Introducción al Análisis Retrospectivo de la Era Moderna para Investigación

y Aplicación de la NASA: : MERRA

Curso de Capacitación en Percepción Remota (NASA)Geo Latin America and Caribbean Water Cycle capacity Building Workshop

Colombia, 28 de noviembre - 2 de diciembre, 2011

ARSETARSET

AApplied pplied RRemote emote SSensing ensing EEducationducation andand TTrainingraining(Educación y Capacitación en Percepción Remota Aplicada)(Educación y Capacitación en Percepción Remota Aplicada)Un proyecto del Programa de Ciencias Aplicadas de la NASAUn proyecto del Programa de Ciencias Aplicadas de la NASA

ObjetivosObjetivos

Para más detalles: Para más detalles: http://gmao.gsfc.nasa.gov/research/merra/http://gmao.gsfc.nasa.gov/research/merra/

Presentar

• Una descripción general de los Productos de Agua de MERRA

• Ejemplos de análisis y visualización de eventos de del tiempo y variabilidad climática

Productos de Agua de la NASA• Lluvia

• Nieve/Hielo

• Vapor de Agua

• Nubes

• Humedad de Suelo

• Agua Subterránea

• Nieve/Hielo

• Lluvia, Nubes, Vapor de Agua

• Humedad de Suelo

• Evaporación/Transpiración

• Escorrentía

Componentes del Ciclo Componentes del Ciclo del Aguadel Agua

Productos en rojo - derivados de medidas satelitalesProductos en rojo - derivados de medidas satelitales

Productos en azul - derivados de modelos de superficie Productos en azul - derivados de modelos de superficie atmosférica/terrestre, atmosférica/terrestre, como MERRAcomo MERRA, en los cuales las medidas satelitales , en los cuales las medidas satelitales son asimiladas o combinadasson asimiladas o combinadas

• Los modelos utilizan ecuaciones matemáticas (leyes de la física) para representar sistemas de atmósfera, océano, tierra, y cambios que ocurren en éstos en espacio y tiempo

• Estas ecuaciones matemáticas son resueltas

en grillas verticales y horizontales mediante métodos numéricos

• Los Modelos utilizan observaciones para representar el sistema atmósfera-tierra-océano en un momento dado para deducir como el sistema evolucionará en el espacio y el tiempo

• Los modelos ‘parametrizan’ los procesos físicos mediante técnicas físicas/estadísticas/empíricas derivadas o verificadas por las cantidades observadas

Modelos de Sistemas Atmósfera-Tierra-Océano

• Hacer modelos de los procesos del agua es complejo debido a que en el sistema atmósfera-tierra-océano el agua se presenta en estado gaseoso, líquido y sólido

• Se realizan validaciones rigurosas entre las observaciones y los modelos, y de los modelos entre si, para evaluar las incertidumbres en los mismos

precipitación precipitación obtenida con obtenida con MERRA, en MERRA, en

comparación a comparación a la obtenida por la obtenida por otros modelosotros modelos

Modelos de Sistemas Atmósfera-Tierra-Océano

Qué es el Análisis Retrospectivo?• Una técnica que combina observaciones históricas con un

modelo para producir múltiples variables de clima

• Las observaciones históricas de datos meteorológicos básicos, tales como temperatura, velocidad de viento, y presión son analizadas e interpoladas en grillas modelo

• El modelo en 3 dimensiones para realizar los pronósticos es inicializado y restringido con las observaciones

• Las simulaciones del modelo proveen muchas variables de clima que no son observadas, por ejemplo flujo de humedad

• Las simulaciones realizadas con el modelo también proveen datos con mayores frecuencias que las observaciones (por ej., por hora, cada 6 horas)

Datos para Análisis Retrospectivo de MERRA

• Datos de Entrada: Meteorología Standard– Temperatura, Presión, Viento, Humedad, Radiancia

– Química: Ozono; producción actual de Aerosoles y Carbón

– Distribución irregular en espacio y tiempo

• Datos de Salida– Nubes y sus propiedades

– Ciclo del Agua

– Estimación de la cantidad energía de la parte superior de la atmósfera a la superficie de la Tierra

– Cobertura global con frecuencia regular

De: Michael Bosilovich, NASA-GSFC-GMAO

Combina las grandes cantidades de datos observados con datos de salida del modelo ‘Goddard Earth Observing System’

(GEOS)

MERRA

Cobertura satelital presente asimilada en MERRACobertura satelital presente asimilada en MERRA

El sistema de observación variable

Observaciones utilizadas para el Análisis Retrospectivo

De: Michael Bosilovich, NASA-GSFC-GMAODe: Michael Bosilovich, NASA-GSFC-GMAO

MERRA se enfoca en el análisis histórico del ciclo del agua en escalas de tiempo y clima (desde horas hasta años) y pone las observaciones satelitales de la NASA en contexto con el clima

Las tecnologías cambian; Ciclo de vida de los Instrumentos

Análisis Retrospectivo• Puntos fuertes – Los

datos procesados son continuos globalmente, tanto en espacio como en tiempo, y proveen campos relevantes meteorológicos y climatológicos

• Puntos débiles – Los modelos de sistemas terrestres solo representan el conocimiento humano de como funciona el mundo

De: Michael Bosilovich, NASA-GSFC-GMAODe: Michael Bosilovich, NASA-GSFC-GMAO

Humedad Relativa (fraccional)Humedad Relativa (fraccional)

Vientos en dirección al Este (m/s)Vientos en dirección al Este (m/s)

Julio 2011 (850 hPa)Julio 2011 (850 hPa)

Humedad Específica Humedad Relativa Fracción de Nube

Resolución Espacial: 2/3°x1/2°Resolución Espacial: 2/3°x1/2°

Tasa de Lluvia en la Superficie Evaporación en la SuperficiePresión y Temperatura en la parte superior de la NubeVapor de Agua Columna Vertical Integrada

Resolución Temporal: MensualResolución Temporal: MensualResolución Espacial: 1.25°x1.25° y 42 niveles verticalesResolución Espacial: 1.25°x1.25° y 42 niveles verticales

Parámetros en 3 dimensionesParámetros en 3 dimensiones UnidadesUnidades

Parámetros en 2 dimensionesParámetros en 2 dimensiones

Productos de Agua de MERRA

Kg/KgFracciónFracción

Kg/m2/sKg/m2/shPa y K

Kg/m2

Humedad Específica Humedad Relativa Fracción de Nube Tasa de combinación de líquido de Nube y agua de Hielo

Resolución Espacial: 2/3°x1/2°Resolución Espacial: 2/3°x1/2°

Tasa de Lluvia en la Superficie Masa de NieveCobertura de NieveProfundidad de NieveTasa de Nieve en la SuperficieEvaporación en la SuperficiePresión y Temperatura en la parte superior de la Nube Vapor de Agua Columna Vertical Integrada,Contenido de líquido de Nube y agua de Hielo

Resolución Temporal: Por horaResolución Temporal: Por horaResolución Espacial: 1.25°x1.25° y 42 niveles verticalesResolución Espacial: 1.25°x1.25° y 42 niveles verticales

UnidadesUnidades

Productos de Agua de MERRA

Kg/KgFracciónFracciónKg/Kg

Kg/m2/sKg/m2

FracciónmKg/m2/sKg/m2/shPa y K

Kg/m2

Parámetros en 3 dimensionesParámetros en 3 dimensiones

Parámetros en 2 dimensionesParámetros en 2 dimensiones

MERRA para el Estado del TiempoHuracán Irene 27 de Agosto 0 GMT

Pre

sión

al N

ivel d

el M

ar

Pre

sión

al N

ivel d

el M

ar

Hu

med

ad

H

um

ed

ad

A

tmosfé

rica T

ota

lA

tmosfé

rica T

ota

l

Vie

nto

en

dir

ecc

ión

V

ien

to e

n d

irecc

ión

E

ste

Est

eV

ien

to e

n d

irecció

n

Vie

nto

en

dire

cción

N

orte

Norte

MERRA Datos de Clima

Los datos MSU son asimilados, lo que implica que la correlación aparente es la esperada.De: Michael G. Bosilovich, NASA-GSFC-GMAODe: Michael G. Bosilovich, NASA-GSFC-GMAO

-0.8-0.6-0.4-0.2

00.20.40.60.8

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

CMSU Temperature of the Lower Troposphere (TLT)

Anomaly (1989-2008)

MERRA UAH

Datos de MERRA: Variabilidad Regional de Clima

Snow DepthSnow Depth

Profundidad de NieveProfundidad de Nieve

Masa de NieveMasa de Nieve

Productos de MERRA Productos de MERRA Pueden ser descargados de http://mirador.gsfc.nasa.gov con con una búsqueda de palabras clave. También se puede buscar por una búsqueda de palabras clave. También se puede buscar por tiempo y región/ubicacióntiempo y región/ubicación

Varios parámetros atmosféricos y de superficie disponibles en http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni

Productos de Imágenes MERRA

Análisis Retrospectivo• Combinación de muchos tipos de

observaciones con los últimos modelos de sistemas de Tierra que adquiere valor

• El progreso del análisis retrospectivo lleva a modelos y observaciones mejoradas

• Cuando el sistema de observación mejora, la cantidad de incertidumbres decrece

• El tiempo, el clima, y la variabilidad climatica en investigación y toma de decisiones aplicada

• Se puede hacer un estudio de la tendencia del clima pero se necesita significativamente más investigación y desarrollo

De: Michael Bosilovich, NASA-GSFC-GMAODe: Michael Bosilovich, NASA-GSFC-GMAO