humedad relativa (ya que el aire cálido puede contener más humedad que el aire frío).

Creo que la siguiente figura lo describe bastante bien. A la izquierda, tenemos una burbuja inicial que se encuentra en la superfície, a una presión ‘p’. Al ascender, su presión desciende con lo que su volumen se incrementa y su temperatura decrece. En la parte de la derecha tenemos el proceso contrario, en la que una burbuja desciende y al ver incrementada la presión de su entorno, disminuye su volumen incrementando la temperatura.

Adiabatico

Centrándonos en el ascenso, a que ritmo perderá temperatura la burbuja? Suponiendo que el aire está inicialmente no saturado, es decir, con una humedad relativa por debajo del 100%, perderá temperatura siguiendo el gradiente adiabático seco (entorno a 1ºC cada 100m) hasta que se llegue a la temperatura de rocío, momento en el que la humedad contenida en forma de vapor de agua se empezará a condensar en pequeñas gotas de agua, y la burbuja se verá ahora afectada por el gradiente adiabático húmedo (entorno a 0.5ºC cada 100m).

Por que es importante el gradiente adiabático? Si conocemos la temperatura y humedad inicial de la burbuja de aire, mediante la aplicación de dichos gradientes es posible inferir que temperatura y humedad tendrá dicha burbuja de aire en los distintos niveles de la troposfera, y por lo tanto saber si dicha burbuja de aire tendrá tendencia a seguir con su ascenso vertical o no.

Cuándo es que lo hará?

Aquí entra el concepto de flotabilidad, que básicamente nos viene a decir que una burbuja de aire menos densa que el aire de su entorno tendrá tendencia a seguir ascendiendo, mientras que una burbuja de aire más densa tendrá tendencia a descender.

Existe un punto, en las atmosferas inestables, que se conoce como nivel de convección libre. Se trata de la altura a la que una burbuja de aire superficial ha de llegar para que su movimiento ascendente tenga continuidad por su menor densidad (básicamente implica mayor temperatura) con respecto al aire de su alrededor. (Recordad que al tratarse de un proceso adiabático, una burbuja ascendente NO sufre intercambio energético con el aire de su alrededor).

Creo que la siguiente imagen puede ayudar a aclarar un poco las últimas ideas expuestas. Se trata de un diagrama SKEW-T, en el que se combina información sobre la temperatura y humedad de la atmosfera desde su superfície hasta una presión de 100hPa. En el eje vertical tenemos la altura (representada en niveles de presión), y en el eje horizontal tenemos la temperatura.

CAPE_2

Fuente: http://wx4cast.blogspot.com/2011/10/how-to-read-skew-t-log-p.html

Nos centraremos únicamente en las tres líneas gruesas que aparecen, la verde, que representa el punto de rocío del aire a ese nivel (permite estimar la humedad), la roja, que representa la temperatura y la negra, que representa la temperatura a la que se encontraría una burbuja de aire ascendente desde la superfície. (De nuevo remarcar la importancia de los procesos adiabáticos, que son los que permiten que una burbuja ascendente desde la superfície se encuentre, en un determinado punto de la atmosfera, a una temperatura diferente de la de su entorno)

Además, aparecen tres puntos indicados, el LCL, el LFC y el EL. Simplificando, el LCL es el nivel en el que el aire ascendente empezará a sufrir procesos de condensación del vapor de aire y marca el límite entre el gradiente adiabático seco y el gradiente adiabático húmedo. El LFC (Level of Free Convection) es el nivel de convección libre, indicando el punto a partir del que la temperatura de nuestra burbuja se encuentra por encima de la temperatura ambiental de su alrededor, y por lo tanto, por diferencia de densidad, seguirá ascendiendo. Hasta dónde? Hasta el EL (Equilibrium Level), que es el punto en el que la temperatura del aire ascendente se iguala con la temperatura del aire de su entorno y por lo tanto el ascenso acabará.

Explicar los mecanismos que provocan el ascenso de las burbujas de aire desde la superfície hasta el nivel de convección libre no entra dentro del tema de este artículo, pero un efecto orográfico o una convergencia superficial podrían ser algunos ejemplos.

La región pintada en un color amarillento es el CAPE, delimitada por abajo por el nivel de convección libre, y por arriba por el nivel de equilibrio, integra en un único valor toda la energía disponible para el ascenso de la burbuja de aire superficial que ha llegado hasta el nivel de convección libre. El cálculo se realiza a partir del diferencial de temperatura entre la burbuja de aire y el aire de su entorno para cada estrato atmosférico que queda dentro de la región de interés.

CAPE_3

Fuente: http://wx4cast.blogspot.com/2011/10/how-to-read-skew-t-log-p.html

Como vemos, en la imagen aparece otra región, marcada como CIN. Se trata de un parámetro que mide la energía existente en la troposfera que se opone al inicio de la convección. En otras palabras, la resistencia que tiene que superar una burbuja de aire para llegar hasta el nivel de convección libre.

En líneas generales podríamos decir que para que se de la convección nos interesa un valor de CAPE cuanto más elevado mejor, al mismo tiempo que unos bajos valores de CIN.

Dada la complejidad de los procesos convectivos y sobretodo del hecho que las burbujas de aire que alimentan la convección no tienen porque proceder siempre del mismo estrato atmosférico existen distintas medidas de CAPE. Hasta ahora hemos hecho referencia contínua a burbujas de aire superficial cuando en la realidad la convección puede iniciarse con burbujas de aire que procedas de otras zonas de la troposfera.

Para cada estrato de procedencia de las burbujas de aire, existe un CAPE diferente. En general, podemos hablar de 3 CAPEs diferentess

– SBCAPE: Se trata del CAPE calculado a partir de burbujas de aire superficiales.

– MLCAPE (Mixed Layer CAPE): Se trata del CAPE calculado a partir de una mezcla de aire superficial. No se trata estrictamente de una burbuja superficial, sino que típicamente se cogen los primeros 100hPa de troposfera (unos 1000m).

En el siguiente diagrama, un poco diferente de los anteriores, pero que representan lo mismo, aparecen dos etiquetas. Una que indica Surface parcel, que está ligada a la adiabática que seguiría una burbuja de aire ascendiendo desde la superfície, y que daría lugar al SBCAPE. Aparece otra etiqueta, 940hPa parcel, que está ligada a la adiabática que seguiría una burbuja de aire ascendiendo desde el nivel de los 940 hPa, y que daría lugar al MLCAPE, que en este caso es superior al SBCAPE.

ML_CAPE

Fuente: http://www.estofex.org/guide/

– MUCAPE (Most Unstable CAPE): Se calcula el CAPE que tendrían distintas burbujas de aire ubicadas entre la superfície y unos 700hPa (3000m) y se coge el mayor valor que se obtiene. En el gráfico anterior se trataría de ir añadiendo líneas adiabáticas vinculadas con distintas alturas, calcular el CAPE asociado a cada una de ellas, y determinar cuál es el máximo valor y para que altura se corresponde.

El SBCAPE es una muy buena primera aproximación, pero se trata sólo de eso, de una aproximación. Entre otros problemas, resulta que la asunción de proceso adiabático no funciona muy bien para la parte más superficial de la atmosfera. En ese aspecto, el MLCAPE es mucho más realista.

Por su parte, el MUCAPE, al considerar que la convección se puede iniciar con burbujas de aire que inicialmente se encuentran a una altitud de hasta 3000m, es un muy buen indicador de convección elevada, que es precisamente aquella convección que se inicia con burbujas de aire que inicialmente se encuentran en capas relativamente alejadas de la superfície terrestre.

Apropament d’un embossament d’aire fred

A nivell sinòptic la situació és ben interessant. Un anticicló centrat (en superfície) damunt Dinamarca, amb una pressió central de 1035hPa, i una borrasca centrada a Sicília, amb una pressió central inferior a 1010hPa, i que té a la seva vegada alguns nuclis secundaris.

Però a més d’això, a la imatge s’hi veu una cosa ben curiosa, i és un embossament d’aire fred (aquell cercle de color verd ben a prop de Dinamarca) en alçada, amb una temperatura de -30ºC a 500hPa. Realment, el color verd no ens indica la temperatura, sinó que ens indica l’alçada a la que es troben aquests 500hPa, i que es correspon amb una alçada d’uns 5480m.

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Aquest embossament arriba a tenir una circulació depresionària tancada al seu entorn, creant-se així una situació en la que just al costat d’un centre anticicònic superficial ens hi apareix una petita baixa a nivells mitjans.

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A més, donat el passadís de flux de component nord que s’ha format entorn de la Mediterrània Occidental, aquest embossament té tendència a baixar de manera ràpida cap a la Península Ibèrica, suposant un repte molt important pels models meteorològics a l’hora de predir la seva ubicació final.

A hores d’ara pareix que entre dilluns s’ubicaria entorn del País Basc. Veurem quina serà la seva evolució i quines conseqüències tendrà en el temps de les Illes.

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Possibilitat de tempesta (feble) a les Illes – 07/02/2016

4 mapes molt útils per analitzar la possibilitat de tempesta per demà diumenge.

Al primer mapa s’hi representen els moviments verticals a les capes mitjanes de la troposfera (700hPa /3000 m) . En rosa (valors negatius), apareixen els ascensos, i per tant, les zones on podrien créixer niguls convectius. El Mediterrani Occidental, amb el pas del front, veurà com passa una àrea molt favorable per a la convecció.

Al segon mapa s’hi representa el CAPE (Energia potencial disponible per a la convecció). Es tracta d’un paràmetre que estima l’energia que afavoriria la convecció en cas que aquesta s’inicias. Veiem com entorn de les Illes hi ha valors positius de CAPE, a la part baixa de l’escala degut a què estam a l’hivern, i en aquesta època els valors no són mai gaire elevats.

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Al tercer mapa s’hi representa el LI (Lifted Index) que és un index pur d’inestabilitat, que es construeix a partir de la diferència de temperatura entre distints nivells atmosfèrics. Pel que ens interessa aquí direm simplement que els valors negatius són aquells que poden afavorir l’aparició de la convecció. Com podem veure al mapa, per demà, els valors seran lleugerament negatius.

Finalment, al quart mapa s’hi representa la precipitació prevista, que se’n preveu amb poca quantitat. Tot i això, donat que els principals indicadors que faig servir habitualment per veure si hi haurà o no tempesta indiquen una elevada possibilitat de que en tenguem, crec que demà dematí/migdia hi podria haver tempesta a les Illes.

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Seguiment sequera – Gener 2016

S’ha preparat un petit dossier de la situació actual de sequera que es viu a les Illes, i que es pot descarregar en el següent enllaç:

Seguiment de la sequera

A destacar:

– L’estat de les reserves d’aigua, entorn a un 30% els embassaments i 55% les aigües subterrànies.

– La majoria d’aigua de consum urbà de les Illes prové de les aigües subterrànies, no dels embassaments, que a més, només abasteixen aigua a Palma i a Binissalem

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– El principal consumidor d’aigua de les Illes són les pèrdues per la xarxa de distribució. Entorn a un 25% de l’aigua que es subministra no arriba al consumidor final

Taula

– Els pronòstics a llarg termini no pinten gaire bé.

IRI

Primeras pruebas con AROME a 1.3km

Desde hace unos días Meteofrance comparte libremente los datos de las distintas salidas de su modelo AROME.

El que se adjunta es el mapa previsto de temperatura a 2m para el día 18 a las 07 hora local. A primera vista la distribución espacial de las temperaturas parece muy coherente con el conocimiento actual que se tiene de las noches frías en Mallorca. Ya veremos si llegan a darse o no valores por debajo de 0ºC, que según el modelo no tendrían que darse en ese momento concreto.

T_2m_Mallorca

Resumen año 2015

En colaboración con la red de estaciones meteorológicas Meteodemallorca se ha elaborado un sencillo resumen del año 2015 usando exclusivamente los datos que se encuentran disponibles en dicha página web.

El resumen se puede descargar en el siguiente enlace. Resumen climático de Mallorca

Seguramente lo más característico del pasado año 2015 sea la distribución de lluvias a lo largo del año, con un trimestre inicial muy húmedo, pero que no tuvo continuidad posteriormente. Por lo que respecta a la parte más lluviosa del año, el otoño, únicamente septiembre presenta pluviometría elevada (y en algunas pocas estaciones también octubre).

Climo

A destacar también el elevado número de noches tropicales, concentradas la mayoría de ellas en un episodio cálido que tuvo lugar entre julio y agosto, y que constituyó una de las olas de calor más intensas de los últimos años. Sin embargo, las temperaturas máximas alcanzadas no fueron muy altas, y únicamente en Llubí se llegaron a superar ligeramente los 40ºC.

Arriba l’hivern a les Illes, i un huracà a les Açores

Al mateix temps que a les Illes Balears esperam l’arribada del fred d’hivern a les Illes Açores (les que donen nom al famós anticicló) esperen l’arribada d’un huracà categoria 1, Alex. És a dir, a la mateixa latitud i als dos costats de la Península Ibèrica hi trobarem, al mateix moment, una entrada freda típica hivernal i un temporal típicament d’època càlida.

GFS

Font: wetterzentrale

Que es formi un huracà en aquesta època de l’any no és gens comú. De fet, sembla que es tracta del 4t cicló tropical format a l’Atlàntic Nord per a un mes de gener d’ençà que es tenen registres exhaustius de ciclons tropicals (cap a l’any 1851). De fet, el seu naixement no ha estat el típic d’un cicló tropical, sinó que va néixer com a cicló subtropical (un híbrid entre cicló tropical i borrasca extratropical), per acabar-se desenvolupant com a cicló tropical. A hores d’ara, els pronòstics indiquen que podria impactar a les Açores com a huracà categoria 1, esperem que no hi provoqui molts desperfectes.

Alex_Azores

Font: wunderground

 

Predicción probabilista de nieve

A partir de la información del modelo GEFS, extraída de la web de meteociel, se ha procedido a calcular la probabilidad de que nieve a una determinada cota. Para ello lo que se ha hecho ha sido:

1.- Calcular la cota de nieve teórica a partir de la temperatura a 850hPa y a 500hPa para cada uno de los miembros de GEFS. La fórmula usada ha sido la siguiente:

COTA = 100*T850+ 50* T500 + 2100

Dicha fórmula supone una aproximación, ya que debieran considerarse también la altura geopotencial de los 850hPa y otros campos no disponibles en las tablas de meteociel.

2.- Calcular la probabilidad de que la cota de nieve se sitúe en la cota de interés (prob_cota)

cota_teorica

3.- Calcular la probabilidad de lluvia (prob_lluvia)

prob_lluvia

4.- Obtener la probabilidad de nieve a la cota de interés, multiplicando la probabilidad de lluvia por la probabilidad de que la cota esté a ese nivel.

Como resultado obtenemos, para Mallorca, la siguiente gráfica, en la que se observa un pico en la probabilidad de nieve a 900m del 60% para la jornada del viernes.

P_nieve

Una espipellada d’hivern a l’horitzó

Segons informa AEMET al seu compte de twitter (@AEMET_Baleares) durant aquest mes de gener s’han batut diversos récords de temperatures elevades, sobretot pel que fa a les mínimes. Així, tenim que:

– Aeroport de Palma: El nou record és de 15.7ºC, marcat dia 10 de gener. L’anterior record, de 15.5ºC era de la setmana passada

– Port de Palma: El nou record sembla que s’ha marcat aquesta passada matinada amb 15.9ºC, superant els 15.7ºC del 10 de gener.

– Eivissa: Nou record de 16.7ºC marcat dia 4 de gener.

– Formentera: Nou record de 16.1ºC, també dia 4 de gener.

– Menorca: Nou record de 14.7ºC, marcat dia 8 de gener.

Davant aquest escenari, i després d’uns darrers mesos amb continues anomalies càlides semblava que l’hivern s’havia oblidat de nosaltres. Però els propers dies pareix que la temperatura (tant les diürnes com les nocturnes) s’aproparan a valors més habituals per a l’època, i és que durant les properes hores, i tal vegada jornades, s’imposarà el vent de mestral (més tramuntana cap a Menorca), el que ajudarà a què arribi una massa d’aire un poc més freda i les temperatures puguin baixar.

Al següent mapa s’hi representa la temperatura màxima prevista pel dimecres 13 de gener. Es pot veure com a les Illes els valors estaran molt pròxims als 14-15ºC, que tot i no ser valors freds (ni molt manco) per l’època, sí que són temperatures més baixes que aquests dies enrere, quan en repetides ocasions s’ha arribat a valors entre 19 i 21 graus

Sin título

Font: AEMET

Cap a finals d’aquesta setmana la temperatura podria baixar encara més, i a uns 1500m d’alçada les temperatures es situarien en valors negatius, obrint la porta a l’arribada de qualque nevada a la Serra de Tramuntana.

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Font: Wetterzentrale

A partir de llavors existeix una gran incertesa en el pronòstic, i mentre el model GFS indica una petita pujada de temperatura pel cap de setmana, ECMWF reforça l’entrada d’aire fred, fent girar el vent cap a NNE. Sigui com sigui, tenim una mica d’hivern a l’horitzó, que ja era hora

 

Circulació zonal amb successió de fronts

Durant els propers dies la situació meteorològica estarà dominada per la circulació zonal, amb el pas de diversos fronts atlàntics que duen associats vents de component oest. Aquesta situació meteorològica no sol ser gaire favorable per veure plogudes a les Illes, tot i que sí que sembla que tendrem el pas de distintes bandes de niguls amb qualque possible gotellada.

Un dels efectes més notoris d’aquesta situació meteorològica serà una oscil·lació en les temperatures, i així es pot veure a la predicció de la temperatura a 850hPa per les properes 200 hores.

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Es pot veure com la temperatura fa pujades i baixades coincidint amb el pas successiu de fronts (càlids i freds). A més, a mesura que van passant les hores es pot observar com la incertesa (la banda blava) en el pronòstic s’incrementa, el que evidencia el que ja sabem, que els pronòstics meteorològics es tornen menys fiables a mesura que intentam ampliar l’horitzó de predicció.

Als següents mapes també es pot observar aquesta successió entre una massa d’aire càlid (dia 04 de gener) i una altra de més freda (dia 06 de gener), sempre amb vents de component oest. Això sí, la massa d’aire més càlid vendrà impulsada per vents de sud-oest, mentre que la d’aire fred vendrà acompanyada de vent de nord-oest.

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