Tratando de predecir el clima: cómo la Met Office predice el futuro

Los pronósticos meteorológicos a larga distancia no serían posibles sin la tecnología de pronóstico. Así es como funciona

A la gente en el Reino Unido le gusta hablar sobre el clima. La verificación periódica de los pronósticos se ha vuelto tan común a diario como la verificación de Facebook y el correo electrónico para muchos, pero ¿cómo predicen los “pronosticadores del clima” cómo será el clima con semanas de anticipación, como en los pronósticos meteorológicos a largo plazo?

Pronóstico del tiempo moderno

Cuando se estableció el Servicio Meteorológico Nacional Británico, Met Office, en 1854, los meteorólogos predijeron el clima utilizando diagramas dibujados a mano y observaciones humanas. Leer más: Cómo predecir el clima usando la naturaleza

Ahora, los pronosticadores utilizan supercomputadoras sofisticadas que realizan billones de cálculos por segundo. Estas máquinas procesan cientos de miles de observaciones atmosféricas globales, que se transforman en datos numéricos y se alimentan a supercomputadoras para resolver ecuaciones. Con una mayor potencia de cálculo, los cálculos tardan varios minutos.

En consecuencia, los pronósticos de hoy para cuatro días son tan precisos como los pronósticos para el día siguiente hace 30 años, y lo interesante es; Se espera que esta precisión creciente continúe en el futuro a medida que avanza la tecnología.

“Estas supercomputadoras utilizan cientos de miles de observaciones meteorológicas globales como punto de partida para ejecutar un modelo atmosférico que contiene más de un millón de líneas de código”, dijo a Sharp la meteoróloga de Met Office Emma Sharples. “Usamos estos modelos para producir pronósticos meteorológicos y predicciones a largo plazo sobre el clima futuro de la Tierra”.

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La supercomputadora Met Office es solo la punta del iceberg, continuó Sharples.

“El pronóstico del tiempo involucra procesos separados pero relacionados. Met Office recopila y procesa los datos meteorológicos existentes antes de procesar los datos para establecer las condiciones iniciales en un modelo numérico. Luego, calcule la evolución de las condiciones climáticas a lo largo del tiempo y repita el proceso para refinar el pronóstico. “

Cuando se trata de predecir la lluvia, la nieve y otras precipitaciones, el pronóstico del tiempo regular puede recopilar mediciones locales y satelitales y asimilarlas en modelos atmosféricos pesados, que luego devuelven la precipitación pronosticada para cada región. Los programas meteorológicos incluyen códigos para los cambios en las nubes que provocan precipitaciones. Así es como funciona:

El primer paso: recopilación de datos

La red de observación de Met Office recibe alrededor de 500,000 observaciones diarias, todas las cuales registran las condiciones climáticas globales. En el Reino Unido, la Met Office mantiene 200 estaciones meteorológicas terrestres no tripuladas que informan sobre el estado de la atmósfera. Estas estaciones están espaciadas a unos 40 kilómetros para registrar el clima asociado con los sistemas frontales y de baja presión que cruzan el Reino Unido. Leer más: La verdad detrás de la “niebla tóxica” causada por la ola de calor británica

“Cientos de otras estaciones recopilan más datos, incluidas las mediciones de lluvia y los datos de barcos y boyas”, dice Sharples. “Estas observaciones están respaldadas por globos meteorológicos que miden parámetros atmosféricos y por aviones que recopilan observaciones de temperatura y viento.

“Los datos de aeronaves meteorológicas y radiosondas, un tipo de globo de gran altitud, se comparan con datos de estaciones terrestres y satélites para verificar la precisión y mejorar los patrones atmosféricos”.

Las estaciones meteorológicas terrestres también proporcionan observaciones esenciales, pero debido a que están bastante alejadas, algunas características aisladas relativamente pequeñas, como las tormentas, pueden evadir la red. Entonces intervienen los satélites de radar y meteorológicos.

“La red de radares meteorológicos del Reino Unido emite pulsos cortos de ondas de radio que, cuando interceptan la lluvia, tienen parte de la energía reflejada o dispersada hacia la estación”, explica Sharples. “Estas lecturas se analizan para determinar la magnitud, el tipo y la ubicación de cualquier precipitación. El radar Doppler proporciona detalles adicionales sobre la velocidad del viento y la dirección de una tormenta”.

Los satélites también han revolucionado los pronósticos, haciendo posible que los meteorólogos identifiquen patrones meteorológicos días antes que las estaciones meteorológicas de la Tierra. Proporcionan datos precisos de temperatura y humedad para aumentar la precisión de los datos de las estaciones meteorológicas terrestres.

Hay dos tipos de satélites meteorológicos: satélites en órbita polar, que orbitan la Tierra de norte a sur, pasando sobre lugares específicos dos veces al día; y satélites geoestacionarios, que orbitan la Tierra por encima de un punto fijo en el ecuador y proporcionan datos de medición constantes para el hemisferio inferior. Los satélites en órbita polar orbitan más cerca de la superficie de la Tierra a una altitud de 850 km. Esto significa que ofrece una resolución más alta que los satélites geoestacionarios, que orbitan a una altitud de 35.400 km. Ambos tipos de satélites proporcionan la cobertura necesaria para el modelado meteorológico basado en una red 3D.

Paso dos: asimilación de datos

El siguiente paso es combinar y convertir estos datos en código de computadora para representar numéricamente las condiciones atmosféricas, un proceso conocido como asimilación de datos atmosféricos. Gracias a su mayor poder de cálculo y una mejor comprensión de la dinámica de la atmósfera, los esquemas de asimilación sofisticados pueden representar la atmósfera actual con mayor precisión que nunca. Sin embargo, para proporcionar datos iniciales no sesgados a los modelos, se deben tener en cuenta los errores de observación y modelado.

Paso 3: haz predicciones

Se utiliza un modelo numérico de predicción del tiempo para calcular cómo evolucionarán las condiciones meteorológicas. Los resultados de estos miles de millones de cálculos matemáticos brindan orientación a los pronosticadores y forman la base de predicciones detalladas.

Los meteorólogos dividen la superficie y la atmósfera de la Tierra en una red 3D y mapean todos los datos meteorológicos en esta red. Cada cuadro de cuadrícula representa los procesos atmosféricos en esa región. Se aplican ecuaciones numéricas a cada cuadro de la cuadrícula y los investigadores evalúan los resultados del pronóstico. Los modelos numéricos de predicción del tiempo se ejecutan a nivel mundial porque el clima local está influenciado por lo que está sucediendo en otras partes del mundo.

Dependiendo del tipo de pronóstico del tiempo, los modelos se ejecutan con diferentes resoluciones de cuadrícula. A baja resolución, los modelos pueden producir con precisión patrones meteorológicos a gran escala, como grandes áreas de lluvia o áreas de actividad en la ducha. Se necesitan modelos de mayor resolución y una mayor potencia de cálculo para producir características a pequeña escala, como lluvias individuales, niebla de valle y lluvias abundantes en las regiones montañosas.

Pronóstico “Ahora”

Muchos proveedores meteorológicos utilizan el poder de la inteligencia artificial para llevar la previsión meteorológica al siguiente nivel, proporcionando actualizaciones meteorológicas en tiempo real para permitir experiencias personalizadas en ubicaciones muy específicas. Leer más: Olvídate de Google, Uber, Amazon y Spotify. En Rusia, las reglas de Yandex

Yandex, la empresa de Internet más grande de Rusia, utiliza una tecnología llamada “Nowcasting” en su producto Yandex.Weather, que se utiliza en muchas aplicaciones y servicios en todo el país. El director de Yandex.Weather, Dima Solomentsev, explica que “lleva el pronóstico de precipitación al siguiente nivel” utilizando datos de radares meteorológicos, así como una herramienta de última generación para recopilar el mapa de precipitación a 200 millas (200 millas). km) alrededor de la ubicación del radar.

“Nuestra tecnología Nowcasting utiliza imágenes de radar para pronosticar los cambios climáticos utilizando una red neuronal de aprendizaje profundo llamada Yandex.Meteum, que realiza transformaciones, transiciones y otros cambios con el último golpe de radar”, explica Solomentsev.

“En esencia, nos permite hacer pronósticos minuto a minuto para las próximas dos horas con un grado muy alto de precisión, calculando pronósticos meteorológicos no solo para puntos de cuadrícula predefinidos, sino también para coordenadas exactas. solicitado por el usuario. “

Yandex.Meteum también ofrece pronósticos hiperlocales hasta la cuadra exacta de la ciudad donde se encuentra el usuario, a diferencia de la mayoría de los servicios que ofrecen pronósticos basados ​​en la ciudad.

“En realidad, el clima puede ser muy diferente en una ciudad”, agrega Solomentsev. “Por ejemplo, puede llover mucho en Central Park mientras el sol brilla en Wall Street.

“Cuando un usuario de Yandex.Meteum verifica el pronóstico, solicita a la API de Yandex.Weather que proporcione la ubicación de esa persona. Recopilamos los valores precalculados para las regiones solicitadas, los combinamos con los datos recopilados operativamente de los usuarios y de los flujos de datos locales. “

Después del cálculo, Yandex envía la información meteorológica precisa a Yandex.Weather, completando todo el proceso en una décima de segundo. Esto da como resultado varios productos, como un mapa de precipitación futura, que se ve en la figura siguiente, así como notificaciones automáticas inteligentes, que advierten al usuario sobre el momento exacto en que se detendrá la precipitación.

La necesidad de la gente

Aunque la asimilación de datos, los modelos numéricos y el aprendizaje automático basado en el clima han progresado en los últimos años, una sola predicción numérica del tiempo puede ser incorrecta. Los meteorólogos utilizan los pronósticos generales para hacer frente a tal incertidumbre.

En lugar de una predicción meteorológica numérica, el modelo se ejecuta varias veces utilizando condiciones iniciales ligeramente diferentes, según las observaciones. El análisis de esta colección de pronósticos permite evaluar las posibilidades de un determinado tipo de clima.

Como resultado, el conocimiento y la experiencia de los meteorólogos son cruciales para comparar predicciones meteorológicas numéricas con observaciones y son necesarios para corregir sesgos o debilidades conocidos en las predicciones de modelos informáticos. Se centran en el pronóstico del tiempo y adaptan la información del pronóstico a todos los públicos.

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