El ciclo diurno de la convección sobre la tierra es de gran importancia en los estudios del clima, debido a su fuerte influencia sobre el balance térmico de la atmósfera. Los objetivos de la presente tesis son simular el ciclo diurno de la precipitación y los calentamientos latente y radiativo usando el Modelo de Circulación General Atmosférico (MCGA), comparar la precipitación modelada con la nubosidad convectiva observada a partir de imágenes de satélite y analizar la distribución vertical del calentamiento total modelada. Se ha usado el MCGA para simular el ciclo diurno de la precipitación y los calentamientos radiativo y latente con muestras cada dos horas de modo que, permita estudiar variaciones de por lo menos cuatro horas en el ciclo diurno. El periodo de estudio abarca los quince primeros días del mes de enero del 2002 y el área de estudio está comprendida entre las longitudes 58 a 68o Oeste y las latitudes 4 a 10o Sur (Amazonía central). Entre los resultados más importantes obtenidos se tiene: El MCGA reprodujo la hora de máxima precipitación (2pm) en la Amazonía central que coincide con la máxima precipitación observada en el Large-Scale Biosphere Atmosphere Experiment (LBA). El MCGA reprodujo dos bandas de precipitación (Andes, Amazonía central) durante la tarde, que coinciden con las bandas de frecuencia de nubosidad convectiva obtenida por Garreaud y Wallace [14]. En el balance térmico de la atmósfera según el MCGA, durante el día predomina el calentamiento latente, mientras que durante la noche predomina el enfriamiento por onda larga.

El ciclo diurno de la convección sobre la tierra es de gran importancia en los estudios del clima, debido a su fuerte influencia sobre el balance térmico de la atmósfera. Los objetivos de la presente tesis son simular el ciclo diurno de la precipitación y los calentamientos latente y radiativo usando el Modelo de Circulación General Atmosférico (MCGA), comparar la precipitación modelada con la nubosidad convectiva observada a partir de imágenes de satélite y analizar la distribución vertical del calentamiento total modelada. Se ha usado el MCGA para simular el ciclo diurno de la precipitación y los calentamientos radiativo y latente con muestras cada dos horas de modo que, permita estudiar variaciones de por lo menos cuatro horas en el ciclo diurno. El periodo de estudio abarca los quince primeros días del mes de enero del 2002 y el área de estudio está comprendida entre las longitudes 58 a 68o Oeste y las latitudes 4 a 10o Sur (Amazonía central). Entre los resultados más importantes obtenidos se tiene: El MCGA reprodujo la hora de máxima precipitación (2pm) en la Amazonía central que coincide con la máxima precipitación observada en el Large-Scale Biosphere Atmosphere Experiment (LBA). El MCGA reprodujo dos bandas de precipitación (Andes, Amazonía central) durante la tarde, que coinciden con las bandas de frecuencia de nubosidad convectiva obtenida por Garreaud y Wallace [14]. En el balance térmico de la atmósfera según el MCGA, durante el día predomina el calentamiento latente, mientras que durante la noche predomina el enfriamiento por onda larga.

Magíster en Meteorología y Climatología / Se analizan los indicadores climáticos extremos de precipitación y temperatura propuestos por el Expert Team on Climate Change Detection Monitoring and Indices (ETCCDMI), a partir de series diarias de temperaturas extremas y precipitación en 17 puntos a lo largo de Chile, correspondientes al periodo 1961-1990. Con el fin de proyectar su comportamiento para fines del siglo XXI, se realizaron simulaciones bajo el escenario futuro SRES A2 del modelo regional climático PRECIS (Providing Regional Climates for Impact Studies) para 1961-1990 y 2071-2100. Se calcularon los indicadores ya mencionados para cada uno de los dos periodos de 30 años. Del análisis de los datos de temperaturas extremas diarias y precipitación diaria generados en las simulaciones de PRECIS, se concluyó que el modelo reproduce adecuadamente en todas las estaciones, el ciclo anual y la distribución de frecuencias de las temperaturas extremas, pero revelando subestimaciones de los valores medios mensuales en la región norte y sobrestimaciones de los mismos en la región central y sur. En relación a la precipitación, PRECIS en general la subestima, logrando reproducir en forma satisfactoria el ciclo anual sólo en la región entre 30°S y 41°S. Este estudio y otros recientes muestran que la temperatura mínima diaria aumentó significativamente en el periodo 1961-1990, entre los 18°S y 40°S. Por otra parte, se observó un incremento significativo en el porcentaje de días al año cuando la temperatura máxima sobrepasa el percentil 90% (noches cálidas), en el número de días con temperatura máxima por sobre los 25°C (días de verano) y en la frecuencia de días con temperatura mínima superior a 20°C (noches tropicales), mientras que los indicadores de extremos fríos disminuyeron su frecuencia. Asimismo, en un porcentaje importante de indicadores se observa que la tendencia cambia al considerar un periodo más extenso (1961-2010), demostrando que la variabilidad decadal incide significativamente en las tendencias climáticas, lo que conlleva a incertidumbre en la interpretación futura. Con esto, para fines del siglo XXI, se proyecta un aumento en los valores medios de temperatura sin cambios significativos en la varianza, por lo que se concluye que los eventos anormalmente cálidos (fríos) serán más (menos) frecuentes. En la región norte del país los cambios más significativos son: una disminución de la amplitud térmica diurna, aumento en la temperatura mínima más alta del año, incremento de las noches cálidas y días cálidos (igual a las noches cálidas pero para la temperatura máxima), y decrecimiento en igual orden de magnitud de la frecuencia de noches frías y días fríos (porcentaje del número de días inferior al percentil 10%, para la temperatura mínima y máxima, respectivamente). Las noches tropicales y días de verano se incrementarán significativamente. En la zona central entre 29ºS 33ºS, los cambios más notables ocurrirán en la región adyacente a la cordillera. La temperatura mínima y máxima aumentan en el futuro, pero ésta última lo hace a una tasa mayor, lo que implica un crecimiento de la amplitud térmica diurna. Aumentará la frecuencia de periodos anormalmente cálidos (Tmax > 32ºS) y disminuirá la frecuencia de heladas (Tmin < 0°C) y en particular las más intensas (Tmin < -2°C) desaparecerán casi por completo. En relación a la precipitación en esta región, se proyecta una disminución del total anual aunque no en una forma significativa. En la región sur (37°S - 42°S), la frecuencia de noches tropicales aumentará en al menos 2 eventos por año. Respecto de la precipitación en esta región, se proyecta una disminución significativa para fines del siglo XXI. Finalmente, en la región austral (43°S 53°S), los cambios más importantes están asociados a los indicadores de la temperatura máxima, como un aumento significativo de los días cálidos. Aquí, la precipitación disminuye sólo en la parte norte, mientras que hacia el sur se espera un incremento en la frecuencia precipitación diaria superior a 10 mm. Se destaca la importancia de este estudio en cuanto a poner en evidencia los cambios actuales y la proyección futura de los eventos extremos de precipitación y temperatura en el país, para apoyar la realización de estudios de impactos en las diversas áreas socioeconómicas.

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Ingeniero Civil Eléctrico / Las radiosondas son una importante herramienta utilizada por los servicios meteorológicos a través del mundo para ayudar, entre otros usos, a predecir el tiempo. Estos instrumentos son también utilizados en la investigación científica. Los datos recogidos ayudan a advertir al público y pilotos acerca de condiciones de mal tiempo. Desafortunadamente, solo un puñado de modelos de radio-sondas están disponibles comercialmente. Peor aún, los detalles del funcionamiento interno de estos son desconocidos para los usuarios. La personalización de estos modelos es poco factible. Este informe describe el trabajo desarrollado en el contexto del proyecto Ckelinar. El objetivo de este proyecto es entregar a la comunidad una radio-sonda de diseño abierto. En este contexto abierto significa que el usuario tiene acceso completo al diseño, puede construir, modificar y extender el instrumento. En particular la contribución de este trabajo es definir un bus que permita acelerar el desarrollo al dividir el sistema en varios módulos, los que pueden ser desarrollados independientemente y que solo interactúan a través del bus. Esto también permite que el sistema pueda ser fácilmente extendido para agregar nuevos sensores según las necesidades del usuario final. Este trabajo también define una metodología de trabajo que permite a los diseñadores a trabajar colaborativamente y mantener registro de las diferente versiones del proyecto. Finalmente se realiza un análisis acerca de las diferentes licencias libres que permiten dar acceso a la comunidad al diseño, considerando que el proyecto esta compuesto tanto de software como hardware.

Magíster en Meteorología y Climatología / La frecuencia de neblina y nubosidad baja en el valle central de Chile fue estudiada a partir de imágenes del satélite GOES East y de datos de estaciones agrometorológicas en superficie. Se determinó que en los meses de invierno la ocurrencia de eventos de neblina es mayor que en las otras estaciones del año y con la mayor persistencia del fenómeno en cantidad de horas. En el resto de las estaciones, la duración del fenómeno disminuye en cantidad de horas, siendo mínima en verano. La mayor ocurrencia de eventos de niebla y neblina en presencia de valores de humedad específica más bajos, lleva a la conclusión que la formación de neblina debe darse en mayor parte debido a efectos de enfriamiento radiativo. A medida que transcurren las horas del día, la frecuencia comienza a disminuir en todas las estaciones, lo que indica la disipación de la nubosidad baja. Un caso es descrito utilizando información del satélite GOES East, datos de estaciones agroclimeteorológicas y campos de reanálisis. Se detectó presencia de nubosidad baja en varios días de una semana y bajo distintas configuraciones sinópticas, donde el mecanismo radiativo sigue siendo el principal mecanismo y presente en la mayoría de los casos.

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En esta tesis doctoral se combinan técnicas estadísticas y el uso de sistemas de información geográfica para modelizar y representar algunas propiedades de la capa arable de los suelos de la Región de Murcia que tienen relación con su capacidad de almacenamiento de humedad. El primer objetivo es elaborar modelos a escala regional que permitan predecir el contenido de diversos constituyentes del suelo (carbono orgánico, carbonato cálcico total o equivalente, y fracciones granulométricas), representando cartográficamente el resultado de los modelos obtenidos. El segundo objetivo es la obtención de modelos que permitan predecir las mismas variables a escala local, para compararlos con los modelos obtenidos anteriormente a escala regional y analizar las diferencias entre ellos. El tercer objetivo es validar funciones de transferencia obtenidas en una revisión bibliográfica para la estimación de las propiedades hídricas de los suelos (densidad aparente, contenido de agua a capacidad de campo y en el punto de marchitamiento), y comparar su desempeño con nuevas funciones de edafotransferencia calibradas con los datos disponibles para los suelos de la región de Murcia. Las fuentes de información utilizadas para la predicción de las propiedades físico-químicas fueron tres bases de datos de suelos; el Modelo digital de elevaciones (MDE) con una resolución de 25 m; datos climáticos procedentes de 625 estaciones climáticas; el mapa de usos y coberturas de suelo de CORINE Land Cover de 1990, y el mapa digitalizado de suelos elaborado por la CARM. Estos datos fueron analizados con el programa estadístico R y los sistemas de información geográfica GRASS y SAGA, obteniendo un total de 181 variables, posteriormente estandarizadas. De ellas, se han eliminado las que presentaban un alto grado de colinealidad usando el método del Factor de Inflación de la Varianza. Para la obtención de los modelos, se ha utilizado un método de regresión-krigeado, en el cual la tendencia fue ajustada utilizando diferentes técnicas paramétricas y no paramétricas, y los residuos mediante técnicas de krigeado. Se elaboraron 11 modelos con el programa estadístico R para cada una de las variables estudiadas, utilizando un sistema de validación cruzada con 5 bloques: los cuatro primeros se utilizaron para la calibración y el último para la validación. El ajuste a los datos observados se expresó a través de la correlación y el valor de RMSE. Los modelos a escala regional elaborados, a pesar de no ser capaces de reflejar toda la variabilidad espacial mostrada por las propiedades seleccionadas, sirven para estimar sus valores medios. En todos los modelos a escala regional, el método de Random Forest con validación cruzada en bloques fue el que mejor resultado proporcionó, incluyendo mayoritariamente variables climáticas, los tipos de suelos y coberturas y algunas variables geomorfométricas. El contenido de carbono orgánico y carbonato cálcico los que obtienen un mejor resultado y una mejor estructura espacial de los residuos, que pudieron interpolarse con Krigeado ordinario, mientras que las fracciones granulométricas obtuvieron modelos con mayores valores de error y menores correlaciones y la estructura espacial de los residuos es peor. En el caso de los modelos a escala local, no se produce un aumento de la capacidad predictiva. De las funciones de edafotransferencia obtenidas en la revisión bibliográfica, la que mejor resultado proporciona para las tres variables hídricas estudiadas fue la de Barahona y Santos (1981). El uso de los datos disponibles para calibrar nuevas funciones no mejora el resultado. A pesar de la propagacion de errores en los mapas de variables físicoquímicas, se considera que los mapas de variables hídricas ofrecen una estimación satisfactoria de estas propiedades edáficas. / This PhD Thesis combines statistical techniques and the use of Geographic Information Systems to model and map some water storage capacity features of the soil arable layer in the Region of Murcia. The first objective involves regional scale models to predict and map the amount of several soil components (organic carbon, total or equivalent calcium carbonate and texture fractions). The second objective is to obtain models to predict the same soil properties at a local scale, in order to compare them with the models obtained at the regional scale and to analyse the differences between them. The third objective is to validate pedotransfer functions from the literature for the estimation of hydrological properties of the soil (bulk density, soil water content at field capacity and permanent wilting point), and to compare their accuracy with new pedotransfer functions calibrated with the soil data available for the Region of Murcia. The information sources used for the prediction of the physical-chemical soil properties were three soil data surveys; the Digital Terrain Model (DTM) at a 25m resolution; climatic data from 625 weather stations; the CORINE Land Cover map from 1990, and the map of soil classes digitalized by the Region of Murcia Autonomous Community (CARM). These data were analysed using the statistical software R and the geographic information systems GRASS and SAGA, obtaining 181 variables that were subsequently standarized. Afterward, those showing a higher collinearity were removed using the Variance Inflation Factor method. In order to obtain the predictive models, a regression-kriging method was selected, in which the trend was adjusted using different parametric and non-parametric techniques, and the residuals were interpolated using ordinary kriging. For each selected soil component, 11 models were tested using different packages of R. A 5-Fold-Cross-Validation method was used, in which the first 4 blocks worked as calibration set, and the last fifth block worked as validation set. The goodness of fit of each model was measured through the correlation between measured and predicted values and the value of RMSE. The models performed at the regional scale are useful to estimate the mean values of the selected soil properties, although they are not able to explain all the spatial variability of the selected properties. In all of them, the Random Forest method with 5-Fold-Cross-Validation was the technique that obtained better results, including mainly climatic predictors, soil classes and covers, and some morphometric features. The highest goodness of fit and the best spatial structure of the residuals were obtained for Soil Organic Carbon and total calcium carbonate contents. On the other hand, The models for the texture fractions obtained lower correlations, higher error values and also a worst spatial structure of the residuals. The accuracy of the models at the local scale was no better than at the regional scale. Regarding the pedotransfer functions obtained from the literature, the best results for the three hydrological properties were obtained with the Barahona and Santos (1981) equation. The use of the available data to calibrate new pedotransfer functions did not improve these results. Notwithstanding the error propagated from the maps of physical-chemical soil parameters, it can be considered that the maps of the hydrological soil properties provide a good estimation of these edaphic attributes.

Antofagasta (23.4° S, 70.4° W) se encuentra ubicada en uno de los bordes de la zona de estratocúmulos (Sc) del sector Este del Anticiclón del Pacífico Sur. Esta cubierta de nubes tiene un gran efecto sobre el sistema climático, afectando el balance radiativo del planeta. Existen distintos estudios en esta zona que han caracterizado y buscado mecanismos que puedan explicar las variaciones en la Capa Límite (CL) de Antofagasta. Sin embargo, muchos de éstos estudian las variables por separado y en distintos periodos de tiempo. En este trabajo se intenta hacer un análisis más integral que relacione la variabilidad de superficie, la inversión de subsidencia y la nubosidad en la zona. Para que esta caracterización fuera lo más consistente posible, se generó una base de datos validada de radiosondeos para Antofagasta entre los años 1957 y 2008. Con esta base de datos, además de las observaciones de superficie realizadas por la Dirección Meteorológica de Chile en el aeropuerto de Cerro Moreno, se definieron parámetros que describen la CL en la zona. Se comenzó con la identificación de la inversión de subsidencia, principalmente de la base de ésta (Zb), que se consideró como el tope de la CL. Esta altura se concentra entre los 700 y 1200 metros sobre el nivel de mar (msnm). El ciclo diario de Zb es más marcado en la estación de primavera, en la cual presenta una menor altura en la tarde (00Z) en comparación a la mañana (12Z), posiblemente, debido en parte al aumento en la tarde de la divergencia del flujo zonal sobre la inversión, lo que aumentaría la subsidencia y se sumaría al descenso de gran escala. El ciclo anual de Zb mostró que las menores alturas se encuentran en invierno y primavera con promedios alrededor de 850 msnm, mientras que las mayores alturas medias se concentran en verano, con medias alrededor de 1100 msnm. La nubosidad, caracterizada a partir del techo nuboso, tiene una ocurrencia más frecuente en la primavera y durante las noches. Las variables termodinámicas promediadas en la CL muestran un pronunciado ciclo estacional caracterizado por menor temperatura potencial, mayor humedad relativa (HR) y menor razón de mezcla (q) en el periodo invierno-primavera. Luego de la caracterización general de algunos parámetros de la CL, se identificaron las diferencias entre tener noches con y sin nubes. Para las variables de superficie las principales diferencias fueron: un descenso mayor de la temperatura y por consiguiente una mayor HR en el caso de noches sin nubes, debido principalmente a un mayor enfriamiento radiativo. Como consecuencia de lo anterior, el nivel de condensación por ascenso resulta más bajo en el caso de las noches despejadas. La altura de la base de la inversión no muestra una diferencia importante bajo las dos condiciones de nubosidad nocturna en verano; no así en primavera, donde esta altura es menor en el caso de noches despejadas. Sólo en primavera la razón de mezcla con noches nubladas es prácticamente constante con la altura dentro de la CL lo que indicaría una buena mezcla. La componente zonal del viento no presenta diferencias importantes bajo los 1500 m para ambas estaciones ni condiciones nubosas. En cambio, la componente meridional del viento bajo los 1000 m presenta en primavera viento del sur más intenso en el caso despejado. En verano no se observaron cambios entre ambas condiciones nubosas. Los resultados más destacados del análisis de las series temporales son una tendencia al descenso de la base y del tope de la inversión, así como de la altura del techo nuboso, de16, 22 y 84 m/década, respectivamente. Estos resultados sugieren que el espesor de los estratocúmulos puede haber aumentado en los últimos años. Las inversiones superficiales han ido aumentando su frecuencia a lo largo del tiempo, lo que podría tener una relación con una disminución de la cobertura nubosa.