80
Dirección: Dirección: Biblioteca Central Dr. Luis F. Leloir, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. Intendente Güiraldes 2160 - C1428EGA - Tel. (++54 +11) 4789-9293 Contacto: Contacto: [email protected] Tesis de Posgrado Simulación numérica de la Simulación numérica de la influencia dinámica de la Cordillera influencia dinámica de la Cordillera de los Andes utilizando un modelo de los Andes utilizando un modelo hemisférico de 3 niveles hemisférico de 3 niveles Ciappesoni, Héctor Horacio 1980 Tesis presentada para obtener el grado de Doctor en Ciencias Meteorológicas de la Universidad de Buenos Aires Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe ser acompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente. This document is part of the doctoral theses collection of the Central Library Dr. Luis Federico Leloir, available in digital.bl.fcen.uba.ar. It should be used accompanied by the corresponding citation acknowledging the source. Cita tipo APA: Ciappesoni, Héctor Horacio. (1980). Simulación numérica de la influencia dinámica de la Cordillera de los Andes utilizando un modelo hemisférico de 3 niveles. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_1631_Ciappesoni.pdf Cita tipo Chicago: Ciappesoni, Héctor Horacio. "Simulación numérica de la influencia dinámica de la Cordillera de los Andes utilizando un modelo hemisférico de 3 niveles". Tesis de Doctor. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 1980. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_1631_Ciappesoni.pdf

Simulación numérica de la influencia dinámica de la

  • Upload
    others

  • View
    10

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

Di r ecci ó n:Di r ecci ó n: Biblioteca Central Dr. Luis F. Leloir, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. Intendente Güiraldes 2160 - C1428EGA - Tel. (++54 +11) 4789-9293

Co nta cto :Co nta cto : [email protected]

Tesis de Posgrado

Simulación numérica de laSimulación numérica de lainfluencia dinámica de la Cordillerainfluencia dinámica de la Cordillerade los Andes utilizando un modelode los Andes utilizando un modelo

hemisférico de 3 niveleshemisférico de 3 niveles

Ciappesoni, Héctor Horacio

1980

Tesis presentada para obtener el grado de Doctor en CienciasMeteorológicas de la Universidad de Buenos Aires

Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la BibliotecaCentral Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe seracompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente.

This document is part of the doctoral theses collection of the Central Library Dr. Luis FedericoLeloir, available in digital.bl.fcen.uba.ar. It should be used accompanied by the correspondingcitation acknowledging the source.

Cita tipo APA:

Ciappesoni, Héctor Horacio. (1980). Simulación numérica de la influencia dinámica de laCordillera de los Andes utilizando un modelo hemisférico de 3 niveles. Facultad de CienciasExactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires.http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_1631_Ciappesoni.pdfCita tipo Chicago:

Ciappesoni, Héctor Horacio. "Simulación numérica de la influencia dinámica de la Cordillera delos Andes utilizando un modelo hemisférico de 3 niveles". Tesis de Doctor. Facultad de CienciasExactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 1980.http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_1631_Ciappesoni.pdf

Page 2: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_______——————v—

7

(WH1.11

Departamento de meteorologíaFacultad de Ciencias Exactas y Naturales

Universidad Nacional de Buenos Aires

SIMULACION NUMERICA DE LA INFLUENCIA

DINAMICA DE LA CORDILLERA DE LOS ANDES,

UTLLIZANDO UN UODELO HEKISFERICO

DE 3 NIVELES

Héctor Horacio CIAPPESONI

Abril, 1980

Page 3: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

mi madreA

:L

l'll'l'l'l'l'll'lll'l'll.

Page 4: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

“32.33313IBKTOS:

El autor desea agrufieccr al Ér. 1-1tcrVcr¿¿s por l“ dirección y el a¿oyo brindqdo par;C1518.

Al Dr. Kario N. Nuñez por las vwliosas

Karioesta

suge­rencias y discusiones, en todo lo relacionqdo con elmodelo desarrollado en éste trubcjo.

“1 lic. Hugohordij con quien el ¿utor traba_jó en pirte de la programación del modelo utilizado.

El autor desea arrsdecer tugbién a la DirecÉ, v _ación General del corvicio ïeteorológico Racionil, por

el apoyo brindado para la obtención de lss fscilidqdesde computaciónreiueridas, durqnte el desarrolloinvestigición.

de la

Page 5: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

En este trabajo se ha desarrollrdo un modelo He­misférico en coordenadas x , y , p en ecuaciones pri­mitiv;s, para simular el flujo atmosférico en presencia dela cordillera de Los ¿ndes. El modelo utilizado es una versión modificada del modelo Mintz y ¿rakawa y en este caso

se “a aumentadola resolución vertical, al considerar 3 niveles. Las ecuaciones son escritas para una atmósfera se­ca, adiabática e hidrostática y son incluídos los ténninosde difusión.

El sistema de ecuaciones modela 1a cordillera de

Los Andes, mediante la utilización de un eSquemanumérico,que consiste en obturar el flujo perpendicular a una paredideal que representa la orografía. Esta pared está consti­tuida por las caras laterales de algunas de las cajas quefonnan el recinto de integración del modelo.

Se estudió la energética del modelo y se verificóla consistencia del mismo. Se analizó el campode presiónen superficie tomando en cuenta experimentos con y sin cor­dillera.

Los resultados señalaron que la columna de aire asotavento del obstáculo es más inestable que a barlovento.Por otra parte, se comprobóque la presencia de la cadenamontañosa interpuesta a un marcado flujo del oeste, favore­

Page 6: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

ce el descenso de presión a sotavento de la misma.

Por último, se comprobó que una reducción de la

restricción sobre la obturación impuesta al flujo, no implica una reducción de los efectos sobre el flujo atmosféricode magnitud equivalente.

Page 7: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

3.

5.

I N D I C 3

CONSIDERACICNES GÉHÉRnlES . . . . . . . . .

1.1 Introducción y Revisión Bibliográfica .1.2 Objetivos de este Zstudi: . . . . . . .

XCDLLO UTILILADO . . . . . . o . . . . . .

2.1 Ecuaciones del modelo . . . . . . . . .

2.2 Elección del reticulodo y del ESquemade Diferencias finitas . . . . . .

2.3 Integración temporal y filtrado de lasJondas Gravito-inerciales . . . . . . .

2.4 Condiciones Iniciales . . . . . . . . .

EXPERIMENTACICN NUEERICA . . . . . . . . .

3.1 Estado de Referencia . . . . . . . . .

3.2 Consistencia Energética . . . . . . . .3.3 Inclusión de Orografía . . . . . . . .

3.3.1 Experimento N0 1 . . . . . . . .

3.3.2 Experimento N0 2 . . . . . . . .

RESULTADOS CBTEÏIDOS . . . . . . . . . . .

4.1 Campode presión en superficie y movi­mientos verticales . . . . . . . . . .

4.2 Estabilidud del Flujo ¿t:osférico . . .4.3 Divergencia y Energía Cinética Total .

CONO USIONES Y SUGERENCIAS . . . . . . . .

5.1 Conclusiones . . . . . . . . . . . . .

5.2 Sugerencias . . . . . . . . . . . . . .

13

19

22

25

25

28

31

31

37

39

39

59

62

66

66

68

Page 8: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

CAPITULO l

CONSIDERACIONES GENERALES

1.- Introducción y Revisión Bibliográfica

Es un hecho conocido que el estado de la atmósfera esafectado por las condiciones de la superficie de la tierra. Enlo que concierne al movimiento en gran escala, éste es influen­ciado por la distribución de los continentes y océanos, y porotro lado, por la orografia de gran escala de la superficie te­rrestre. En el primer caso, la influencia sobre el movimientoes térmica y se debe al contraste de temperatura del aire sobrelos continentes y los mares. En el segundo caso, el efecto so­bre el movimiento es de naturaleza puramente dinámica. Algunos

investigadores han mostrado que barreras montañosas de dimensignes considerables, tales comolas Rocallosas y la cadena del Himalaya, juegan un rol importante en la posición de vaguadas ycuñas semipenmanentes de altura en el flujo de los oestes. Losargumentos esgrimidos son basados en observaciones que muestranque ciertas características de los flujos medios en altura, nose modifican estacionalmente a pesar del cambio de signo del gradiente térmico continente-océano, entre el verano y el invierno.

La existencia de una cordillera como la de "Los Andes"

que se situa en fonmacasi meridional a lo largo de todo el te­rritorio sud-americano, confonna en realidad un verdadero obstá­culo que se interpone al flujo atmosférico y cuyas dimensionesson tales que hacen posible su representación en una escala ¿lgbal. Las interacciones entre el flujo atmosférico y éste obstá­culo, son de tal naturaleza que sus efectos debieran apreciarse

Page 9: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

a través de todas las variables meteorológicas a escala sinóptica, en gran parte de la tropósfera.

A partir de la década del 40 se inician los estudiosteóricos tendientes a explicar el comportam;entcdel flujo at­mosférico, en presencia de obstáculos orográficos. Sin embargono seria aventurado afirmar en estos momentos que el problemade la predicción hidrodinámica del tiempo, inicie una nuevaera a partir del advenimiento de las computadoras electrónicasde alta velocidad. Los logros alcanzados en ésta línea se ponende manifiesto a la luz de numerosos trabajos gue nc pueden enu­merarse en su totalidad, aunque a modode ejemplo pueden citar­

se los de Charney y Eliassen (1949), Phillips (1951), Smagoringky (1963), Mintz (1969), Arakawa (1966), Shuman y Eovermale

(1968), Kasahara y Washington (1967), Kurihara y Holloway (1967)y Hansbe y Holloway (1971).

Entre los distintos trabajos desarrollados para mos­trar que las montañasafectan las características del tiempo,el clima, la precipitación en sus vecindades y que generan áreasciclogenéticas a sotavento de las mismas, podemoscitar a Klein(1957) y Reitan (1974).

Bolin (1950) extendió los estudios teóricos con flu­jos estacionarios de Queney (1948) que mostraron que un obstá­culo de las dimensiones de las montañas Rocallosas, genera onadas a sotavento en escala sinóptica. Los resultados de Bolin señalaron la influencia de las montañas del Hemisferio Norte so­bre los oestes de latitudes medias. Este autor utilizó en sutrabajo el modelo bsrotrópico de Charneyy Eliassen (1949).

Kasahara (1966), utilizando un modelo barotrópico en

Page 10: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

hforma euleriana, mostró que en el caso de condiciones inicialescuasi-geostróficas y solución estacionaria, la presencia de montañas interpuestas en un flujo del oeste produce un tren de on­das largas. Este mismotren no fué observado por Kasahara en los

exnerimentos en que adoptó la aproximación del plano /5 , he­cho 1ue permitiría inferir la importancia de la Variación delparámetro de Coriclis, en la formulación de hipóstesis para es­tudios de ésta naturaleza. El tren de ondas generado, respondióa las características de las ondasplunetarias estacionarias,tales comolas que se obtendrían a partir de la teoría de Rossby- Harwitz. Por otra parte los experimentos con flujo del esteno mostraron la presencia de un tren de ondas asociado.

Kasahara y Washington (1971) utilizando un método queles permitió incorporar la orografía al modelo del NCAR(I),mostraron que el efecto de las montañas sobre los mecanismos detrans¿orte de cantidad de movimiento, vapor de agua, calor yenergía en función del estado zonal medio, ¿uega un rol menorcomparado con el efecto de continentalidad. Sin embargo, en losasgectos regionales de la circulación general. los efectos de laorografía son marcadamenteimportantes. Estos autores sugierenestudios que tiendan a delimitar la importancia de los efectostérmicos y orográficos.

En 1974 Egger publicó un trabajo con los resultadosde una experimentación numérica, con el objeto de simular la

(x) National Center for Atmospheric Research

Page 11: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

ciclogénesis a sotuVento de una cadena montañosa. La técnica egpleada por Egger consiste en calcular la ecuación de vorticidady divergencia, en los puntos del reticulcdo que se encuentranen la zona ciclogenética. Para ello la zona de experimentación

elegida simuló la cadena montañosa de las Rocallosas y el continente de Groenlandia. Las conclusiones a las que éste investigador arriba, es que la advección de vorticidad en altura no tie­ne nmportanci: en el descenso de presión en superficie, en elcaso de lus Rocallosas. En el caso de Groenlandia, la vortici­dad contribuye al descenso de presión en la parte final delproceso.

Manabey Terpstra (1974) estudiaron los efectos de lasmontañas en la circulación general de la atmósfera, a partir deuna serie de experimentos numéricos con un modelo que consideraalternativamente, la inclusión o no de orografía. El método deéstos autores, consistió en comparar ambas series exyerimentalesentre sí y con análisis realizados a partir de datos reales. Enprnrer lugar los resultados de estos investigadores, muestranclaramente que la inclusión de orografia permite representarmás realist icamente el flujo medic atmosférico, particularmen­te en la alta tropósfera y estratósfera. Puede observarse en latropósfera superior, la presencia de una vaguada estacionariaa sotavento de las grandes cadenas montañosas y una intensifi­cación del flujo del oeste al este de 1a vaguada. Estas caractgrísticas no se obserVan en el modelo que no incluye orografía.Por otra parte se observa en la tropósfera, un aumento en laenergía cinética del flujo básico a expensas de la energía ci­nética de las perturbaciones, cuando el modelo incluye orogra­fia. Además, los resultados de Manabey Terpstra revelan que laprobabilidad de ciclogénesis aumenta a sotavento de las cadenas

Page 12: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

montañosas, cuando estas se interponen a un marcado flujo deloeste. Por último, cabe agregar que los mencionados autores se­ñalan que la presencia de montañas afecta a los procesos hidro­lógicos, modificando el campotridimensional de advección de humedady alterando la distribución global de la precipitación.La introducción de montañas en los modelos, genera campos me­teorológicos más raalísticos que cuando las mismas son exclui­das.

Unanálisis espectral de las alturas y vorticidadesgeostróficas computadaspara distintos puntos de la región oegte del continente norteamericano y la parte este del océano Pa­cifico, fue realizado en 1976 por Puegle y Paegle. Sus resulta­dos espectrales mostraron variaciones horizontales, que los au­tores atribuyen a la topografía subyacente. Para alcanzar estasconclusiones, Paegle y Paegle recurrieron a la utilización deun modelo barotrópico simplificado de flujo sobre montañas.

Otro de los autores que utilizaron un modelo de ecua­ciones primitivas fue Trevisan (1976), adoptando comocoordena­da vertical la isoentrópica. Suponiendouna atmósfera seca, viscosa e hidrostática esta autora estudia la influencia de la orggrafía sobre la Íbnmación de ciclones. El modelo empleado fuedesarrollado por Eliassen y Raustein (1968) y en este caso Tre­visan lo aplica a un canal horizontal rectangular de 4000 Kmx5000 Kmde extensión, con seis niveles en la vertical. En el mgdelo se incluye una topografía no unifonne de forma gausiana,con una altura máxima de l Km. Los resultados muestran como con

una simple configuración que representa a un obstáculo orográ­fico (en este caso los Alpes y Pirineos), permite a los modelosde ecuaciones primitivas reproducir las características princi­pales del flujo atmosférico sobre montañas. La formación de ci­

Page 13: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

ïn

clones al sur de la barrera montañosa que Simula a los Alpes enel modelo empleado, es una de las características reproducidas.

Tal cono fuera señalado a terionnente, en esta intro­ducción no se ha agotado la consideración de los innumerablestrabajos publicados sobre el tema. Sólo se citan algknos de losmás conocidos, ya que una revisión exhaustiva en la materia, es­capa a los objetivos propuestos en este trabajo. Sin embargonopodríamos dejar de mencionar la existencia del sub-programa delGARP (x) , que considera el flujo de aire alrededor y sobre

las montañas. Este sub-programa den minado ALPEX(1979) , cuegta entre sus objetivos el determinar las características delflujo atmosférico sobre y alrededor del sistema de los Alpes,tomandoen consideración las condiciones sinópticas e incluyen­do efectos de ascensos forzados y efectos locales comoel Nis­tral,Bora y Fóehn. Otro de sus objetivos es estudiar los proce­sos físicos conducentes a la formación de ciclones, a sotaventode barreras montañosas y los mecanismos de su evolución futura.El proyecto ALPEXse encuentra actualmente en su fase inicial ypor lo tanto no se dispone aún de resultados. Pero el mismo po­ne de manifiesto la nmportancia que la colectividad científicainternacional, asigna a estudios sobre presencia de obstáculosen el flujo atmosférico.

(x) Global AtmOSpheric Research Programme

Page 14: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

1.2.- Objetivos de este Estudio

De lo expresado en 1.1., se infiere que casi la tota­lidad de los trabajos realizados par; estudiar el comportamien­tc del flujo atmosférico sobre obstáculos orográficos, se re­fieren a sistemas que corresponden al Hemisferio Norte. Pode­mos citar como excepciones a aquellos casos que emplearon mo­delos ¿lobales de circulación, en los cuales la orografía seve simplificada extremadamenteen su representación. Por otrolado los resultados muestran claramente que la inclusión de orggrafía, reproduce en los modeloscaracterísticas del flujo at­mosférico en las cercanías de obstáculos orográficos, ¿ue laomisión de éstos no permite obtener. Principalmente, la inclu­sión de montañas aumenta la probabilidad de ciclogénesis a so­tavento de las mismas. Además, las observaciones y estudios teáricos señalan que el flujo atmosférico de gran escala, está in­fluenciado por la distribución de continentes y océanos (efectotérmico) y por los grandes accidentes tzpogríficos (efecto di­

I .namico).

Por lo expuesto anteriormente, se consideró de interésrealizar un estudio tendiente a representar de una manera sufi­cientemente realística, el mayoraccidente orográfico interpues­to meridionalmente al flujo atmosférico de los oestes en el mugdo. Éste es el caso de la Cordillera de Los Andes, ¿ue no ha sido objeto hasta el presente, de exhaustivos estudios que puedandeterminar su influencia en 1a atmósfera.

De los dos efectos antes señalados que influyen sobreel flujo atmosférico (térmico y dinámico), se estimó conveniencte aislar los mismos con el objeto de un mejor conocxmiento dela orogrufía, sobre la circulación atmosférica. En consecuencia

Page 15: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

L

L .Len 95,9 trubijo, se tr404 de poner Se anifiasto los efectosdinámicos (Cordillera), aislándolos de todo otro tipo de pro­cesos físicos tales comoel calentiniento fiiferencial.

Si se tiene en caent: ¿ue la ¿rgentind se encuentraa sotiv-nto de la Cordillera de Los Andes, es inmediato recongcer 1:5 ventaj s ¿ue un est¿dio comoel presente otorgará parael pronóstico e corto plazo (43 - 72 horrs). Por últ mo, no pgdríqmoo omitir Aquí le importonci» 1ue un estudio de éste tipo,tiene en 1' planifiCución económicgy en el des rrollo agríco­¡.1a ¿in.dero, idenás de estar enouudrado dentro de proyectos in­

He necionules conoideradoo prioritirios comoes el uuRPy sud­ rsub-progrdma ALPEX.

Page 16: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

CA'PI TULO 2

MODELO UTILIZA

2.1.- Ecuaciones del modelo

t-los exgerimentos nmuéricos que se describen en estetr_bujo, se llevan a cabo mediante la integración de una formadiscretizada del sistema de ecuaciones primitivas, en el cualla presión se hi tomido comocoordenida vertical. El modelo utilizado es una versión modificada del modelo de Eintz y Arakawa

(x) , y en este caso se ha aumentadola resolución vertical, alconsidersr 3 niveles en lugar de 2 niveles ¿ue emplea el msdelooriginal. Esta versión ampliada del modelo de Eintz y Araknwa,se Sesurrolli con el propósito de llegar a simular la circula­ción ¿eneril de la atmósfera para el hemisferio sur, teniendoen cuentü la presencia de un.obstá0ilo orobráfico comola Cor­dillera de Los AndeS. Las ecuaciones se escriben para una at­mósfera seca, adiabática e hidrostática y son incluídos lostérminos de difusión.

Se utiliza una proyección estereográficu polar y laregión de integración del modelo es un recinto cuedredo que cgbre el Hemisferio Sur. No se considera "sta¿gering" en elplano horizontal, es decir todas las variables son definidas enlos mismosguntos. En la vertical, ln única variable que no es

(x) Lunclois, W.E. 2nd Kwok, H.C.Ï., 1959.

Page 17: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-Jp _

definida en cl centro de las cuvus es lu velociígd vertiCulla “ue es definida en los borícs de las mismas (Figura 2.1). Laafiroxin ción hidrostític: nos 3er1jte eletir a la presión comocoorüennduverticgl.

lis ecuacisnes hidroiiním.cgs pura un flujo cucsi-horizontxi de 14 ¿tuósferd, toma;do :n cuenta la apro¿im¿ción hi­

uticu, pueden ser escrit s en lo signiente forma.

\a} Ecuuciones de movimiento

%%”=-div(,u.VI)- óagru. +(f+.f5)v- 3%+ K M4?) (2.1)

-%—Ï'=-d\v(qu)-'%«r-(?+?3)“'É—S+KÓL%%3 (9-?)

b) Ecuación de continuidad

BAL bar Bcn

BX+37*S—;50 (23)

c) Ecuaciónhidrostática

¿a _'57; * °‘ - 0 (24)

d) Ecuación tennodinámica

acth’uact +m, ¿(CET)+mé_C_Cd)_¿m=0 (2.5)at ax ¿y a?

Page 18: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_’

e) Scu;ción de Estado

i P'Jl11.°L—°=0

- 11­

(QA)

Los símbolos y letras espland s en las ecu;ciones an­teriores son lis 'cuales en meteorología:

e)“ T ­<l

temperaturu potencial

vector viento cuasi horizontal

componentes zonal y meridional de

velocidad vertical

geopotencial

purámetro de Coriolis

corrección por esfericidad

radio de la tierra

coeficiente de difusión

presión

volumen específico

temperatura

Calor específico a presión constante

constante de los ¿uses ideales

Page 19: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-12­

Ï =.E_CP

F; = 1000 mb

dh¿ — divergencia en un: superficie isobárica

Combinandolas ecuaciones (C.4) y (2.5), nos conduceuna expresión de diagnóstico pera el cálculo del geopoten­c,

EL. __cf,e (an)

Usando6:3? y la ecuación de continuidad (2.3),se obtiene una expresión de pronóstico para 65 :

b_e r _ a-w.(6V) - a ua e (2.5)aL T;

De la definición de “J en superficie, surge unaexpresión de pronóstico para la presión en superficie:

Mi, = w5-V5. cama P5 (2,9)at 2:0

Si se especifica el Valor de k , como función delas variables dependientes o independientes y se dan las condi­ciones de frontera adecuadas, el conjunto de ecuaciones (2.1),(2.2), (2.3), (2.7), (2i8) y (2.9) forma un sistema cerrado.Las cuatro ecuaciones (2.1), (2.2), (2.8) y (2.9) se utilizan‘zra calcular la evolución en el tiempo de las vuriables "his

Page 20: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

y

_ 13 ­

tóricas" ¿a , m- , e- , Pg. , a partir de un estado inicialdefinido pera las mismas. Las dos ecuuciones restantes del sis­tema cerrado, son de diagnóstico y permiten obtener los valoresde u) y Q para cuda paso de tiempo, en función de las va­riables históricas pronosticadgs.

FIGURA 2.1

u>1;0Z

ñ=2°°m5-—--- - —- - -r=4— - - - -——-U.,V.,6.,.

LOJA7.

P,.520mb---——-— --K-2.- ———-— -­

wz;

Q=Mflmb —— — — —— — ———-—%5————— —— _- -0

P3995 “’312'957.

DIJCRETIZACION VERTICAL DEL MODELO

2.2.- Elección del reticulado y del Esquemade Difer;nciafinitas

En este trabajo se ha elegido comoesquema de dife­rencias finitJS, el llamado método de las cajas (box method),pera ser aplicado a las ecuaciones escritas en el sistema de

Page 21: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 14 _

coorden,d;s K , y , p ., sobre el pldno estereogríficopol r. Se define una malla tridimensional (‘¿, J; k.) cuya es­tructura horizontal en cada una de las superficies isobáricas,está definida por un recinto octogonul de 505 puntos quidis­tantes en el plano de proyección (Figura 2.2).

La distancia 4- entre dos ¿untos de intersección enel ¿l1no horizontal, a lo largo de un pardlelo, corre3¿cnde auna longitud sobre la esfera terrestre de 1060 Kmen el polo yde 530 Kmen el ecuador. Tal cono se señaló anteriormente, to­das las variables son definidas en los puntos de malla tridi­

meneional («¿,J, k) , con excepción de la velocidad verticalen coordenadas o , que es definida en los puntos (¿,lá ¡kgáSe considera al dominio tridimensional fonmudopor cajas cuyas

secciones horizontales s,n cuadrados de lados 4/;nï y cuyss

secciones verticales son rectángulos de lados aVM,” y AkP(Figura 2.3). En este caso nnLS representa el valor del fac­tor de escala en el punto (Il-,3) , mientras ‘ue AkPa Pk-yl­-Fk_¿ representa el espesor de la caja considerada yzes

constante para las dos capas superiores. Estas cejas se distri­buyen de tal forma, que sus centros coinciden con los nodos dela malla tridimensional. Siguiendo a Bryan (1966) y a Kuriharay Holloway (1967) se representan los operadores diferencialespor aproximaciones en diferencias finitas, tomando en cuentaque las ecuaciones (2.1), (2.2) y (2.8) se combinan con la ecugción de cont_nuidad, de tal forma que los términos de advecciónaparecen bajo la forma de una divergencia tridimensional. Estaúltima expresión es de facil representación en el método de lascajas. Amodode ejemplo se representa a continuación el flujoen diferencias finitas del vector aÏV , saliente de las carasde las cajas:

Page 22: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

o

-15­

FIGURA 2.2

5 5 7 9 u n ú ¡1 ¡e u«55

MALLA HORIZONTAL EMPLEADA EN EL MODELO

Page 23: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-16­

FIGURA. 2.3

<—— mn‘J

_ _ _ _-_ _ -_K¿;‘

¡(+1

CORTE VERTICAL DE UNA DE I.-_—.SCHJAS DONDE SE

21331333A LA DISTRIBUCION DE VARIABLES.

div. 057 <5.. =rn .2 CL _ _ . __ +

Ll-a’k()+ ¿«:Mk ( ¿+35 0.4.-]? )¿_>á

‘V' ar. 1 — , __0.. —- _ + 1 w e — u.) e ­

+aa+3 (m)á+1/g 3’72 (m)A-1/¿ ) Akp < k+yz k-H/z K-I/z ¡g-é)’

donde bd+1fi=h+25°m yd: 453,3: , salvo Para los índicessituados en los bordes en los ¿ue se admite que la frontera éx­terior del dominio es un muro lo 1’..ng del ecuador, donde elviento nomel es nulo y se caniple la siguiente condición:

Page 24: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

J

_ 17 _

/ -—>

í Z. div. (av) ¿2. :o (2.10)

Siendo 0‘ el incr mento espacial Ax: A7: cl . Enla vertical, se supone que en límite superior FD = 40 mb ,

debe cumplirse que wii)í = O , condición -ue actua sobre elI l

línite inferior (P: Eb de forma tul que verifica:

a

E. 54-,”(me) 6;,“ (P) = m¿¿b 9¿¿sk:1 ¿¿¿k KF)

Los términos correspondientes a gradientes horizonta­les se uproxirnan utilizando un asiquean centrado, tal comose in_dica e continuación:

M=mjá (55¿+1¿‘k—9643-4¿k\¿¿¿k(>‘) Q

¿41ng mcá (7¿¿+1k—.<;ó¿¿-1\<)¿¿¿\< (y) «¿a

con excepción del borde exterior dende se ¿proxima utilizandoun esquemaasimétrico del tipo:

c5¿'k(9 :m- 9t>¿1-—<,ó¿k_¿ \.¿ + KÁ¿¿K (x) 2.4 á 3 A )

Page 25: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

El esquema de diferwncias finitas elegido cumple conlu condición integral de que la divergencia total sobre el re­Cinto es nulu, es decir, expresado en sumatorias:

(vb?! %má¿á(¡‘15+ cin/¿á V)_°_l:_Á:o (2“)

Caberecalcar a;uí que en la ecuación (2.8), el tér­mino “¿vectivo debe ser calculado p;ra Ih=3 , definiendo un campo de temperaturas potencial en superficie cuyos valores coinci­den con aquellos de la capa más próïima al suelo, es decir:

.. _ - ,\sus _ "9‘15 (2 2)

Al resolver la ecuación de la tendencia (2.9) y lostérminos de edvección en las ecuaciones (2.1) y (2.2) aplicadosal nivel inferior, se hace necesario conocer el campode vientohorizontal en superficie, el que es definido igual a los valo­res del nivel más próximo:

—’ _—’. 2.15VHF _ v,“ ( )

Las expresiones (2.12) y (2.13) surgen como consecuegcia de la condición que la energía total del sistema, debe con­serVarse también para las ecuaciones discretizadas. De esta ro;

. . _ . Ima se ¿segura la con51stenc1a para el esguemu de resolu01on elggido. De (2.10) y (2.11) se infiere que:

*'ó ¿t “WCA

Page 26: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

1 p

- 19 _

La condición anterior implicu que la masa se conservadurante lu integración de las ecuaciones del modelo. En cuantoa la energía totil, la misma decrece levemente a medida quetranscurre el tiempo, debido a li presenci: de los términos dedifusión de la fornay (2.2).

K. ¿rad (div ÏÏ ) expresados en (2.1)

2.3.- Integración temporal y filtrado de las ondas gravito-inerciales

Se eligió un eSQuemade integración centredo para lasecuaciones de pronóstico, salvo en el instante inicial que seutilizó el eccuema de Matsuno (1966) (Euler - Backward). El es­¿uema centrado puede ser representado como sigue:

me(m: w w¿i

se define:

(Lay(xl): .1. (‘1U(X¡LyÁE\I_W(Xlt-AL))

donde W

del modelo y es posible calcular:es cualquiera de las variables de pronóstico

x}:(x ,L un) = «P(X,\:-AE)+ ZAE-Áï.’ (x‘L)

El tiempo de integración ¿xt empleado es inpuestopor la condición de estabilidad lineal y en el c¿so del presen­

Page 27: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

----‘_-----_-­

-20­

te modelo ¿se = lO minutos.

La incluSLón de los términos de difusión tiende a

evitar lu am;lificación de las ondas cortas, correspondientesa longitudes de escalas menores que la resolución espacial elegida para el modelo. Pero por otro lado, la elección de un es­¿uemacentrado para resolver las ecuaci nes discretizadas, esincompatible con la condición requerida de estabilidad linealpara la ecuación de difusión. Por lo tanto, cuando las ecuacio­nes a resolver contienen simultáneamente términos ¿dvectivos yde difusión comoen el presente estudio, es necesario recurrira esauemas de compromiso que aseguren la estabilidad computa­cional para ambos términos. En nuestro caso se usa el esquema

centrado, evaluando los términos de difusión en el paso de tiempo anterior al correspondiente a la integración, en tanto ¿uelos términos :dvectivos se calculïn para el paso de tiempo dela integración. Éste criterio asegura la estabilidad comjuta—cionnl (Haltiner, 1971).

És un hecho bien conocido que el e quema temporalcentrido (leep - frog) presenta dos series de soluciones co­rres;ondientes a pesos de tiempo pares e impores. Para lograrel acople de lds soluciones, se interesla cxda 6 ho: s de inte­greción del modelo un esquema Matsuno.

Par; la exgerimentución numérica del pre ente modelose ut liza un est do inicigl _ue se encuentra ¿eostróficamentebalanceado, tal comose verá en el _unto 2.4. Él bal4nce ¿eos­trófico comoestado inicial en los modelos de ecuaciones primi­tivas, no elimine totdlnente la generación de ondis de gravedadinterna debido a lu pe;ueñu divergencia del viento :eostró’ico.Respecto a estus 3nd s inercio-gr vitatori s, es conoc'da la

Page 28: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 21 _

existenci. de algoritmos de integración temporal que poseen laproyiedad de amortiguur las ondas, como por ejemplo el esquemade Éuler :ue fuera empleado por Kurihara (1965). Sin embargoestos eaguemns son selectivos en frecuencia y no permiten amor­tigusr convenientezente todas las ondas de gravedad interna,las cuales gueden tener frecuencias muybajas. Sadourny (1972)propuso utilizar en la ecuación de movimiento un término de di­f‘sión de 1; siguiente forma:

Big = + k ¿me (div. (.214)

donde k; tiene dimensiones de un coeficiente de difusión. Aplicando los operadores de divergencia y rotor a la ecuación (2.14)se obtiene:

b_(div.V): . . ..\.K V2 (¿KV.V) (215)3+.

En (2.15) el campo de velocidad corresponde sólo a lacomponente¿ivergente del movimiento. ¿ïlicgndo el rotor ageSb_(\'0tv):.. -+O

¿t

Sólo 11 co:¿cnente divergente del viento se zortisunen tanto 1u: l; congonente rottcion l, LucCurecterisa el pri­mer orden del :ovimient: ,eostró?ic3, Fezmtneccs'n r zificrr­se. El término represenuj de un; maneraartificiil la disipa­ción de energí; 115 de e la ¿ener ción de torbellinos turbulen­tos debido s 1:5 ondas inercio-gravitscionules. Él efecto de

Page 29: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 22 _

éste se a nifiesta comoun factor de filtrado de estas ondas,cualquiera seu su frecuencia. Éste factor ya hu sifio ut;lizadoen la generación de un estado de referencia e introducción ¿edatos no-sinópticos por Hordij, Ciappesonhïabreau (1973), refe­renci: ¿ue {uede ser consultada para mayores detslles del mode­lo empleadoen este tr bajo. Por lo dicho anterionnente, el jtérmino de difusión groyuesto por Sadourny se splica a las ecugciones (2.1) y (2.2) para lograr un control efectivo sobre lisondasgravito-inerciiles.

2.4.- CondicionesInicialcs

Comocondición iniciul se utiliza un estado de refe­r;ncia a gnrtir de un; s_mulación de un campo¿eo;otencial, ge­

.r . . .- ' -' . -,a. .1 ,\ .-- .. ,....nersdo -or una func1on sinu501lul que reyrouuce uPrO¿_E4dGu9n­te los valores climatológicos de lzs alturas isobáricas repre­sentudas en el modelo. la función es definida comosigue:

290?.Á )= (AZE)P— Á? Seníf + AT: sen7\ Sage (2.16)

donde 50 = latitud, A = longitud y:

(Aze) = 12.375 mgp para F: 200mb y (p =ooeco

(¿2.9520 = 5.¡‘.Sr',5ms¡, para P = SÏJOmb y so = 0°

(Aze)e4o= 1.525 mgp n F: 3.4.0¿lb y (,0 = 0°

A 200 = 1.000 para P: 200 ZlbA520 = {300 mgp para P: 520 mb

A640 =. 400 mg? para. P: 340 ab

Page 30: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

IIIIIIIII'IIIIIIlllIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII|l.Ill|||lll|..|ll.ll.ll|

- 23 _

Á" 20° = 160 mg? para 9: 200 mb

me,“ —_ 120 mg? para F: 520mb

A*84o a 80 mg? para F: 840 mb

URLvez obtenido los geopotenciales y con 1a ecuación(2.7), se c;lculan los camposde temperatura ;otencial. Porotro lado, utilizando la aproximación¿eostrófica, se calculael campode velocidades en todos los niveles del modelo. Ini­ciilmente la presión de s_;erficie se supone constante e iguala 1000 mb, de tal forma de permitir que el modelo ajuste loscam;os de masa y vientos en los sucesivos pasos de integracióntemporal. La Figura 2.4 muestra la distribución de la presiónen sugerficie ajustada por el campode movimiento, para el ins­tante iniciel.

Page 31: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

CAMPO DE LA

V? A¿“IL”­

-24­

FIGURA 2.4

Doo PS

PRESION EN SUPERFICIE

EL ESTADO INICInL

Page 32: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

- 25 _

CAPITULO 1

EXPERIMENTACION NUMERICA

3.1.- Estado de Referencia

Utilizando las condiciones definidas en el Capítulo2, parágrafo 2.4.-, se integran las ecuaciones del modelo paraun período de 15 días. Esta integración se realizó con el do­ble pr0pósito de generar un estado de referencia y controlar elcomportamiento energético del modelo. La condición inicial dadapor li expresión 2.16, determina un flujo básico ul cual se lesupergone una perturbación de número de onda 5 en el hemisferiosur, cuya máxima amplitud se encuentra sobre los 45° S y decre­ce husta unulirse en el Ecuador y en el Polo. El numero le cn­da elegido (5 ondas), responde a la necesidud de evitar la ten­denciu del presente modelo a favorecer el desarrollo de 4 on­das hemisféricus. Éste hecho se observó en anteriores experi­mentos realizados por Hordij y Ciappesoni, cuando se eligió cgmo condiciones iniciales las correspondientes a un flujo zonalde onda o, con inestabilidad baroclínica. Se estima que éstaparticularidad es una consecuencia del recinto ¿e integraciónutilizado (cuadrado). las Figuras 2.4 y 3.1 representan el cqgpo de presión en superficie para el instante inicisl y para eldía número 5 ¿e integrución, respectivamente. De la compara­ción de las n-smas y del análisis de los est dos intennedios,surge clarazente ¿ue lis ondas se desplazan a VQlOCidáíÜScom­

prendidas entre 10° y 15° por día. Estas velocidades se corresponden con las velocidades de las ondas d lossby.

Page 33: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-26­

FIGURA 3.1

CAMPO DE PÉBSIDN EN SUPÉRFICIE ¿L CJBU DE 5 DIAS

.ñ ‘x" 7/1 tn n“ "TT " “1??D2; .L¿\-..u1uv un 4.1.1.. “0.1.1.1.;

En la fiLura 3. se ha r presentudo 1: v tinción dee

2 e

la presión en ru¿erf1ci (É) , a lo 12:50 de un meridi.no -1­jo (A = 455W) , i¿r ¿Le el ;eríoío de integr ción de 15 sí s.Los resultados de l 3.;ulxción numéricw, muestran ¿ue el c;z­po de presión en ¿ayerficie generado yor el modelo, se iienti­

Page 34: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FIGURA3 .2

-27­

lo+995©°ms

100

.13.100°95

99°915

Jo.904D03.D35’54D55D65P°A7Pmfi‘“.2"A5"4"55v

33‘sIl1g15

VARIACIONDEI.C.-J.IPODEPRESIONENílïPÉ'JRFICIEALOLA'EGODEUNMERIDIANO

DURANTEELPERIODODEII‘TTÉGÍLLCIONDE15DIAS

Page 35: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-28­

ficc satisf;ctcritmente con los camposobservados en el hemisferio sur. Este hecho corrobora la bondad del modelo, p;ra simu­lar las car cterísticas princirales de la circulación atmosfé­rica.

los resultados de la integracidn numeric: para el es­tado de referenci; (es decir, sin inclus;ón de orografia), muegtran valores del campode movimiento vertical comprendidos en­tre i 1.mb/hora. Tambiénse calculó la raiz cuadrada de la su­ma de los cuadrados de la divergencia para cada nivel, con elfin de coupernr estos resultados con los correspondientes a losde la divergencia :edia de la escala de trabajo considerada. Seencontró que el orden de magnitud de la divergencia calculadapor el modelo durante todo el período de integración, es menor,

. —o -1 . .en todos lOs niveles zue 10 seg (divergenCi: que corres­ponde a la e.cüla sinóptica). Lo señalado anteriormente tseguraque el modelo regroduce camposmeteoroló¿icos, ¿ue :uestrfln lascaracterísticas básicas de la circulación ¿tmosférica.

3.2.- Consi:tencia Energética

El sistema de eCuLciones discretizado constituye una. .I . ,1 F 'f.‘ .¿=‘q._r_¡fi_‘__aprox1m3010n conSistente para las eCúuClbnGSn_diodin-a_c n y

por lo tanto cumgle con condiciones integrales de energía. Tstoes de 51m: in_ort;nci , ¿or cuanto 149 ¿ntevrsles de energía

i purtir de lns ecu;cicnes integrales de energía de Ïintz —¿rikawa, los mismas pueden escribirse en for d discreti ud: ¿arael gresente modelo como si¿ue:

Page 36: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 29 ­

E ¿ v? VÏ)A +V’- A (3.1)k: Q 7ï'+?r P —ÉL Es

_ .2EP+I‘ É CF (61+92)AF+CF65AF5 (3 )

donde:

Eh = energía cinética total

¿s? = espesor de la capa considerada (constante enlas 2 capas superiores)

¿Spa = espesor de la capa definida entre superficie y6:0 mb

yq)x@<J5 = viento horizontal en los niveles 1, 2 y 3J

6%)Cïzgab= temperatura potencial en los niveles l, 2 y 3

ng+1 = energía potencial más energía interna.

Las sumstorias en (3.1) y (3.2 se calcal:n sobre to­do en el recinto de interración R .o

H.4-n la Tabla 3.1 se han computado los cocicntes entre

la energía totel del sistema para cada ¿eso de tiemgo, con regpecto a la energía total inicial, sin tomar en cuent: la difu­sión. En otr;s pelsbr;s, no se considera en éste cx epresencia de fuentes ni sumideros. Analizando los valores tubu­lados en 3.1, se )bserva ¿ue la variación de 12 en rgía tot;lentre el instgnte inici l y final es menor ¿ue lO . T :hién

Page 37: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-30­

DI EPT ET ETO

""6 o 1

l 144 0.9‘737

2 288 0.9,997

3 432 0.99997

4 575 0.99997

5 720 0.99996

5 860 0.9"995

7 1008 0.99996

8 1152 0.99995

9 1296 0.99995

lO 144o 0.99994

g 11 1588 0.93994

l? 1728 0.99994

13 1872 0.99995

14 2016 0.99995

á 15 2160 c.99995

Page 38: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 31 _

en la Tubl; 3.1 se hnn computado los cocientss entre lu mas: totJl ¿el sintena par: cad; puso de tie"po j li masa inicial. Losvalores no muestrun v riucie GSdurnrte todo el período de inte¿rición.

De lo exgucstc anteriormente se infiere ;ue el esque­ma de diferencias finitas elegido para resolver numéricimenteel modelo, conserva la mas: ÉCÏLl y 1L energía total sobre eldominio, sin tomar en cuenta los errores de trunc;dc.

3.3.- Inclusión de Orourafía

Con el objeto de considerar la inclusión de la orogrgfía en las experimentaciones del grcsente trubujo, se llevarona cubo dos e mulucicnes numéricas. La grimera ‘e ellns germiteuna altura máxima para la cadena montañosa de 5.400 metros; lasegunda reduce el flujo a través de la mental: a la mitad. Acontinulción discutiremos lo; dos experimentos.

3.3.1. Experimento H0 l

La Cordillera de "Los Andes" es representada enel presente modelode forma tal que su distribución lati­tudinal, coincida con la distribución de Cajas o "boxes"a lo largo de la dirección meridional. Con el objeto devisualizar más claramente la representición de la cordi­llera, la Figura 2.1 muestre la ubicución del obstáculoen el plano horizontal. Comoguede observurse, geográficamente la cadena montañosa se extiende desde el ecuador haita los 57° de latitud sur, a lo l rco del meridiano 72°oeste aproximudumente.La altura míxia; de la cordillera

Page 39: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

¡m

_ 32 _

es de 5.400 entre los pgralelos 13° S y 26° 3. Para calculur 1 L difer.ntrs ¿Ituras del obstïculo orográfico, setiaf en cuenta 1: distribución de alturas de 1: cordillerade "Los Andes" a lo largo del merididno antes mencion do.Ü: la Figura 3.3 se h.r reñresent-ño las alturas sobre las­

c r“; lüteryles de las cajas o "boxes", a lo l rgo del:crilimnc ¿ue c incide con 1; uLic ción elegida pgra elcbst'cglo orogrífico.

FIGURA 3.3

4mb4 ¡ T’"""""""'T'-'_'í“‘"—‘ ‘——"5 29053 1 1 I 1 1 1 1 1 I 1 4 É

l ’ 7, l

3 l i I

l ' lI

I

| 03 cesu La; 4 : 4 09 os oa oe

i

I I l i__ - _ _._. _-__ _____4_____m_ -__' T i ' ¡

I 04 | i ! i07 i

s40 tu; “5 l t i !

| a ! i i_v 1 L4 ¿_J_Á, H IB l‘] 20 21 22 23 24 25

CORTE VERTICAL MERIDIONAL DEL OBSTACULO

INTERPUESTO DEL FLUJO ATMOSFERICO

Las ¿reus soubreadgs del dibujo regresentan enlas c;rus laterules, lqs zonas en las cuales no es per­mitido ningún ti;o de flujo nonmal a trqvés de estas ca­

Page 40: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

k

-33­

nus. Io: números en end; .ra de 12 *i¿ura 3.3, señalanel go:centcje ic flujo permitido u tr;vés del obstáculosimulado. Obviuuente, los Vulcres unitarios representan2Lflu‘o laterul del lOOfi (no hav obstículo). Los núme­

OJ u,._

ros nencres ¿ue uno indicun lu c ntii-d de flujo permiti­do en cud¿ ¿on , reSpecto del tot:1 ¿osible (sin obstácu­lo). Unarepresentación tr'dimensionyl de 13 iiealiza­ción ie la cordilleru en el modelo, se nuestra en la Fi­¿ur; 3.4. Ésta misa; figura nuestrn 1:3 caja: involucra­dus erJ la simul¿ción de lu c dana montañosa. Comose

mencionó en el cnpítulo 2, el plano horizontal está for­medo por un reticulaáo de 25 x f5 _untos, ubicíndoae la

ancrafía entre las column;s i = 12 e i = 13 yextendiéndose desde la fila j = 17 husta j = 25 ,inclusive.

Con el objeto ¿e gue el obstjculo puede ser introluciño en el flujo atmosférico :imul do ¿or el mofielo,

- _ ._ ,1. ,1.“ - . ‘.. /.. ....- -' «T.Sln pzovocvr ¿eiuuie Clones br ¿cms \ip.¿1c1on de onu-ode alt; frecuenciL), se condicion: le introducción delmismo en funciín 511 tiempo. Rwrv uïïo ¿e define un fun

ción del numero pasos de tiempo en el modelo (NET) ,¿e

que regula el crechaiento tem;or¿l de l; corñillnr . Deest; f 31x, 1:5 .1turus níximqu se :lcunnïn desgués deun. integración equivalente a 24 horas (144 p::os ¿e tie;po). És;uematica:ente, puede ro;recont r>3 la función co­mo sigue:

Tlujo = Ïlujo (l -‘4 )

(3131110 cx:Á (1- 144 )PT

Page 41: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FIGURA3 .4

¿IOml:

...200mb

360MB

.....520mb

-34­

640mb

340mb

Ps

1:15

¡:lZ

1:11

REPRESENTACIONTRIDBIENSIONIL'LDELELEQUEÏÜL‘LUTILIZADOPARASILIULI’AR

LACORDILLERADELOSANDES

Page 42: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

I

_ 35 _

Cuunfio XP = 14: , e( = l y le obstrucción

¿el Ïiujo Los; el v lor zi inc ccrrc3-0náiente a la cura

.. '. . 1-. r ,.' . ,. ,1s necee.:iJ rec.icur :¿“1, ¿ue el rroceuo ec.ncor¿or ción ¿e 1; oro¿r;ií- en o1 :cdelo, no cozienza‘ . , .., .L.; .1 - .-... ...-. ¿Á ,.....'..—v-| ¡n.eL. ‘¿e ¿e .lcjn¿d un vien¿o ee inuegxicien :_ci«uien­tu s ?4 hcv's. És decir, al i surrollo tengor l de la co;

I Idiller; se efectua durante la integr cien nunerica, ;uecorresponde al período de tiempo congrendiio entre el ¿ía1 (Im = 144) y el ¿ía-12 (EPT = 288). La! elección de dicho

interv lo de incorporición no es casu 1, sino Luc obedecetua 14 necesided de demorar la introducción . -. .+.-.r:

e 13. .404'lu;.r_-a,

1usta ¿ue el modelo logre el control ie las on; s de altafrecuencia, originados en 1; iniciilización. i: figure3.5 nuestra 1; Varieción ie 1- energí. cinétic: total delmoielo en función del tiempo, cu.ndo no se COLniüeri oro­;rgfía. Del :nálisis de dicha figure, se infiere ¿ue elmodelo se estebiliz; a partir de 1;e 24 nor s de integra­ciín. Las oscil ciones ¿ue se ob 3rv¿n en la curv: de laintegral de energía cinética, entre el inst nte inicial yel día l, señalan la presencia en el modelo de ondas dealta frecuencia.

La experimentación numeric“ del modelo con orggrgfía, se lleva a cebo a pertir del instante en gue selogran 1:5 alturns náxim:s de la Dont ña (día 2) y Se ex­tiende durmnte un tiempo de integr ción ie 72 horas. Di­

. . '1 . ’_cho 7nterVelo ocinc1de con el periouo en que li energiaFi­cinétic: tot_l decrece o ¿e mintiene const:nte (ver

Page 43: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

(HH)VIONHHHJSUHGoavmszTSVHVd

¡“.7vT.rnggkg

camu'IHCINOIONILI¿1.4'Ivmocnalumno‘KIuLn[grupq)”

t

0

AA

-35­

>“t.

73

“TÚ

¿tu

S °ïVHDDIJ

Page 44: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

- 37 _

¿‘ri 3.5), en el OutJdQde r fercncia. i partir del día5 1; fi;ura 3.5 señelg u :.rc do ;¿ncnto de la energíaCinética total, lo ;uc hace desaconsejeble extender laintegrución del modelocon :ro¿r;fía, más allá del quin­to día. El crecunientc untes mencion.do de la energía cinética total en ei estado de referencia (Í.R.) , obcde­ce a una intensifICeción del flujo zonil, que respondea dessrrollo de ondas no representadis por el reticulo­

ido. Si se toni n cuente que en el presente tre­bujo no se ha recurrido al uso de susvizadcs y filtros,con excepción de los seña ados en el Capítulo 2, es razgnable la existencia de perturbaciones de pequeña escala.Este fenómenonumérico podría ser selvado si se utiliza­rán esauemas de filtrado tales comolos discutidos porShapiro (1970), a expensas de un incremento consider4ble

de los tiempos de computación. las dificul‘ades en la ogtención de facilid des de ccmrutición, sumidas :1 riesgode llegar a afectar la solución esgeruda con un excesode filtrado, excluyó la utilización de este tigo de téc­nicas. Por lo tanto se adoptó como período máximo de in­tegración del modelo con orografía, el equiVelente a 120horas.

3.3.2. Experimento N0 2

En este segundo experimento con orografia seintroduce el obstáculo montañoso medisnte un proceso nu­mérico similar al descripto en 3.3.1., salvo ¿ue se re­duce a la mitad, la restricción imguesta al flujo sobrelas Ceras literales de las cajas que representan al obg

Page 45: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

f­ .

-38­

tículo. 31 proceso de reducir la restricción sobre el flgjo ; través de las cajas inferiores afectadas a la simu­lsción (Figura 3.3), puede interpretarse comounn reduc­ción de las alturas orogrific;s, :un¿ue no surge de inme­dtho una relación entre 1: ultwr: geométric: de las ca­jua y el flujo permitido a través de us mismas.

Page 46: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 39 _

CAPITULO 4

RESULTADOS CBTÉNIDOS

4.1.- Camcoue presión en sugerficic y movimientos verticales

En este ¿orígrafo se pr;sent3 y discute el conporta­iento de lu resión en superficie y los movimientosvertica­'d

HB es ¿socigdos, mediante el análisis de los resultados de expe­rimentos numéricos con y sin orografía.

Las Figuras 4.2 hasta 4.13 representJn los Camposdepresión en sugarfioie, duranue el proceso de incorzoración dla 0:0¿rLÏÍ3 en el ex¿erimento Ï° 1, durJnte el Qeríodo ¿ue v:desie la hora 24 (NET= 144) , hasta la tor; 48 (NPT = 283) .-as fi¿u ¿s ¿efi;l;dds se han ¿r ficado con resultodos obteni­dos cada 2 hor¿s y 1; región regresentidu en l.s uzsmus es unrectángulo con¿renïiio entre las rectas deten;;n ÉL; gor liscolumn:s i = 9 e i = 16 y 1-8 fil;s j“: 13 yj = 25 , del reticuludo (Ver Figur; 4.1).

Jl Cgbo3o lss dos ¿riner s L.r:: de integrtción du­rinte el proceso de incorpor;ción de 1: orogr fi: (Big ra 4.2),g eden ob erv rre 1‘ ¿resencii de un oe;:r3oeste de la coráillerd, un: Viguada .l o:

r-dienta iuobÏrico _umontial su: ¿9; oost culo. En est?zona SGJalïdJ no húy indicio de ¿ue ld circul cion ¿i'a siflo

. I fl¡lafactada to uVi . u

(Ds( att nism_ fi¿ur¿ guoie in

dencid del flujo atmosférico a desviurse Lici; el sur, evit n­do las muyores :Itur.s de la orcgrufíg. En 1.3 prtnur sdel ¿rocoso ¿e incorg ración, no ;¿3r3cen noïiïicucianas i:­

Page 47: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-40­

FIGURA 4.1

9 1113 1a(5

‘ l

u a

l l

o u

| .

o ll

l l

19 - - - - ——- -¡fï - h - - - —- -­. 0

l

| iI

' o

l f

15 . 3l

| l

l 2

a i

i i

| o

. l

' Io

J , :O

' a

l o

i l

i nn

REGION UTILIZADA PARA EL ANALISIS DE LOS

RESULTADOS DE LOS EXPERIMENTOS NUMERICOS

Page 48: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 41 ­

. .. . .. -. ., -' Y ..-,’.- a ,v. ..'­-ort ¿Las en le configurWCion le le :ro;_en en .u_ClÏlCle, :1- ..

se; ¿el obstÍculo. Sin emberrn n ‘ rloven'n y sotavento de laUv)

celen- ZJRÉKÏOSJse observa una intensificación de los siste­

mas, siendo ¿Is notorio el descenso de presión 2 sotuvento (Fi;¿r.s 4.3, 4.4, 4.5, 4.6). i pertir ¿e 1;¿ 12 hcr.3 ( NPT= 216)¿e incor o: ciín de le orografíu, Quedannot: se cono la altaA "J

. r .. . y . - .uresien e u rlovento migru h Ci- 3L sur I sotevento GPLÏOCG

un dosle sistem. de bujas presiones. A;;?entement3, el sistema‘ue se encuentre más ulejado ¿e la cordillera form; serte de

fi. I . ' A. . - - 'r)le con;i¿uraCien :1 ógt;ce gener;1, micnerhs _ue la big“ pre­n

sión crónjm; al obstácu‘o es une consecuencia dinámici del nis­.L

L! o (ver Figures 4.7, 4.8 y 4.9 . Tn 4.9, se advierte idem:que el sistema de alta presión se ha des_leeeáo z ïchlnentehaci: :l sur, intensificíndose li veo gue Silva el obstfculopor l- ¿onu de menores ulturus.

las c-racterístiCes sobres;lien-3s ¿ue sur-en de lasPicar s 4.10, 4.11, 4.12 y 4.13 son un; m rc;da tendencia de lebaji 'resión a ubiCurse muyprónrnd al oïztículo, e sotaventodel mismo. Por otro lado, la beja presión de sotevento ¿pareceretroceíiendo y con tendencie a extenderse adosándose a lo lar­go de las paredes del obstáculo. En cuanto a la configuraciónbásica el sur de la cordillera, lu misma¿parece signifiCLtiva­ente perturbada, en tento ¿ue el cnticiclón ha selVedo jrícti­B

camente el accidente orográfico.

De la comperación de este secuencia de figurus surgegue, a medidi que la altura de le cordill r; crece, la bajepresión de superficie a sot;vento se intensific: y recuesta so­bre la m.sma. Por otro lado, el Anticiclón a burlovento migrahaci: el sur, tr.tündo de selv r 1, pureí. Éstos hechos ¿uedencorroborirse unelizando lo: clmpos represent dos en las Figu­res 4.14 y 4.15 y coaparundo las mismas con las Figur s 4.7 y4.13. En la Figura 4.14 se ha representado el cempo de ire:iónen se‘erficie para el estado de referenci; (ER) , ul cabo de

Page 49: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

s.

FIGURA4 .2FIGURA4 .3

4010

¡NS1010 fi(a)

"¡5

(go

NPT‘15‘NPT160

¡005

¡“o"nio.

CAMPODEPRESIONENSUPERFICIE,CAMPODEPRESIONENSUPERFICIE, AI.-CABODE156PASOSDETIEéPOALCABODE168PASOSTIEMPO

Page 50: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FIGURA4.4FIGURAAq

4mms."¡Ü"Nmo

mo

-43­

¡0|

"'7150nar192.

CAMPODEPRESIONENSUPERFICIE,CAMPODEPRESIONENSYÏ‘JRFICIE, ¡LLCABODE180PASOSDE’l‘¡1LCABODE192PASOSDETIEMPO

Page 51: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FIGURA4 o6

.A[Ü

CÍLBIPODEPRESIONENSUPERFICIE, ALCABODE204PASOSDETIEMPO

FIGURA4 .7

nos¡“o

"10

-44

¿'­mm//’

'°°°'looo

¡No995

¡“9'995

un246

CAMPODEPRESIONENSUPJRFIÜJ5.3, ALCABODE216PASOSDETIEMPO

Page 52: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FIGUKA4 .9

FIGUELA4 .8

-45­

NPT2.2.6

CiuJPCDEI’ïZrJSIONENiiUPERFICI-I,CAIJÉODEPRESIONENSUPERFICIE,“L¿HBODE228PASOSDETIJu¡ELC.'\.BODE240PASOSDETIELÏPO

Page 53: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FICPRA4.11

FIGURA4.10

-45­

1°“C¡do

WH

N'T264

NPT252

CAMPODEPRESIONENSUPERFICIE,

CAFPODEPRESIONElSUPERFICIE,

ALCABODE264PASOSDETIEMPO

ALCABODE252PASOSDETIME

Page 54: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-47­

JOSVJ883HGOHVOTVOíHHILHQSOSVá9L3HGOHYOIV‘SIOIJHÍJHSNHMOISEHáHGOdHïO

OfiWflILSG

¡HIOIHHEJCNEHOISHUdEGOJHVO

9LI¿JHhan?Van

ect44Hol01nOIIIau!

3I°VVÉHDIJ

M

ít'VVHHDIJ

Page 55: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

l

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

-48­

FIGURA 4.14

CAMPO DE PRESION EN SUPERFICIE AL CABO DE l DIA

DE INTEGRACION, PARA EL ESTADO DE REFERENCIA (ER)

Page 56: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FIGURA 4 .15

CAMPO DE PRESION EN SUPERFICIE AL CABO DE 2 DIAS

DE INTEGRACION, PARA EL ESTADO DE REFERENCIA (BR)

Page 57: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-50­

y 1.3 column s i = 2 h sta i = 24 1 r: dos _ TOS de

EPT = 576

rs 4.1). Éstos pasos ie tiempo e¿uiv le: 3 43 hor-s de inte­t'e:_o determin.dos, NPT= 238 y (ver Figu­

¿r.ción ¿el modelo(cordillcru con altar“ nfxim'), en el pri­mer coso y a 96 horas de integrnción en 31 ue und c so, es

decir, ¿3 her s desgués ie ¿ue el obstáculo “lc.nzó la alturanfïina. En la Fi¿ur: 4.1, sc ve ¿ue le ubic ción del ob:tácu—lo está com;rendida entre 1;: column.s i = 12 e i = 13.

Ia Figure 4.16 pone de m:nifi:st; el m;rc:fio descen­so rel tivo de la presión en SLperficie en presencia de la orggrefía. Ée observa adenís en est: fi; r;, ¿ue la presión en elexperimento N0 1 e sotavento y barlovento del obst‘culo, novuelve'e tomir los valores del esta‘o ie eferencii. Éste re­sultado es inde endiente del názero d

rvilores utilizados ¿ara

rcn01; encontr de ese

obtener el promedio móvil y 1: única difeque ; m yor número ¿e valores, mayor es el sunvi ado de la

curva (FE-F@). ll Cabo de 48 hor s (Figure 4.17) persiste laconfi¿'rsción ¿ener-l de las curvzs, Eun;ue ¿perece un aumen­to de presión relativo con respecto al estado de referencia, abarlovento de la orografía. A sotavento ¿e la misma el descen­so de presión es aún más notorio y cl mínimo de las cu:v¿s seha desglazado al este ¿e le cordillera. Ésto último, sugiereun desplazamiento y profundización ¿e l” baja presión a soto­vento en la dirección del flujo 48 horas desvué: ¿ue 1; cordi­llera alcanzó su máxiur altura, en rqlLCíóï el flujo ¿ rmitidou través de las curas laterales de las cajas.

En las Figuras 4.18 y 4.19 se he graficldo l; veria­ción de le diïer noia de presión en sugerficie entre los valo­

res :‘=e E y BR (PQ-PR) , como función de l; latitud y

Page 58: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

x

_ 51 _

corrob r.r¿c analizando los camgosrctrescntndos cn las Figu­r s 4.14 J 4.15 y co:¿arundo llo aism.s con las Figuris 4.2 y4.13. Tn l; Tigurc 4.14 se ha re¿resent3do el campo de Presiónen 3u¿erficie pura el estado de referencid (3.3.), al cabo de24 horis de integración (KPT= 144) . Éste puso de tiempo Coincide con a iniciación dei proceso de incor;oroción del obstácglo e: el c:_erinento 7° l (El) . Tuede inferirse de la comp:­ración de las Figuras 4.2 y 4.14, ‘ue el -nticicl'n de 1025 mben ER se :nteno‘fiCu (1030 mb en El ) e inicio la migración\

par: Silver el obstáculo. La Figura 4.15 represent: la presiónen su3erficie para BR, al cebo de 43 horas de integración(NPT= 288). Éste paso de tiempo coincide con la fin;lización

dellproceso de incorporación del obstÏculo en El. Comparandolo: resultados de los experimentos ER y El pura tiempos si­multáneos (43 hor;s), se ratifica lo se: lpfio anterionnente regpecto de lu :igrución del nnticiclón L b rlovento y la intensi­ficación de la bgj; ¿resión a sotzvento.

3* ultuneanente a los hechos antes señalados, los‘re­sultados muestran uns concordancia entre el campovertical demovimiento y los sistemas básicos, corres_ondiendo movimientosde ascenso a barlovento y descenso a sotavento de la cordille­ra en los niveles medios.

Én las Figuras 4.16 y 4.17 se h: graficado 1a v ria­

ción de la diferencia de presión (FE¡-P¡_3 en sujerficie en­tre, los leores del experimento N0l y los del estado de refgrenciu, en función de la longitud y en dirección perpendicularal obstáculo en el pldno estereográfico -01 J. ?ur¿ ello se cfegtuaron promedios¿óviles de las diferencias (FÉ-Ph) , eVa­luados en 3, 4 y 5 guntos contiguos del reticuludo. Los cílcu­los fueron realizados tongndo lo: Vslorcs de l: fila j = 19

Page 59: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

‘r

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII‘IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII!IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

FIGURA4016

Y (p‘-Pk)n'¡¡2..

\n PJ

VARIACIONDELADIFERENCIADEPRESIONENSUPERFICIE(8-a) ENFUNCION

DELALONGITUD,ALCLBODE2DIASDEINTEGRACION

Page 60: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

¡.

FIGURA4.17

4’(3"h)»n-nsu,

*5° «¡10'

-wN-'=>ïsi\NL.¡se

H..by\\‘J¿.4

7-5

M"! LA)

i545bïïgqoflT‘¿T5121?1ï4‘9z‘oz1úúzi_ú

VARIACIONDELADIFERENCIADEPRESIONENSUPERFICIE(Pc-Pa) :NFUNCION

DELALONGITUD,ALCABODE4DIASDEINTEGRACION

Page 61: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-;

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

FIGURA4.18

W644”rr-288

410 QD'

-P’‘''nn'.' _‘.ur.‘uf\.:2

y\-\.\LISJ-'LsióÍ

L'4¡

151Q1)

VARIACIONDELADIFERENCIAE“RESICNENSUPEFICIE(R-í%) ENFUNCION

DELALATITUD,ALCABODE2DIASDEINTEGRACION

Page 62: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

NOIOVUDLLNIHGSVIG7EQOHVCTV‘GflüIüVÏVTEG

NOIONDJNS(Ej-a)EIOIJHfldnSNHNOISHHJEGVIÓHHKSJIGVTSCHOIOVIUVA

¿vzgy9:9}990_II¿'{Iglbvlgigauelclnguhnsl

0-09¡I

4“­0‘.u.

lLI‘\Lñ

'«o!­

l40H‘ov

Quuna“;¡L

bI'VVHÜDIJ

Page 63: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

I

-56­

tL fo; Cireccione. ;¿ralel s -1 obstáculo. "nt s p-rwlelso se uUbic.n ; amboslodos del mismo, coincijiendt con lfe rectas de­

,­QT; n d e _or las colunn-s i = lx e i = 13 del reticgt

lodo (ver figura 4.1). En esto: coso: t ¿bién se tozircn pro­¿3510; :5v-1e3 de lá Gifererci: (Pc-APE) , QVGluodosen 3, 4 y5 ¿unica conti LOSdel reticul fio. Íuede oh:erv,rs en l; Figu­ra 4.13 Í; ri tiem;o i¿.e1 a 45 hores de integr.ciín fiel mo­delo}, un ; rcgdc ¿escenso rel.tivo ie l; ¿recien L lo lmrgode 1. Í'lu j = 19 , ¿ue coincide con el ¿esceLso relitivoobserVodo en 1; Figure 4.15. Por otro lado, ha¿ un notorio degfesoje entre los curvus e burlovento (i = 12) y a sotavento(i = 13) 5o la cordillera, que no oc cb:erve a partir de la fi­la 3.; 13 (nótese en la Figura 4.1 ue 1; fila j = 13contiene :1 Tolo Sur) donde 1:5 curv s ticnien a coinciiir. EE

gtos resulteños son jnde¿endientes cel númerode valores utili­¿udcs para obtener los promedios móvilez. Tn a Figure 4.19se x“.fic4rcn los di;erenci s (FE, P2) ;;ra el ¿xgerimentou’

N0 1, :l c bo ¿e 96 hcr;s de integr ción ¿el modelo. Ïn este‘.JCoso se m-ntienen los c recteríetic s señal drs pera la Figu­

ra 4.18, :ungue es más n:rc:do en 1; re; ón comprendida entrelas files j = 15 y j = 20 . Los resultados discutidosanteriormente, sugieren gue hacia el eur de la posición delobstáculo, desaparecen los efectos del mismosobre la circula­

. t Ieion comocabia esperar.

Con el objeto de estudi r ei co;;crtom_entc de lapresión en sugerfície en función del tiempo y o MahouludOS delo cordillera, se ¿reficó en los Pigur o 4.30 y 4.21 1L mzr­Chu de la presión de ER y de El en dos puntos. Lu ubica­ción de los mismos se señala en 1; Figura 4.1 con las letr.sA (burlovento) y B (sotavento). Tn la Figura 4.20 puede ob­

Page 64: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

VIJWIDOHOVI5mOGI‘IEIAO'IU‘ÏEIV

‘OdIL‘IU'IJ,‘IECIHOIOHIL'INEEIOIeIUHcIflSNENOISHHdWIECINOIO‘V’IHVA

'zo

’""u9:mx

4‘"Oll.’LS'LÉÜí?!gy:o

'066

I _\

|¿atu!xIl\,oaal

\

E:\I \

‘‘>ovol

Il\

\

l\

\I\alo}

13UI!\ 1\

\I'0‘.‘

/

\Jmmhu]y4

08°VWHOId

Page 65: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FIGURA4.21

tmb] 1040* 195011:13ea. 1010‘ 1010‘‘' \

\

\U1

"oo\¡l\(p

\¡l\\

9904"

‘I’rI'V

o¡44zac452SÏIL72oN"

4-(Iin-O

o¿4451296120Hs.

VARIACICNDELAPRESIONENSUPERFICIEENFUNCIONELTIEMPO,

ASOTAVENTODELAOROGRAFIA

Page 66: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 59 ­

cerv.r:e la diferencis notoril en as oscil;ciones de presión.,o rloventu, entre el eKÏerimcntc con y sin cordillera. La

onda ño ¿rc ¿ón en sugerficie (c no unr función del tiempo) a

b:rlov;nt:, amante e“ ¿mfilitui 5 v.rí: su lon¿ituf, en presegci ic 1; corfiillerg. 31 descens: de resiín l Cubo ¡e 7? ho­

JJ

rns ¿ueáe e:¿110crse comoefecto de la :‘¿r-c1ón del unt101­" ' .-.'. h r; .. .. 4 J fl . * . ._ " w . - ' 1Clon le o cl4cmt-co. ¿n cuento “l “SCQLLO¿e l; ¿reelon oo­

lo en el din T0 4, sa¿icre un tendencia ;l ¿scenzo ue¿recién ‘or afecto de un reocomofla ento ¿e li masa, una vezincor¿or;dc el obstáculo. 31memb.r¿., lgs oscilcciones obser­vadas a b.rloventc se n ntienen alrededor de l: presión correg;ondiente al estado de referencia.

En la Figur; 4.21 también :c obscrv; comol; presiónsot;Vento en ¿resencia de la cordiller:, nofiifica su ;m¿li­

tu; ¡ lon¿itud con relación Il IR . Tin cab;rgo el rasgo so­‘resión no super4n en nin­U¿breseliente es gue, los vglores de

gún momentoa los ¿rresgondientes al estaño ¿e referencia. 35te hecho sugiere que la presencic ¿e la cordiller: interpuestaa un marcado flujo del oeste, favorece el descenso de la pre­sión a sotavento de la misma.

4.2.- Estabilidad del Flujo ¿tmosférico

Conel objeto de eVLluar cu:ntit:tiv¿mente los efec­tos debidos a la incorporación de 1: cordillera, sobre la es­tJbilid.d del flujo atmosférico en la cerc;ní; del obstáculo,se cnlculó el número de Rich rdson:

Page 67: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

l

_ 60 _

82-6221-22PL: g _____T

6 (V1-V2 )2'1- Ze

donjeea , era = tergerïtur: -oten "-l un” nivel l y 2, res­pectiv.nente

5' = 1/ (6-14-62)

g_ = C,ul m/s‘ ( celer Ción de la ¿r veí d)

\Ï1ñJ2 = vientos n los niveles 1 y 2, respectiva­mente

22,22 :=alturis ¿eopotencigles de los niveles 1 y 2,resgectiVumente.

Peru ello se tomirun los Valores en altura, de acuegdo a la ex¿rcsión (4.1), corre3¿ondientes a los puntos A yB a bmrlovento y sotzvento, respectivuzonte. En lc Tebla 4.1se VOICuronlos valores calculados 0:62 2 horas durante el Lrgceso de incorporación de la cordillera. Por otro lado, se cal­cularon ademís, los Valores de R} para los instantes corres­pondientes a 48, 72 y 96 horas, ton:nio en cuenta l: incorpo­ración o no de lu orografía. ¿nalizando la Tabla 4.1, puedenotarse cena los valores de EH. calculedos para not vento delobst‘culo, disminuyen en función del tiempo. R b rlovento delobstículo ¿uede observjrse un compor ¿miento opuecto en ¿ene­ral pira EL , durante el ‘roceso de incor¿ ración de lacorflillera. Este hecho indiCu que 3 sotivento de la orografía,

..hey un aumento¿e l; inestabilid;d de; flujo atmosférico. Las

Page 68: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

tros últrnms Filas de la Tabla 4.1, contiensn los9L p.v. log

vfilos diarios _@Iï. Ico:go:uc1on de 1;

sento ¿a 1“ñ v-Ïu, - r T 1. .1 'p- HAVV.) l\.l'..0¿.: 211.”,

! rmrpoL_ v

EPT

lo; tres dívs

;ot vento el

_ 51 _

¿:pcrimcntos El g '31¡.J­

.1 1 o“..- n.d -e¿ ¿¿¿JO en ,rPor otro lado, e

b-rlovento.

15 14

45 48

T;"LBL¡‘¡ o 1

flujo

183

‘osteriorecorfiillerg. lo: resultados

c:lculudoss al

csenci;l'l J..odos

¿tgcsférico e

indican

510;

132: 141

213' 73

v lorcs dea inter­

proceso de in­un incre­o stículo,c;sos, se7‘ m p¡J ._.\A ¡.5

Page 69: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-52­

4.3.- Diverscncia Enerflía Cinéticn Totalu U .

An los efectos de control r cl modelo durante el pro­eceso de incorgor-ción del obstáculo, se .e calculado la raiz

cuudridg de lu divergencia cuddríticu media (RES) para cadanivel, en todos los experimentos. La Figura 4.22, muestra elRESde 1; diVorgencia correonondiente el nivel 2, pero el ERy El . De 1; misas se “¿vierte que a pertir del instsnte deintroducción de l: cordiller; en cl modelo, el RESde l; di­ven¿encia sumente en forma brusca y luego se mantiene aproxi­mgdenente constante. A pesar de este incremento, se nota cla­ramente ¿ue los Volores se mantienen dentro del orden corres­poniiente e l; e,cnla sinóptica ( 10-6 s-l . Por lo an­teriormente exyuesto se estimo ¿ue los result dos del :odelo,¿l m ntencrse dentro de los vdlores coperudos para la esc:l¿sinéptica, “seguran 1: confiabilid;d de lo: cílculos numéri­COS.

Por último, cube discutir los rosultzdos del expe­rimento NO2, es decir cuando se reduce a le mitid la restric­ción sobre los flujos. En la Figure 4.2 se ha refresentadole veriacién de la energía cinética total (K) en funcióndel tiempo, para los experimentos ER , El y 32 . Cn lamismo puede observsrse un incremento de energía cinética enlas experiencias El y E2 , a pertir del momentoen ¿ue se

introduce el obstáculo orográfico. Si¿uiendo e Hin;be y Terpïtra -odría inferirse ¿ue los perturbxciones ¿enerddns ¿or elobstáculo aumentenla energía cinética ¿lobal del sistema.Si se COJEJrfn los resultados de los experiencias 31 y E2con respecto al experimento ER , puede notirse una m rcadadiferenciu ¿ue n: s observado entre lo; valores de energíade lo: czïcrimentos El E2 . Por otro lado los resultadosJ. y s

Page 70: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

-53­

FIGURA 4 . 22

RMS

aiv iN=2

19.16"­

o Ef

mb ¡»J \ “2/l

-/\. I\, I\ '

/ _. E2_ I

MMO“ I __.////\/\./\

o ¡:4 168 T"

MARCHA TÏ'EIPORAL DEL RMS DE LA DIVERGEI‘TCIA,

PARÁ EL ER Y El

Page 71: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

FIGURA4 .23

.130.

0.090

oo

110+ooa

o.000

o

-Zl0<.

¡(ER

“¡Iligi

ÍY

¡xxrxy*,(¡'x¡xx,‘¡x_‘xxn¿rr

''Vfi

491D394psv K(cbm‘s“)

n

“‘“J'”VARIACICNTEMPORALDELAENERGIACINLETICATOMLPARAELRR,131yEz

Page 72: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

L

-65­

obtcniiou ¿cl c:;crimonto 32 no presentgn diferencias signi­fi “tivas con los resultidos nuzéricos del eiperimento El .js iccir, si se reduce a lu mitad l; restricción zapuecta :1flujo sobre la; Curas l tercles de lis c ias ¿ue representenU

el ob-tÏc¿lo, no im_lica una reducción ie los efectos sobreel 513;: .t:o;férfco fic :;gnitud c¿uiv;lcnte. C;n:ecvente_en­te, 1 s .ltir.s geométrjcws sinu11512 un l s c:¿:rienci s El

ig no ser e¿uiv¿lentes ; la: ¿Iturus reglas ¿e luz cajas,c c;,to cu náo l; abstracciói sobre 3;: c ras de lu; :153uses totcl. Cihría ¿ar lo t;nto ieter;in r cl usb al a purtirdel cuil, l; restricción sobre loc flujo: es si¿:ific;tiv8con rcsgecto c los resultados del estado de refcrencic.

Page 73: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

I .

«l

l

-66­

n; 'H m-v-v- AV.'.- _-. “L, 5

"FM" "’IF‘T'É v *"""'*"-"-31'.sVya'v.5.¡.-z Vu . «cu .-l_J-I

5.1.- Conclusiones

la :do;ción de un noieio he:::fé ico en coordenadasrx , y , p en GCUNClQnGS"riLitiv s, cure simul r el flujo

o den :rosegcia de 14 cordillera e los Lndes, juntoa un adecuado esauem; de diferencios finitos (box - method)

_‘ .I r. . .r . . Ipara 1: resoluc1on numerica, er;itio la con81stenc11 energe­tica y le representación de lts c;rdctor'stiCGs más sobresa­lientes de la circul;ción he: sférica en ¿resencia de l; oro­¿rafía. La inclusión de 1? cordiller; :ediuntc el :roceso deinterrumpir el flujo g través de los ceras later.1es de lo:“boxes” o c jes afect;dus a l: simal ción, introduce una 2e­

Itodologia novedosa n cuanto a 1%consider.ción de lc Cadenamontdños: de Lo: Andes, en lo: :odelos de simul ción y previ­sión numéri a a corto gl zo (24 - 7? horas). Se congrobó rueduran;e el proceso de incorgoración de l; oro¿r fín, los sis­temus bíricos de superficie son :odificados a medida ¿ue lacordillera "crece" . L: presión en superficie o sotdvento delobstículo desciende y el área cuy.da _or el descenso se ex­tiende conti¿u¿mente ¿l obstáculo. T1 ¿Lticiclón ¿e b r10ven­to de lu barrera (¡c existente) ni¿ra h cin el sur, tratando

dos ;-n ruti­de s lvcr l; pure' simulada. Éstos hec'o: :oïsl­fiC'dOS, al con; rpr lo: recul, lo: de ‘ïperiuentos numérico:

. 4. : ‘ "4‘.-. .';sLe urub=¿o. ¡Ludltdnea­con v sin orogr fín, re lizados e; ,

mente, se ob ;rvu un, concordanci; entre el camgo vertical demoviufcntcs y los sister n bíricos correspondiendo movimien­

Page 74: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

I . tos ie oc:;so ú b rlovento y'íe corso a set vento¿eJ m;dio:.

“n los “nfli i“N F ' H1 '.‘ _‘ 1.-. v.., ,­A- l 4. J'J .\G .I..- ..\.V.;.Clt

. I\ ._,.J. 1 .\. -p 4- .-U3 .h C uk ¿_ 15h.. .13

. .1 "4 .. —' fi, ¡f‘ un. ‘­u- .A..- - I _.-- -_-z Ay

n . -u ‘-... I¿*¿to, oo CbUJÜVL Hue

torguc:ta u un -rc;dc flujo

es coinvestl

.L . .. l. ,1 »- .SOu JuLoO A: ln o.rrc:n

idunte con lo;c

"dores, tal comofuera

1

.;rficie, seïoló C b rlovento y sotavontod báric;e

¿it‘fl cn 1 esc 1: r ¿ion

Se conjrobó ¿ue 1HL;

'culos o:o¿r'"icos,¿ue 4 b ?lovento. ‘or otr. 1.:t2 u

iiv¿r¿encia en tod

¡ernite Veri'icmr la bonddd.1tr tiniento de

el análisis de

-57­

.li“ Jo: con el objeto

_'co _- e; evisont cio­sobre 3: ¿u*: tJCSïérico

rasultcdos obtenidos poro cn el c«:íFJ LT)- g5-3;

"e ln v riición to;¿cr;l ñ

T4a: tencicn fi'- .'- _\ , -4 ...,..f... .. ,:xuzu.;o. , 3L .¿ngou ROJcntO

g, _ . I 4gue a; G-30t0 iln m¿code l; presión sot

.L J . . ‘.. .I V. m, ' ‘nooo; los e\n3:1;enua- nuuer1c05A.

1- CCllïü. ¿e ire

J;33nt. su: v loros, ao: 315133 e a npienu­la ¿uc.lu siníJtic:,

1¿ corfiillera de los

¿V ccrdill;r , se co;

¡.4

del obstáculo,Lamc¿;«n J vurífin

e: .1 px*2:imenta

Page 75: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII|IIlllIIIlll|IIill"|ll’III

\ -— ' _ - I . , - , .‘ q_-_- , -u‘UflbÏO ue ]_ .Vrudrn.c1unou d'er d ¿ “ :1 app­.a. ',. , .J. , .- . .. o .. '. . r1 «.y ,.Wo “-0Lb n 1; u¿ 1 , .pc L v "L;1c ¿J ¿0" “¿nwoe J ¿arts­J—-.V- O

H u '1'1 v ) fi‘ I ."\ l "‘ a fl" ‘L t d.C)- 1.1-.-.0, -x -u_-: - g “- _._ .ulv¿r c. n .1 ­i L r H_ — p- ‘. . 1 ' -¡ ¡ ­l _u,'1-c¿¡ü 14‘a-_u. -¿AUJ LOJÍGl u ¿4? ¿-uzs 1;- de

1 .- \ . * 1' 'v .- . ' ,_ A b “_ * ¿r ¿ ._ :0 U c _), A .m911c_ LW rada —\ 1 .1. , ‘ fi IW. _\ .I... -- . ‘ I 7V_uL u ¿o ,-l0uou agro e- -¿1bp u_o-.u‘ 33 ae * _. Jah e­

' 1 x .I "1 \ . 1.. "I , _ .14 ' a¿1Vu;--uc. J-L c.“n.w3.eh c _4& 4J, -.V “.4";\:-" .1 Llñd-g\;‘ “4 a .(4. V 11' q « “a 1, 1 w. r -. 1 v. ‘11-¡v‘_...,A1 -—L¡ \._ lxhv-AO . la- ‘ -‘u -U 0 ‘17-4._' V|J__3.' L 1- CO; ._l LL -’

. . ¡1. ‘ “.1. .‘I_\ .'. .o Ju- u_u:v leLues . 1 s -0 -2.) r; les ._ l c ¿-. , e ceg­' :' o“. - '. , 1 . ' v-¿ uc¿ ¿id o ooru L s o r c -3 1 5 31;­

",v- r\ v '« \ ‘ .. J, ,. .4. y»: n .3 .Jugo eQ Vov14, el ¿rouluú. ¿o l COhiüqCÏ-C; u Áe la...*.' ._ r T ,. - .‘ A. r... 1”“ . ,. .' ,.. 4'“ 4.5'cs:_¿11,r ¿e n - 2L5:S ch lo» “OuuLOLJu ¿quul 0;,“ ¿;.;u e­

- .. Y. .‘ ‘.,. ..- ,. ' ¿a .U. ,. ..' :N. .1,plc , no ‘a¿39 uUCtAfac c4 vn t. u”¿u CUMJul :uul .UL4;1011«­I: ,A t‘ ‘Y' d ) 1 f' .‘i‘. .- a n‘m 'Q'L '-'r a. -'- "iq '» (a ' 3 'n ‘\l .-_40, * peu“- (z 0.4 _UlC.-o-/O\J uudvulVJ-J .L.-...vl.' .1,ï'1.8 QLO‘VJGU

tos. Durqntc el ios rrollo ¿e 1.: GIÏGCIÜUHC.CiQnimnuqéric sSe los ¿níliuis corrosfionáienïcs, su: iuron l unas inquie­V yk:

que no jouríumosc+ ades en cu;nto ¿ futï:;s ¿Lne s an tT.b joA.

dejgr de nencianür y son cit.d:: a cc¿t:nu ción:

r..J '­y CJa) La incorpor;ciín ¿e 14 corí‘Ïlar uf liganio arqueiu nutórico te;¿o:-l de lo: 11 nados "ii: y vucita" , de cul for" de Tañacir el tien o eAuiv;1cntefiel ¿roceso de incorpor ción.

b) Útilinación io lo: o to; ¿rovenizntcs ¿el experimento

Page 76: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

Iq4U)‘(n(p|.,.¡O-H‘rSi‘'M(2'(f)"5'.,5)O(7)RJ-L)G)Vfi..¡3

.1-0(.1'I.¡-|1sqcj0'H5'.)c-('Oí‘,—|_.¡a49.4o2.1-.-1H

7-1U:<‘Hr-tH,-:aooro“or-‘c'OI-IOL:r.xSiSJ.C)1::«1|*n.0mÍ'’‘ '‘O13'7-!r-I4-)

b5-4fl",:l»-1.Ho:‘n1‘.H'

(1)(1..Is1o.4(AC)F.r-lr-i¿l‘H,‘íq-—->P.)F-i¡4H(D'OÍ1F.H<1)kg5-:4oq)'U¡47-4‘13mo,q

<3.JI!)vo-4o.H(1)Q

n;c:or.<2.:2-4S4Larr?ol."r)o.,.¿r4.H5-:.roH‘q¡J+DO455-4O‘O'ïpU’‘"llG)‘Si(J'UT4r4')Y“.C)I‘.o)r1-,1_o(,_¡

w:oc-o'_’rc)C4J4:‘

,'.‘H)1:i.’l¿WH.-1o '-,4'JV;47()vJuC)C)’3)

OM-—4o.oe)p

t-‘It'1'1'r-|C)71r4r-Cy'i“j

"r'lÍ’Jl5'.)’yi.‘t‘.)

íl'‘r.‘7)N-in‘,F-r.'c:o:1x1.—{H'so, ‘-r-.mr:Hl‘-‘7'L‘4*1']r:3L):5

mUr'Il .ÏÏ’Il-r105-1O'no.u'.A1e)'1tu'o.'.‘.9‘."’l‘\‘rlfl10Or1.L!.4.)\O¡ O“2rr)"f.r-I(Uí)+2+3L)Hr.-zo:Na)r)o[-15-1,0orIlr'or1)43"lHr-l1‘;OOk7o)r4r.1‘c‘).l'.'C)Hh+7'. Co)<2r-ir35':*‘oFc.-:4s.r:mmC.)lr.II,<4í:j],C)rL‘.¡4HÍ:1)'A1-:4)ÜC)"u:O¿J0f1

C"í=n1aur-I.r.)(:1o/\-y

'«7L'Jo!\or11-:—¡so.1'cH54,.c!..|(Dgsd.d¿o

Hr4r.)*¡7;ql",¡o((¿4f“

.'r-Í'-ÏÉ:uf)’'14-¡—4w:4)a)-r-I’.)c)2)\oo-oo:4sc)ru

"1r'"‘L9r4O"O4::3.0r1

5‘--':1aC"Hoo:x7.7

Z.)‘ri)I‘:.HhQ.¡(4n,si.)x

f.)b4,‘'4I''rl:1434O)37‘

/'\z\O';

Page 77: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

.ï..“" ..q- x .N-.Tv-,\-fi fl-n, T

... 1 J- A ’A..1...L x. . ‘.... _; .1...)

-*->"-0 ñ ' »’.‘ ¡'wx. ._\1 .. .n '. r", ,. .,, nl * 4..' ..Unfmz, ;. ¿Cu¿. '¿Le ruk¿e_ o. ¡1: LLOHcvss.“01nbfl1LÚ:'- .. “.0 "1,. . ,.V- -- 'v ' .4.-u;;rd y; -uboclc.¿ tuulpc . -a1_. “cr. mcueo:.'- .- fvw . "rVCU. L;¿, 16-_o.

. wVAL...n..;,

Av--.' b._—.u , 30

—--»‘(vr! -‘ n IJ.I..'..¡V.L-.u....

.. Tn“?LI.I.\-LJ, Y.

.40.1. "11' ¿LLARUV_.;-\, --o_.' ¿.' .. :.‘.k ...‘1_1V“59-1CLLnU uuu .erturuut DLLo- uge “laa¿e lá'“v‘- 1'« ñ, 1 ‘ 1 c;-ILQ>Ju.J‘_-'.'.(rs. .L, 38.-)“.

4.1 _ .' :‘1. A. .D -'. 7,, 4.- ... n-C; .­;,u. un un; ¿Lvl-¿noc o; una __...rul.‘s oroor‘.¿,...,thc 53n3r41 chur*cter of th: westcrlies. Telluc,

h.u. 1951. “A sim;lc three-ilmcnüion l moiel fortg; st¿5y of large 80:15 eutrutro;ich 510wo8, .a.

'ï, J. 1963. "Generalthe primitiva e;u:ti:nu I. tLe Easic ¿xpe:iaent”.10v. ¿ea. Rev. 91 (3), 99-lu4.

1965. "Ver; long-ton: gloL l into r;;1on otive equ;tions of ¿tmospherc motion". I.H.O. Techflote 66, 141-167.

' lY. 1965. "On the use of 1;,licit ¿nd lis? Live me­tLods for the times integrptian of the wgve agua­

v u _ . N,tanS'. mon. “cu. JJV. 93, ¿9-46.

D.ttern

..

S.

Page 78: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 71 _

EJYUK,1. 1956. "A scheme for nuúericil integr-:i;n of h)eguqtions of motion ¿n .n irre u1,r grid Free CI¿OL-liflcar :¿_¿tabilit;”. Jan. “e”. Zev. 94, 35-40.

.;;¿; gm, u. 1;66. "A conguzgticnul iesing for lon¿-term nu­;erical intc¿ritions of tLe e;u ti ns of fluid motiontuo-dimensional incompresibl: flow, Part I". J. 30:9.:¿ys., I (1), 119-143.

K;L¿H¿1¿, A. 1966. The dynamical influence of oro¿r¿ph¿ on+1..Ul¿e lmrge sc;le motion of the gtaosyhere. J. “tmos.Sci. 23, 25É-27l.

H ÏZUNC,T. 1966. Numerical intc;r_tions of the primitiveEïuqtions by ; Simuluteí Back irá difference methoDJ

Journul of the Ietcorolog'c;1 Society of Jupan. Vol.44, N0 1, 76-83.

KASAHARA,A. und WASLIHGTON,¿.E. 1967. "N AR Globul general

circulition zodel of the ¿tmosphere”. Kon. Wei. Rev.95 (7), 389-402.

K“RIH¿RA, Y and HOLLOWAY,J.L. Jr. 1967. "NumeriCal integra­

tion of a nine-level global primitiva equutionsmodel fonmulated by the box method". Uon. Wea. Rev.

95 (8), 509-529.

SLJEAH, F.G. und HOVBRKJLE,J.B. 1968. "An Operutianul six

layer primitive equuticn forecast model". J. Appl.7,

Page 79: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

IIJIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

ELIÚQLEK,A. und RMUSTEIH,E. 1963. "A numerical integration

cx,eriment with u ¿oáel ¿tmosphere bused on isen­tropic coordinutes".

LAKGLOIC,3.3. and KICK, H.C.E. 1969. Description of tLelintz—irckuwa Kumericgl General Circulition hodel.

Tech. Reg. N0 3, Numericnl Simulition of “eatherani Climate, Dept. of Let., Univ. de California.

SHAPIRO,R. 1970. Smoothing, Eiltering, ani Boundar= Effects.Reviews of Geophysics und Space Physics, Vol. 8,No 2, may 1970. 359-387.

HnLTlIÉR, G.J. 1971. "Numericcl Heather Prediction". JohnUiley und Sons Inc., NewYork. 5.3.

MuNHBÉ,S. and HOLLOJAY,J.L. Jr. 1971. "Simulition of climate

by a Global General Circulation Eodel: I Hydrologiccycle and Heat Balance". Ion. Bea. ReV. 99, 335-370.

KASAHAJA,A. and WASHIHGTON,W.H. 1971. General Circulation

Experiments with a six-layer NCARmodel, includingorography, cloudiness und surface temperature calcu­lctions. J. 4tmos. Sci., 28, 657-701.

SODOURHY,R. 1972. "Forced geostrophic :ijustment in larges ¿le flow". Laboratoire de Xétéorologic Dynumiquen '— . 'ULL:g

HORDIJ, J., CIAPPEJOHI, R. et HABREAU,G. 1973. "Initializa­

tien d'une prevision numériquede la circulation

Page 80: Simulación numérica de la influencia dinámica de la

_ 73 _

¿enérule u partir de ¿onnées incongletes non-synop­tiques. Ann. Geophys. 29 (3), 385-393­

ÉSGSR,J. 1974. “Hwaerical ¿xperiments of lee cyclo¿enesis".Jon. Lea. íev. 102, 847-860.

KHNABS,S. una TERPSERA,T.3. 1974. The effects of mountains

“n che general circulmtlsn of tLe utncsphere usidentified by numericul experiment. J. utmos. Sci.,319 3-42.

PnEGLJ, Y. und TATGLE,J.K. 1976. Fre;uency sp,ctra of at­mosghere motions in the vicinity of a mountainbirrier. J. Atmos. 301., 33, 499-506.

TREVISHI,4. 1976. "Numerica 3x;eriments of the influenceof Oro¿ra9hy on Cyclone formation with an Isentro­pic Prnmitive ¿quation ¿odel. J. Atmos. 301., 33,

ALPEX, 1979. GAR?Sub-programme on Air Flow Over and ¿roundïountains. W.x.0. ALPEX.Scientific objetiva, Geneve,July 1979.