Meteorología Tropical
1
Análisis del Ciclo Diurno de la Actividad Convectiva en
Regiones de Sud América
Universidad Nacional Agraria La Molina, UNALM, Facultad de Ciencias,
Estudiantes de la Carrera de Meteorología, Av. La Molina s/n La Molina, Lima, Perú.
Alva Suarez, Paul; Correa Marrou, Kris Milagros; Quiroz Mosquera, Gabriela Corina
____________________________________________________________________
Resumen
En el presente trabajo, el principal objetivo fue usar las imágenes de satélite como una fuente de
información representativa cuando son promediadas en un período de tiempo. En este caso, las
imágenes del canal infrarrojo provenientes del satélite GOES-13 serán procesadas y utilizadas
para el estudio del ciclo diurno de la actividad convectiva sobre tres regiones de Sudamérica.
A partir de las variables de temperatura de brillo en el tope de la nube y radiancia o valor del
count, se logrará identificar las zonas convectivas y analizar el comportamiento temporal
durante un día promedio del mes de Julio del 2010 y Febrero del 2011. Asimismo, se
demostrará la relación inversa de estos campos y la frecuencia con la que se detecta la actividad
convectiva en cada una de las regiones seleccionadas.
Palabras clave: Canal Infrarrojo, Actividad Convectiva, Radiancia, Count.
Abstract
In the present work,the main objective was to use satellite images as a source of averaged
representative information over a period of time. In this case, the channel infrared images from
the GOES-13 will be processed and used for the study of the diurnal cycle of convective activity
over three regions of South America.
Using the brightness temperature variables at the top of the cloud and radiance or count value,
we will be able to identify convective zones and analyze the temporal behaviour during an
average day of the month July 2010 and February 2011. Also we will show the inverse
relationship of these fields and the frequency of convective activity which is detected in each of
the selected regions.
Key words: Infrared channel, convective activity, Radiance, Count.
Meteorología Tropical
2
INTRODUCCIÓN
Los sistemas convectivos constituyen un
importante aporte a la precipitación total
sobre la región de Sudamérica,
principalmente durante los meses de la
estación cálida. Asociados a los mismos se
producen, frecuentemente, precipitaciones
extremas y fenómenos severos, por lo que
un diagnóstico y posterior pronóstico
preciso de estos sistemas sería de utilidad,
entre muchos otros, para la prevención de
las catástrofes vinculadas con la ocurrencia
de los mismos.
El procesamiento de imágenes satelitales
permite determinar el desplazamiento y
comportamiento de los sistemas
convectivos utilizando técnicas de
seguimiento en base a la temperatura de
brillo en el infrarrojo. Bajo esta
representación, el análisis del Ciclo Diurno
para algunas regiones, cuyo desarrollo de
actividad convectiva posee gran
importancia, permite conocer las horas con
mayor probabilidad de ocurrencia de estos
sistemas y por tanto, precipitaciones.
DATOS Y METODOS
Pre-procesamiento de las imágenes de
satélite
El primer paso para la implementación del
método, es la recopilación de imágenes del
satélite GOES-13 del canal infrarrojo de
dos meses que definen claramente las
temporadas de lluvia y sequía en el
hemisferio sur. Los meses seleccionados
fueron Julio del 2010 y Febrero del 2011.
Asimismo, para la detección de sistemas
convectivos se requieren imágenes de alta
resolución temporal, en este caso se
utilizaron imágenes cada 1 hora, durante el
periodo de 05:15 horas a 23:15 horas, estas
nos permitirán visualizar el comportamiento
de las variables, obtenidas por asimilación
de datos, en su ciclo diurno.
Cabe resaltar que en la selección de data es
necesaria la eliminación de imágenes que
presenten interferencias en su captura o
sean defectuosas.
Procesamiento de las imágenes de satélite
El siguiente esquema (Fig.1) ilustra el
proceso que se lleva cabo para el cálculo de
los mapas de frecuencia (en porcentaje) de
convección, promedio de temperaturas en el
tope de la nube y extracción de valores de
Count o radiancia. Se partió de una base de
imágenes de satélite en el canal infrarrojo
(IR4) del satélite GOES-13, disponiendo de
aproximadamente de 1200 imágenes. Este
cálculo se realizó para cada grupo,
obteniendo una base final de 19 imágenes
conteniendo la frecuencia de nubes con
topes más fríos que -38°C. Se expresó las
frecuencias en porcentaje. Un valor de 30
indica que determinado pixel reporta nubes
convectivas (de temperaturas inferiores a
-38ºC) durante 30% de los días de la
temporada de lluvias o sequía.
Luego se organizó la data por horas para su
respectivo procesamiento en Fortran 90, y
las salidas binarias fueron leídas a través
del programa OpenGrADS 2.0.
Fig.1. Esquema de Procesamiento de datos
Para el procesamiento de información se
tomaron en cuenta algunos criterios:
Meteorología Tropical
3
Para la conversión de valores de grises a
temperatura de brillo del tope de nube, se
utilizaron las siguientes relaciones,
establecidas en el Modo-A (NOAA Satellite
and Information Service. Office Satellite
Operations. Conversion of GVAR Infrared
Data to Scene Radiance or Temperature.)
según el cual los valores de count están en
una escala de 8 bit y en un rango de valores
de 0 a 255, donde valores altos de counts
representan temperaturas bajas.
163K <= T <= 242K, Xa = 418 - T
242K <= T <= 330K, Xa = 660 - 2T
Donde: T es la temperatura de brillo y Xa
es el count.
Los sistemas convectivos fueron detectados
usando el canal infrarrojo (11µm) y
asumiendo que las nubes convectivas que
son altas y de gran espesor poseen una
menor temperatura de brillo. En este caso,
el área de actividad convectiva se asocia a
un valor de 235K, equivalente con la
conversión anterior a 183 en escala de
grises (Machado, 2003).
Selección de regiones
En el mapa (Fig.2) presentado a
continuación, se han indicado las tres
regiones escogidas de acuerdo a los valores
de grises (count) (>180) como áreas con
mayor probabilidad de desarrollo
convectivo. En cada una de las áreas se ha
señalado un cuadrado con borde negro (1
pixel) que representa el punto del cual se
extraerán los datos de Counts, se estimará la
temperatura de brillo en el tope de la nube y
se calcularán las frecuencias de
convectividad. Los tres puntos escogidos
son:
Es importante señalar que para la
delimitación de las áreas se ha considerado
la imagen promedio de counts de las 21:15
UTC, debido a que la mayor actividad
convectiva se desarrolla en horas de la
tarde.
Puntos Latitud Longitud
PUNTO 1 -15.3 -72.5
PUNTO 2 -13.0 -75.0
PUNTO 3 1.5 -66.0
Meteorología Tropical
4
Fig.2. Mapa de selección de regiones de mayor actividad convectiva – Febrero/21horas
Representación del Ciclo Diurno
El objetivo es promediar un gran número de imágenes de satélite correspondientes a la misma
hora de modo de obtener 19 campos suavizados correspondientes a cada hora del día (05:15;
06:15, 07:15...23:15UTC; cabe resaltar que en todo el documento cuando se hace mención a las
horas enteras 05:00,06:00,07:00..23:00UTC, corresponden a las horas mencionadas
anteriormente, respectivamente). Estas nuevas imágenes en formato binario contienen
información sobre el promedio de la radiancia (Count), de temperaturas de brillo en el tope de la
nube y de la frecuencia de convectividad por cada píxel contenido. En general, este escenario
puede ser considerado como la climatología estacional de la radiación en onda larga emitida.
Estas variables proveen información sobre la temperatura promedio de la superficie, regiones de
convección recurrente, horas de ocurrencia de la convección, evolución y traslación de los
sistemas convectivos, entre otros.
Estas imágenes serán analizadas a través del ciclo diurno utilizando gráficas temporales
superpuestas de las variables radiancia, temperatura de brillo y frecuencia en porcentaje. Se
podrá determinar las horas de ocurrencia de mayor actividad convectiva sobre las regiones
selectas en las que el ciclo diurno del brillo sea más intensa (periodos de brillo intenso
Meteorología Tropical
5
contrastando con periodos de brillo muy tenue) y la frecuencia sea mayor de ocurrencia de la
formación convectiva durante horas de la tarde.
RESULTADOS
Tanto para el mes de Verano (enero del
2011) como para el mes de Invierno (Julio
del 2010), las imágenes promedio del mes a
nivel horario (05:15 a las 23:15, cada hora)
solo se muestran algunas de las horas de la
mañana y otras de la tarde.
Se ha observado que de acuerdo a la escala
de valores de counts, los mayores valores
de counts encontrados en las imágenes son
en horas de la tarde para el mes de verano
entre las 20 y 22 UTC, superando los 170
de count, a diferencia del mes de invierno
donde apenas llega a 170.
Fig.3.Promedio horario de imágenes
infrarrojas en valores de gris del mes de
febrero del 2011
Meteorología Tropical
6
Fig.4.Promedio horario de imágenes
infrarrojas en valores de gris del mes de
julio del 2010
Meteorología Tropical
7
Resultados y Discusiones
Mes: Febrero 2011
Fig. 5. Región 1.
Fig. 6. Región 2.
Fig. 7. Región 3.
En estas gráficas se muestra la variación
diurna representativa de las tres regiones de
sistemas convectivos seleccionados. Esta se
expresa en niveles de grises (parte superior
de las gráficas) o a través de la temperatura
del tope de la nube (parte central). En su
parte inferior se presenta el conteo de casos
en donde la temperatura es inferior a 235 K
(casos de convección).
En la figura 5, (parte central) se observa la
mayor temperatura del tope nuboso a las 10
a.m., a partir del cual empieza a disminuir
teniendo un descenso abrupto para las 2
p.m., hora a partir del cual aumenta
considerablemente el conteo de casos de
convección (mayor probabilidad).
Durante las horas siguientes, la temperatura
del tope nuboso se mantiene entre 220 y
230 K.
En la figura 6 y 7, se presenta un
comportamiento similar: mayor temperatura
a las 10 a.m., ésta empieza a disminuir
teniendo su mayor descenso a partir de las 2
Meteorología Tropical
8
p.m., sin embargo, éste se realiza de manera
más gradual.
En paralelo se produce un incremento en
los casos de convección llegando a alcanzar
valores del 70%.
Durante estas horas de la tarde, las
temperaturas oscilan entre 230 y 240 K.
Nótese asimismo la relación inversa entre
temperatura y nivel de gris. Cuando el nivel
de gris se eleva (se aproxime a una
tonalidad blanca), la temperatura empieza a
disminuir, sucediendo lo mismo para todos
los casos.
Para corroborar los resultados obtenidos se
realizó mapas de humedad relativa, agua
precipitable y de flujos de calor latente
(figuras no mostradas) determinando tales
regiones convectivas.
Mes: Julio 2010
Fig. 8. Región 1.
Fig. 9. Región 2.
Fig. 10. Región 3.
Meteorología Tropical
9
Para la figura 8 y 9 (estación invierno), se
observa la mayor temperatura para las 12
del mediodía, luego desciende
paulatinamente en horas de la tarde.
Resalta la temperatura casi constante
(aprox. 260 K) entre la medianoche y el
amanecer.
Asimismo, no se halla ningún caso de
convección para la región 1, más si para la
región 2 durante las horas del atardecer. Es
importante mencionar que al obtener
promedios de temperatura o de grises, se
pueden perder valores que si representen
núcleos convectivos, sin embargo, este caso
resulta extraño dado que su promedio de
temperaturas se encuentra muy por encima
de lo esperado.
Finalmente, para la figura 10, se observa
una variación discontinua de la temperatura
así como de los niveles de grises.
Para este caso, si es posible encontrar un
mayor número de casos de convección en la
zona.
Conclusiones
En el proceso, no se realizó ninguna
depuración para filtrar nubes de tipo cirrus,
los cuales a pesar de tener temperaturas
similares a las nubes de tipo convectivas
(temperaturas muy frías) no producen
ninguna precipitación.
La obtención de los promedios de las
imágenes de grises suaviza sus valores
reales, ello se aprecia mediante el conteo de
casos de convección en áreas donde el nivel
de gris no es el requerido para clasificarlas
como regiones convectivas.
Se demuestra el comportamiento inverso
entre los niveles de grises y la temperatura
del tope nuboso.
La formación de sistemas convectivos es
típica de la estación de verano y
dependiendo del desarrollo que puedan
alcanzar pueden producir precipitaciones de
gran intensidad.
Durante la estación de invierno, la mayor
precipitación proviene de nubes cuyos topes
son mayores a 230 K, y no de sistemas
convectivos de corta duración.
Nubes en decaimiento o nubes con topes
nubosos calentándose producen una ligera o
ausencia de precipitación. En este caso, el
sistema se encuentra debilitándose y los
movimientos verticales empiezan a cesar.
Por el contrario, topes nubosos en
enfriamiento indican que el sistema
convectivo se intensifica y que la tasa de
precipitación aumenta.
Asimismo se puede concluir que el
principal factor que afecta el crecimiento de
un sistema convectivo en la región 1 y 2 es
la topografía del lugar mientras que los
vientos del este determinan el crecimiento
en la región 3.
REFERENCIAS
Luiz Augusto T.Machado and Henri
Laurent, 2003: System Area Expansion
over Amazonia and Its Relationship with
Convective System Life Duration and
High-Level Wind Divergence.
Divisa˜o de Ciencias Atmosfericas, Centro
Tecnico Aeroespacial, Instituto de
Aeronautica e Espac¸o Sa˜o Jose´ dos
Campos,
Sa˜o Paulo, Brazil
NOAA Satellite and Information Service.
Office Satellite Operations. Conversion
of GVAR Infrared Data to Scene
Radiance or Temperature.
Disponible en:
http://www.oso.noaa.gov/goes/goes-
calibration/gvar-conversion.htm
Top Related