«Modelar» algo más que el tiempo

Las ecuaciones y números ocupan buena parte de la jornada a los jóvenes que hoy trabajan en el Centro de Física de la Atmósfera, del Instituto de Meteorología (Insmet). Hay algo que les es común y de lo que todos aquí hablan y conocen: la modelación numérica del tiempo.

En estos días recientes, con el paso del huracán Irma, desde los propios reportes del Insmet lo escuchamos mencionar más de una vez, cuando los partes meteorológicos mostraban lo que decían «nuestros modelos» respecto a la trayectoria y consecuencias del meteoro. Las aproximaciones eran bastante acertadas.

Como ecuaciones físico-matemáticas que modelan los procesos atmosféricos define este sistema la Máster en Ciencias Matemáticas y especialista en modelación numérica del tiempo, Maibys Sierra Lorenzo. De ahí se nutre todo nuestro trabajo, dijo.

«Dichas ecuaciones se implementan computacionalmente y son ejecutadas en ordenadores de alto rendimiento. A partir de ahí es que se obtiene ese pronóstico numérico, que no es oficial, sino que depende de esa solución numérica de las ecuaciones. Cuando nos referimos a un modelo, estamos hablando de eso; y Cuba tiene varios que hoy corren de forma operativa, y con buen desarrollo, tanto en La Habana, en el Insmet, como en el Centro Meteorológico Provincial de Villa Clara», explicó a Granma la entrevistada.

No hay que perder de vista –insistió– de que se trata de un pronóstico numérico, no es el pronóstico oficial del Instituto de Meteorología.

«Los pronosticadores trabajan con muchísimas herramientas que le permiten formarse una idea de cómo va a evolucionar el tiempo, y una de ellas es la modelación numérica, mientras otras son datos de satélite, de los radares, mediciones de superficies… Ellos combinan todo eso: el estado actual que tiene la atmósfera más el know how, su experiencia, y lo que proponen los modelos que es una aproximación física-matemática. Estos modelos pueden tener errores incluidos y es ahí donde el meteorólogo como tal, es el que define cuál va a ser el pronóstico ayudándose, orientándose con cada una de estas herramientas.

«Por ejemplo, el modelo puede darte precipitaciones y el meteorólogo estar viendo el estado actual que tiene la atmósfera y decir que esas nubes se van a disipar o la lluvia no va a caer en tierra», dijo.

Los sistemas de modelación numérica del tiempo –precisó– son desarrollados en centros internacionales, universidades, u otras instituciones de investigación orientadas propiamente al campo de la meteorología.

«Lo que sucede es que estos modelos son configurables dependiendo de las características físico meteorológicas de cada región en la que se vayan a utilizar. En el caso de Cuba usamos básicamente dos modelos operativos: el MM5, Modelo de Mesoescala de quinta generación (por sus siglas en inglés), el más antiguo y que se tiene corriendo operativamente desde el año 2006; así como el WRF, Weather Research and Forecast, de investigación y pronóstico meteorológico, ambos atmosféricos».

También, refirió Sierra Lorenzo se encuentran operativos modelos de generación y propagación de oleaje, como es el WW3 (Wave Whatch III) y el SWAN (Simulating Waves Nearshore); además del ROMS (Sistema de Modelado Oceánico Regional).

Lo que sucede, dijo, y por eso decimos que «son nuestros» es que estos modelos se calibran o configuran para cada una de las regiones en específico.

NÚMEROS PROPIOS

«A través de lo que llamamos estudios de sensibilidad, se seleccionan casos típicos que hayan afectado el área, y se prueban las diferentes combinaciones, de cada una de las posibles configuraciones, que tienen los modelos. Luego de una evaluación se seleccionan entonces las que mejor se ajustan a las condiciones físico-meteorológicas de la zona donde se está pronosticando. Además de este componente trabajamos directamente en el código fuente de los modelos, añadiendo funcionalidades, para que la ejecución de los mismos sea más eficiente», comentó la especialista.

De acuerdo con la Máster en Ciencias Matemáticas las configuraciones con las que vienen estos modelos son aplicadas, por ejemplo, a un clima continental. «En el caso de nosotros, que somos una isla y además estamos en el trópico, el comportamiento de las variables meteorológicas varía, y entonces si se usa el modelo con esa configuración que trae por defecto, lo más probable es que el pronóstico tenga una aproximación muy errada respecto a la realidad», puntualizó.

Pero es este un trabajo que lleva años, subrayó la entrevistada, «porque son muchas las posibilidades de configuración, los detalles y aspectos a tener en cuenta dentro de la atmósfera y el océano».

Por otra parte, Sierra Lorenzo mencionó que existen dos proyectos que concentran el trabajo de configuración de los principales modelos que se utilizan en el centro.

Uno de ellos es el Sistema de Pronóstico Inmediato, que ya va en su cuarto año de desarrollo. «Lleva dedicación y tiempo. Es un trabajo de aproximaciones sucesivas, pues se ajustan determinados parámetros, por ejemplo, de microfísica y cúmulo para la formación de las nubes, luego cómo el modelo representa los flujos en superficie… poco a poco, de modo que cada vez se obtenga una configuración más adecuada a la zona que vamos analizando».

Este sistema está diseñado para dar resultados a un corto plazo, es decir, lo que va a ocurrir de seis a 12 horas, orientado fundamentalmente a los pronósticos de las precipitaciones, refirió. Uno de sus aportes es que se alcanza una resolución más detallada, lo cual facilita localizar mejor las áreas de fuertes lluvias o algún pronóstico de temperatura o humedad con un poco más de exactitud, desde el punto de vista espacial.

El otro, destacó, es el Sistema de pronóstico numérico Océano-Atmósfera, que tiene como su nombre lo indica, una componente atmosférica y también una componente oceánica y de oleaje. Los datos que nos brindó fueron los utilizados para el pronóstico de las alturas de las olas cuando el huracán Irma azotó el país. Y no fallaron.

PREDECIR NO SOLO EL CLIMA

Estos sistemas de modelación numérica del tiempo, si bien son especialmente útiles en ese objetivo, no solo se aplican para acercarse a un pronóstico del tiempo y del clima. Su utilidad se extiende más allá.

Según la especialista, dichos modelos están siendo utilizados en áreas como las energías renovables, pues permiten, en relación con la matriz energética, realizar el pronóstico de generación para parques fotovoltaicos y eólicos a partir de los estudios del viento y las radiaciones en estas zonas específicas. O sea, no se trata solamente de saber dónde instalar esta tecnología. Una vez que los parques están funcionando, los modelos ayudan a saber cómo se comportarán las variables meteorológicas para poder manejar los parques, incluso desde el punto de vista económico.

Del mismo modo explicó que a través de la modelación, el Centro de Física de la Atmósfera está vinculado a proyectos relacionados con el manejo sostenible de tierras. En este caso se está trabajando en el pronóstico de la precipitación, cada vez con datos más precisos, en función de lograr un pronóstico de riego; algo que influye directamente en el trabajo de los agricultores, y la planificación del agua.

En ese sentido Sierra Lorenzo agregó que en conjunto con el Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH) y el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), han impulsado, a raíz del impacto del huracán Sandy en el año 2012, otro proyecto que bajo el nombre de Fortalecimiento del Sistema de Alerta Temprana, orientado al pronóstico de las precipitaciones, de modo que luego el INRH pueda modelar, por ejemplo, el escurrimiento de los suelos.

Diferentes proyecciones climáticas que se pueden tener a futuro, son otras de las ventajas de estos modelos lo cual habla, dijo la especialista, de su posible uso en la preparación ante el cambio climático.

EL RESULTADO DE LAS ECUACIONES

«La evaluación de los procesos de modelación numérica del tiempo se basan fundamentalmente en las observaciones meteorológicas, o sea, nosotros nos apoyamos en las mediciones que se tienen a partir de las estaciones de superficies, de los radares y satélites. En función de eso tenemos un margen de error que comete el modelo respecto a esas observaciones», precisó la entrevistada.

En el caso particular de los huracanes, señaló, es bastante reciente que se muestre a los televidentes los pronósticos de trayectoria del meteoro, así como las precipitaciones y vientos, a partir de los resultados que arrojan nuestros modelos.

«La primera vez fue con el huracán Matthew. Y ahora, con el huracán Irma, se ha visto una mejoría en relación con los recursos tecnológicos que vamos generando, pues los pronosticadores y meteorólogos van familiarizándose con los modelos. Eso ha sido también a partir de que se ha evidenciado que estos tienen una aproximación bastante certera».

El ejemplo lo pudimos mostrar con el huracán Irma, situación donde, tanto en la trayectoria como en los datos oceánicos, los pronósticos fueron acertados. De hecho nuestro sistema de pronóstico inmediato fue uno de los que más se acercó a que el centro del huracán tocaría tierra cubana por Cayo Romano.

Aunque por el momento solo se puede acceder a la información de los sistemas de pronóstico inmediato y de predicción numérica océano-atmósfera a través de la intranet del Insmet, Sierra Lorenzo aseguró que se está trabajando en el desarrollo de una página web –la cual se activó durante el huracán Irma– pero que todavía hay que seguir perfeccionándola para darle salida en Internet.

En la misma se visualizarían todos los productos de modelación de los cuales el Centro dispone para que otras instituciones puedan acceder a ellos, además de mostrar el trabajo que realizan, que es hecho además, fundamentalmente, por jóvenes.

Su colectivo de trabajadores, la mayoría de menos de 30 años, estuvo durante los días de amenaza y el paso de Irma por toda la Costa Norte, junto a los meteorólogos, apoyando al Insmet con una guardia operativa, para mantener el sistema y así garantizar la salida de cada uno de los modelos y sus plazos de pronósticos.

Ahora, ante el huracán María, expresó la especialista, la modelación está coincidiendo con los informes de los Centros de Meteorología de otros países, que hasta el momento indican que el meteoro recurva luego de pasar por Puerto Rico.

Si algo puede señalarse en cuanto a elementos que limiten el máximo desarrollo de todas las potencialidades que ofrece este trabajo de modelación, es no contar con la suficiente disponibilidad tecnológica, especialmente en cuanto a recursos computacionales de alto rendimiento, lo cual se encarece.

La actividad de la modelación se va insertando cada vez más en el mundo, advirtió la entrevistada. «A nosotros nos golpea la capacidad de cómputo que necesitamos, pues cada una de esas aplicaciones necesita recursos aplicados. Es muy difícil correr un sistema de modelación que tenga una alta precisión para todas esas aplicaciones, y a veces hay que hacer variaciones lo cual implica destinar un recurso computacional independiente para esa actividad. Eso un poco frena el desarrollo; aunque varios de los proyectos que tenemos han aportado recursos y así es como se ha venido fortaleciendo nuestro trabajo».

«Valga la aclaración, la mayoría de todos esos sistemas de modelación a nivel internacional tienen un respaldo tecnológico que no se compara con el nuestro, y además tienen una inicialización de estos modelos, es decir, una captura del estado actual de la atmósfera, con una cantidad de datos e información meteorológica que nosotros todavía no tenemos. Estamos trabajando en esa dirección. Por supuesto, mientras mejor sea la inicialización del modelo, más preciso será el pronóstico que se obtiene».

Sin embargo, dijo, «la formación académica que tienen nuestros especialistas es muy buena, y en la región del Caribe se puede decir que somos líderes y hemos alcanzado prestigio y reputación en esta línea de trabajo. Incluso, las páginas nuestras las estuvo consultando el Centro Nacional de Meteorología de Haití, con el cual hemos estado colaborando. Este sistema de pronóstico inmediato se instaló allí y está operativo. Y lo mismo se está haciendo en Panamá».

Es reconfortante saber que cada día, un equipo de meteorólogos, físicos, matemáticos y especialistas en ciencia de la computación, descifran a través de números y cálculos, el pronóstico del tiempo, y más.