Modelos de sueloExperimentos de sensibilidad

Natalia Montroull

Ramiro Saurral

Cristian Waimann

Pronóstico Numérico

2do cuatrimestre 2008

Características principales de las simulaciones

•Dominio: aproximadamente 100 km x 100 km, centrado en -30°S, -40°W y 24 niveles verticales hasta z=20 km. 5 de esos niveles ubicados en el primer kilómetro. Resolución horizontal: 5 km.

•Dominio completamente homogéneo, sin contrastes horizontales (suelo homogéneo, sin presencia de orografía ni cuerpos de agua, etc.).

•Condiciones de bordes laterales cíclicas.

•Parametrización de la convección y microfísica apagadas.

•Duración de la simulación: 24 horas (desde las 6 UTC del 4 de febrero de 2003 a las 6 UTC del 5 de febrero de 2003).

Experimentos realizados

1. Distintos tipos de suelo

2. Distinto contenido de agua en el suelo

3. Distintos usos de suelo

4. Distintos perfiles de viento

Experimentos realizados

1. Distintos tipos de sueloa. Tierra negra

b. Arena

Tierra negra: suelo compacto, poco favorable para la evaporación.

Arena: suelo poroso, formado por partículas gruesas.

Tierra negra

Arena

Uso de suelo: pasturas

Humedad del suelo: 35%

T del suelo: 20°C

Fracción vegetal: 50%

Resultados – Tipos de suelo

Aproximación: se considera una capa fina, con lo cual este término se anula

Resultados – Tipos de suelo

Onda cortaFlujo de calor en el sueloFlujo de calor latente

Flujo de calor sensible

Onda larga

Flujo neto

Calor sensible: mayor en el caso de la tierra negra

Calor latente: mayor en el caso de arena

Resultados – Tipos de suelo

Al haber más entrega a la atmósfera de calor sensible por parte del suelo con tierra negra, la capa límite alcanza alturas mayores que en el caso de la arena.

Resultados – Tipos de suelo

La amplitud térmica diaria para las tres temperaturas (skin temperature, temperatura a 2 mts y temperatura a 100 mts) es mayor en el caso de la tierra negra, acorde con los flujos de calor sensible más intensos.

Skin temperature

T 2 mts

T 100 mts

Resultados – Tipos de suelo

Tierra negra

Arena

Resultados – Tipos de suelo

.La marcha de humedad específica a dos metros muestra que la arena favorece la entrega de humedad del suelo a la atmósfera y además se aprecia la onda diaria relacionada con el desarrollo y disipación de la capa límite.

Resultados – Contenido de humedad en el suelo

2. Distinto contenido de agua en el suelo

Suelo seco Suelo medio Suelo húmedo

Suelos húmedos: fuerte evaporación y menor entrega de calor sensible a la atmósfera.

Uso de suelo: bosque mixto

Tipo de suelo: tierra negra

T del suelo: 20°C

Fracción vegetal: 90%

Resultados – Contenido de humedad en el suelo

•Más transporte de calor en el suelo.

•Menor calor sensible, mayor calor latente.

Suelos húmedos:

Onda cortaFlujo de calor en el sueloFlujo de calor latente

Flujo de calor sensible

Onda larga

Flujo neto

Resultados – Contenido de humedad en el suelo

Resultados – Contenido de humedad en el suelo

Temperatura a 2 metros Humedad específica a 2 metros

Resultados – Uso de suelo (cubierta vegetal)

Suelo desnudo: mucha menor evaporación que al considerar una cubierta vegetal (mecanismo de evaporación mucho más simple).

3. Distintos usos de sueloTipo de suelo: tierra

negra

Humedad: 50%

T del suelo: 20°C

Fracción vegetal: 90%

Onda cortaFlujo de calor en el sueloFlujo de calor latente

Flujo de calor sensible

Onda larga

Flujo neto

Resultados – Uso de suelo (cubierta vegetal)

Fuerte diferencia en la evaporación

Fuerte diferencia en los flujos dentro del suelo

Resultados – Uso de suelo (cubierta vegetal)

Suelo desnudo: permite más transporte vertical de calor y la onda térmica está más definida, llegando a mayores profundidades.

Resultados – Uso de suelo (cubierta vegetal)

El suelo cubierto por el bosque mixto presenta fuerte evaporación, lo cual incrementa la humedad en niveles próximos al suelo.

Resultados – Viento

4. Distintos perfiles de vientoTipo de suelo: tierra

negra

Humedad: 50%

T del suelo: 20°C

Viento: 10 m/s

Cortante: 4.10-3 s-1

Onda cortaFlujo de calor en el sueloFlujo de calor latente

Flujo de calor sensible

Onda larga

Flujo neto

Resultados – Viento

Resultados – Viento

La capa límite es más profunda cuando al modelo le agregamos viento. Esto es porque en el término de energía cinética turbulenta aparece el mecanismo de producción mecánica (antes sólo estaba actuando el de empuje).

Resultados – Viento

Conclusiones

•Los experimentos realizados mostraron la gran sensibilidad de la atmósfera al tipo y uso de suelo, cantidad de agua disponible y a la presencia o ausencia de viento.

•A pesar de haberse realizado una simulación muy idealizada (condiciones de suelo homogéneo) y de corta duración (sólo 24 horas), es apreciable el efecto que ejerce el suelo en las variables cercanas a superficie, principalmente.•Los resultados encontrados en los diferentes experimentos de sensibilidad están acordes con lo esperado en base al análisis de los modelos teóricos de flujos radiativos y comportamiento de la capa límite.•Sería interesante hacer nuevas simulaciones de mayor duración para estudiar el impacto de los distintos tipos/uso de suelo a más largo plazo (por ejemplo, estacional). También podrían hacerse otras simulaciones activando la microfísica y la parametrización de la convección para ver la interacción entre las distintas componentes y estudiar, por ejemplo, el ciclo hidrológico.