Estimación de parámetros de la capa límite planetaria para latitudes bajas con condiciones de nulidad de la fuerza de Coriolis
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Resumen
La capa límite planetaria (CLP) es la región de la atmósfera donde se producen los principales intercambios de momento, masa y energía entre la superficie terrestre y la atmósfera libre. Su estudio en regiones ecuatoriales presenta dificultades particulares debido a la tendencia a cero de la fuerza de Coriolis, condición bajo la cual muchas de las aproximaciones utilizadas en latitudes medias dejan de ser válidas. En este trabajo, se desarrolla un modelo semiempírico para la estimación de parámetros integrales de la CLP en latitudes bajas, incorporando un término baroclínico asociado a los gradientes horizontales de temperatura y presión.
La formulación propuesta utiliza variables meteorológicas de superficie y del nivel de 850 hPa para estimar parámetros como la altura de la CLP, la velocidad vertical del viento, la velocidad dinámica de fricción, así como los flujos turbulentos de calor sensible y latente. El desarrollo del modelo se fundamenta en principios de dinámica atmosférica y transferencia turbulenta, adaptados a las condiciones características de las regiones ecuatoriales.
La evaluación se realizó mediante comparaciones con observaciones satelitales y productos de reanálisis y análisis atmosféricos de los modelos globales ECMWF/ERA5 y GFS, considerando diferentes situaciones sinópticas representativas sobre el Atlántico tropical y el norte de Suramérica. Los resultados muestran que el modelo reproduce de manera consistente los patrones espaciales de la altura de la CLP y de la velocidad vertical del viento, permitiendo identificar estructuras asociadas a sistemas tropicales, zonas de baja presión y efectos orográficos. Aunque el esquema presenta limitaciones para representar la variabilidad diurna sobre superficies continentales, los resultados obtenidos muestran su potencial como herramienta de diagnóstico para el estudio de la dinámica de la CLP en regiones ecuatoriales. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
The Planetary Boundary Layer (PBL) is the region of the atmosphere where the main exchanges of momentum, mass, and energy occur between the Earth's surface and the free atmosphere. Its study in equatorial regions presents particular challenges due to the tendency of the Coriolis force toward zero, a condition under which many of the approaches commonly used at mid-latitudes become invalid. This work develops a semi-empirical model for estimating integral PBL parameters at low latitudes, incorporating a baroclinic term associated with horizontal gradients of temperature and pressure.
The proposed formulation uses surface meteorological variables and data from the 850 hPa level to estimate parameters such as PBL height, vertical wind velocity, friction velocity, and turbulent sensible and latent heat fluxes. The model is based on principles of atmospheric dynamics and turbulent transfer adapted to the characteristic conditions of equatorial regions.
Model performance was evaluated through comparisons with satellite observations and atmospheric reanalysis and analysis products from the ECMWF/ERA5 and GFS global models, considering different representative synoptic situations over the tropical Atlantic and northern South America. The results show that the model consistently reproduces the spatial patterns of PBL height and vertical wind velocity, allowing the identification of structures associated with tropical systems, low-pressure areas, and orographic effects. Although the scheme presents limitations in representing the diurnal variability over continental surfaces, the results demonstrate its potential as a diagnostic tool for studying PBL dynamics in equatorial regions.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, mapas