Modelos de turbulencia más precisos para mejorar la previsión meteorológica
La capa límite planetaria (CLP) es la capa atmosférica de gran turbulencia que une la superficie de la Tierra con la atmosfera de libre flujo que está sobre ella. Las dinámicas de la turbulencia y la CLP regulan características del cambio climático y fenómenos climatológicos extremos como olas de calor, sequías y episodios de frío extremo y de contaminación atmosférica. Los modelos atmosféricos actuales no han sido capaces de proporcionar una representación precisa de estos procesos. Teniendo todo esto en cuenta, el equipo del proyecto PBL-PMES (Atmospheric planetary boundary layers: Physics, modelling and role in Earth system) empleó un nuevo modelo conceptual para reexaminar las características físicas de las CLP. En la turbulencia pueden distinguirse tres fenómenos: el flujo regular, la turbulencia caótica y las estructuras autoorganizadas. Las estructuras autoorganizadas, como las células convectivas, son los componentes que más a menudo han sido modelizados con menor precisión. El equipo del proyecto desarrolló una nueva teoría de turbulencia en sistema cerrado de energía y flujo (EFB), que fue puesta a punto para ser incorporada en modelos climáticos, de predicción meteorológica y contaminación atmosférica. La teoría muestra que la turbulencia geofísica no disminuye incluso en estratificaciones supercríticas estables (cuando flujos a pequeña escala se vuelven laminares) debido a dos mecanismos. El flujo de flotabilidad está autorregulado por la transferencia de calor contragradiente regida por energía de potencial de turbulencia, y existe un intercambio poco eficaz entre la energía cinética y potencial de turbulencia. El concepto de CLP convectiva basada en la descomposición en tres fenómenos ha sido desarrollado y verificado con datos disponibles y simulaciones de grandes torbellinos. Modelos avanzados sobre las características turbulentas de la CLP con estratificación estable y normal, incluyendo la CLP en condiciones de neutralidad (típica en océanos) y la CLP estable de larga duración (típica en contenientes a latitudes altas) han sido derivados y empleados para desarrollar nuevos algoritmos de flujo de superficie para tener en cuenta las interacciones entre la capa superficial y el núcleo de la CLP. Los investigadores realizaron una serie de experimentos en tiempo real paralelos a mediciones in situ que fueron empleados para mejorar los resultados de las observaciones, incluyendo flujos turbulentos sobre hielo marino en el Ártico y riesgos de contaminación atmosférica en ciudades bajo condiciones de CLP altamente estable. Asimismo, se desarrolló un nuevo concepto de retroalimentación CLP-clima, que tiene en cuenta la intensidad de la sensibilidad térmica de la CLP y se empleó para explicar hasta el 70 % de las tendencias observadas en la temperatura y la variabilidad del cambio climático a latitudes altas. El modelo cerrado EFP y las parametrizaciones de la CLP están siendo puestos a punto para su incorporación en modelos meteorológicos, climáticos y de contaminación atmosférica en diferentes países de la Unión Europea y en los Estados Unidos.
Palabras clave
Turbulencia atmosférica, célula convectiva, capa límite planetaria, cambio climático, PBL-PMES
