Modelos meteorológicos de alta resolución aplicados a la predicción de ondas de montaña y condiciones de engelamiento para la mejora de la seguridad aérea

• Autores: Javier Díaz Fernández
• Directores de la Tesis: María Luisa Martín (dir. tes.), Francisco Valero Rodríguez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Número de páginas: 165
• Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Vázquez Martínez (presid.), Carlos Yagüe Anguis (secret.), José Ignacio Farrán Martín (voc.), Fernando de Pablo Dávila (voc.), M. Yolanda Luna Rico (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Ciencias de la atmósfera
      • Turbulencia atmosférica
      • Física de las nubes
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    Las ondas de montaña son un tipo de ondas de gravedad que se forman a sotavento de los principales sistemas montañosos en determinadas condiciones. La turbulencia y el enge-lamiento son fenómenos meteorológicos adversos asociados a este tipo de ondas que pue-den comprometer a la seguridad aérea. No en vano, la turbulencia asociada a ondas de montaña y el engelamiento han sido citados como la causa de numerosos accidentes de aviación.

    Actualmente aún existe bastante incertidumbre en el pronóstico de eventos de ondas de montaña, lo que dificulta la anticipación a los mismos. La disponibilidad de datos observa-cionales directos es el mayor hándicap en el estudio de las ondas de montaña, ya que es muy difícil obtener mediciones fiables en su zona de formación. Consecuentemente, para el estudio de este fenómeno en esta tesis doctoral se ha utilizado la nubosidad asociada a on-das de montaña como método observacional.

    En este trabajo se analizan eventos de ondas de montaña y engelamiento en el entorno del aeropuerto Adolfo Suárez Madrid-Barajas, cuya cercanía con la Sierra de Guadarrama hace que sea una zona propicia para su formación. La base de datos sobre la que se ha tra-bajado ha sido elaborada mediante observación de imágenes del satélite MSG-SEVIRI du-rante los meses de noviembre a marzo de los últimos 20 años (2001-2020). La temperatura de brillo de las imágenes satelitales ha sido la variable que se ha usado como referencia pa-ra validar las simulaciones de nubosidad asociada a eventos de ondas de montaña. Todos los eventos de ondas de montaña seleccionados para la elaboración de esta tesis doctoral cumplen los siguientes requisitos: al menos 3 bandas nubosas alternas, paralelas a la Sierra de Guadarrama, con una longitud de onda y longitud transversal superior a 15 km y una temperatura de brillo de entre 260 y 275 K. Los modelos meteorológicos escogidos para es-ta tesis doctoral son Weather Research and Forecasting (WRF) y HARMONIE-AROME.

    La validación de las simulaciones obtenidas con ambos modelos frente a los datos satelita-les de la temperatura de brillo ha resultado satisfactoria, pudiendo discernir que la distribu-ción de temperaturas simulada por el HARMONIE-AROME se asemeja más a la observa-cional que la del WRF. Sin embargo, en el intervalo de temperaturas característico de la nubosidad asociada a las ondas de montaña, es el WRF el que obtiene mejores resultados. También se ha realizado una caracterización de las variables atmosféricas que intervienen en la formación de las ondas de montaña. Estas variables han sido la dirección y velocidad del viento a barlovento de la Sierra de Guadarrama, la estabilidad estática sobre la Sierra y el contenido de agua líquida y la temperatura a sotavento. La caracterización ha permitido establecer que las condiciones necesarias para la formación de ondas de montaña en la zo-na de estudio se corresponden a viento de norte-noroeste, velocidad del viento moderada y ligera o neutra estabilidad atmosférica. La existencia de contenido de agua líquida y de temperaturas por debajo de 0 ºC también ha sido considerada en la caracterización de la nubosidad y engelamiento asociados a estas ondas. Adicionalmente, se ha construido un ár-bol de decisión para cada modelo meteorológico con el fin de establecer un método de aler-tas de eventos de ondas de montaña, nubosidad asociada y engelamiento, basándonos en los percentiles de las variables atmosféricas obtenidas de la caracterización. Estos avisos, tam-bién validados con imágenes de satélite, han arrojado porcentajes de acierto superiores al 75% para ambos modelos. Finalmente, la turbulencia fue evaluada mediante el cálculo de la Eddy Dissipation Rate, obteniendo valores de turbulencia mayores en presencia de nubo-sidad asociada a ondas de montaña. La intensidad de la turbulencia simulada por el WRF en estos episodios fue mayor que la del HARMONIE-AROME.

  • English

    Mountain waves are a kind of gravity waves that form in the leeward side of the major mountain ranges under certain conditions. Turbulence and icing are adverse meteorological phenomena associated with these types of waves that can affect the aviation safety. Not surprisingly, turbulence and icing associated with mountain waves have been reported as the cause of numerous aircraft accidents.Currently, the forecast of mountain wave events is not completely accurate, which makes it difficult to anticipate them. The lack of direct observational data is the greatest inconvenience in the mountain waves study since it is very difficult to obtain reliable measurements in the mountain waves formation area. Consequently, for the study of this phenomenon in this thesis, cloudiness associated with mountain waves has been used as an observational method...