Dibujar frentes nubosos con GRADS. Identificar zonas frontales a partir de datos meteorológicos del modelo GFS con el programa GRADS para de datos GRIB.

Para plotear frentes nubosos con GRADS nos basaremos en este artículo de Donald W McCann y James P Whistler (2001) que contiene varias ecuaciones para el cálculo de zonas frontales. Voy a dividir la entrada en varias partes. En esta primera nos centraremos en definir y dibujar la variable atmosférica que nos ayudará a localizar las zonas frontales.

En estas zonas se produce el choque de masas de aire frías y cálidas formándose lo que en meteorología se conoce como "frente", los cuales pueden ser de carácter frío, cálido, estacionario y ocluido básicamente (buscar en wikipedia para mayor detalle) según el movimiento de las masas de aire que entran en colisión. Otro día tal vez haga una entrada explicando mejor lo que sucede en estas zonas pero básicamente el choque de masas se asocia a inestabilidad meteorológica, nubosidad y precipitaciones. Nos es conocido el anuncio de la llegada de un "frente frío" que traerá precipitaciones. La formación de "frentes nubosos" es característica de las latitudes medias de ambos hemisferio, donde el aire frío polar colisiona con el aire cálido tropical.

En esta entrada vamos a aprender a identificar estas zonas frontales en un mapa y con ello predecir donde puede haber nubosidad y precipitaciones a partir de otro tipo de datos (geopotenciales, temperatura, humedad, etc.) que nos proporcionan los modelos de predicción numérica. En concreto vamos a utilizar los datos facilitados por el modelo GFS suministrados gratuitamente por la NOAA de EE.UU.

Voy a entrar a saco con GRADS dando por hecho que ya lo manejas. Yo manejo Linux así que tecleamos #grads en la consola para abrir el programa. Cuando pregunte "Landscape mode? ('n' for portrait)" pulsamos Enter sin más. Una vez dentro, cargamos los datos del modelo desde el servidor OpenDAP de la NOAA. He seleccionado la salida de las 06:00 horas del 13/03/2021 en resolución de 1 grado "GFS 1.00 Degree" (conviene no seleccionar una mayor resolución ya que los frentes nubosos son formaciones macro de cientos o miles de kilómetros y relenteceríamos los cálculos del computador innecesariamente):

sdfopen https://nomads.ncep.noaa.gov/dods/gfs_1p00/gfs20210313/gfs_1p00_06z

Concretamos unos margenes de latitud y longitud. Por ejemplo si queremos identificar los frentes que se acercan a la Costa Oeste de Norteamérica definimos:

set lon -150 -110
set lat 30 60

Para analizar las características de las distintas masas de aire hemos de seleccionar una variable que nos permita distinguirlas. Nuestro artículo de referencia recomienda el uso del grosor de la capa de aire situada entre las altitudes geopotenciales a 700hPa y 1000hPa. Esta capa de aire será más gruesa donde el aire se dilate por el calor y más fina en zonas frías donde el aire se contrae. Definimos por tanto la variable:

thick=hgtprs(lev=700)-hgtprs(lev=1000)

donde hgtprs(lev=700) es la altitud de la capa geopotencial a 700 hPa de presión y hgtprs(lev=1000) la de la geopotencial a 1000 hPa. La de 700 hPa estará a mayor altitud porque a menor presión mayor es la altitud y la diferencia entre ambas es un grosor medido en metros, el cual será la variable que necesitamos para identificar las zonas frontales.

¿No os da curiosidad? Vamos a ver que tenemos. Dibujemos!

clear(esto para limpiar por si tuvieramos algo previamente dibujado)

d thick

Frente nuboso 1

Huston tenemos frente!! Como podéis apreciar el grosor de la capa oscila desde unos 2730 metros al norte hasta los 2910 al sur. Tanto hacia el NO (esquina superior izquierda) como hacia el sur, se aprecian dos zonas de relativo pantano donde hay pocas lineas, lo que quiere decir que el grosor de nuestra capa en esas zonas no varía mucho y ambas masas de aire son bastante homogéneas, una fría al norte más compacta y de menos grosor, y otra cálida al sur con el aire más dilatado ocupando un mayor grosor. Entre ambas, se identifica claramente la zona en la que se produce el choque de masas de aire por la mayor densidad de líneas paralelas en dirección SO-NE. En esta zona la densidad y temperatura del aire varían rápidamente al movernos en dirección perpendicular a las líneas, desde la zona fría a la cálida o viceversa, lo que nos indica la posible presencia de un frente nuboso con precipitaciones asociadas.

Por hoy lo dejamos aquí.

Ángel