El viento Zonda en cuyo, características, métodos de clasificación y pronóstico

Abstract

El pronóstico de viento Zonda sigue siendo un desafío para los meteorólogos. Esta tesis tiene el objetivo principal de aportar herramientas de pronóstico de fácil aplicación y que puedan ser utilizadas en forma operativa. Se realizó un estudio detallado del Zonda y sus características climatológicas. Luego, se analizaron las capacidades de diferentes métodos estadísticos de discriminación de Zonda/No-Zonda. Para evaluar su efectividad, fueron comparados con la clasificación manual de Zonda utilizando distintas métricas obtenidas de la matriz de confusión de cada modelo. Se propone un nuevo método de clasificación para corregir la tasa de falsas alarmas. En el mismo sentido se utilizó el análisis de componentes principales (ACP) en datos de radiosondeos y reanálisis. Los patrones principales obtenidos del ACP fueron capaces de discriminar entre eventos Zonda /No-Zonda mediante el uso de una regresión logística múltiple, para una función binomial entre el vector de respuesta y las componentes de carga obtenidas. Con los coeficientes del ajuste y los patrones que mejor discriminan entre eventos se definió un índice de probabilidad de ocurrencia de Zonda, con altos valores de eficiencia, representando una útil herramienta de pronóstico operativo. Por último, se realizó una simulación de un evento de Zonda con el modelo no-hidrostático WRF-ARW comparando 4 esquemas de capa límite planetaria (PBL) y utilizando 60 estaciones para su validación. El modelo capturó mejor las variables a barlovento, mientras a sotavento, las diferencias encontradas fueron mayores. Los diagramas de Taylor mostraron que los esquemas no locales de 1er orden son mejores que los esquemas de cierre TKE. Por otro lado, las salidas de modelos permitieron examinar las características de mesoescala, analizando la presencia ondas de montaña, sus patrones y evolución, propagación vertical y horizontal, como así también la formación de rotores, capas críticas autoinducidas y/o salto hidráulico y las potenciales zonas de turbulencia asociadas.

Zonda wind forecasting remains to be a challenge for meteorologists. This thesis has the main objective of providing operational easy‐to‐use forecasting tools for this phenomenon. A detailed study of Zonda wind characteristics and climatology was carried out. The abilities of different statistical methods for Zonda/Non‐Zonda discrimination were analyzed. Different metrics obtained from each model’s confusion matrix were used to evaluate their effectiveness against the manual classification of Zonda wind. A new classification method is proposed to improve the false alarm rate. In the same way, Principal Components Analysis (PCA) was applies to sounding and reanalysis data. The PCA patterns were used to discriminate between Zonda/Non‐Zonda events by using a multiple logistic regression for a binomial function between the response vector and the components loaddings. A Zonda occurrence probability index was defined using the adjustment coefficients and the best discriminating pattern(s) obtaining high efficiency values and representing a useful operational forecasting tool. Finally, a Zonda wind event simulation with the non‐hydrostatic model WRF‐ARW was carried out comparing 4 planetary boundary layer (PBL) schemes and using 60 surface stations for it validation. The model better captured the upstream variables while bigger differences were found downstream. Taylor diagrams showed that the non‐local 1st order schemes presents a improved representation than the TKE closure schemes. Models output variables allowed to examine the mesoscale dynamics, presence of mountain waves, their patterns and evolution and vertical and horizontal propagation, as well as the formation of rotors, self‐ induced critical layers and/or a hydraulic jump and the associated turbulence zones.