Magíster en Meteorología y Climatología / Las bajas segregadas (BSs) son fenómenos típicos en las medias latitudes que frecuentemente generan precipitaciones de carácter inusual y tiempo severo. Tomando en cuenta sólo el Hemisferio Austral, varios estudios concernientes a estos sistemas han sido realizados, entre los cuales se cuentan climatologías, análisis de casos y simulaciones numéricas, pero pocas investigaciones han estudiado cómo la precipitación se comporta con las BSs más allá de una escala regional. En el presente trabajo se ha estudiado a las BSs tomando en cuenta tanto características meteorológicas (intensidad, contribución del vapor de agua, circulación de los niveles bajos, etcétera.) como las influencias geográficas. La metodología implicó el desarrollo de un algoritmo semi-automático de identificación y seguimiento de BSs dentro del dominio 10- 50° S durante el período 1998-2014 (17 años). Dicho algoritmo incorporó tres condiciones: 1) presentar un mínimo local de altura geopotencial en 300 hPa, 2) presentar un mínimo de espesor en la capa 300-600 hPa, y 3) cumplir la condición de que el sistema escapara del cinturón de los máximos vientos del oeste. Además, las BSs debían tener un mínimo de 24 horas de tiempo de vida para ser consideradas en este estudio. Los datos de precipitación fueron obtenidos de TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) utilizando el producto satelital 3B42 (Merged HQ/Infrared Precipitation). En el HS, la precipitación en las BSs se desarrolla principalmente en el flanco este de ellas, mostrando una interacción importante con la actividad convectiva subtropical sobre el Pacífico occidental y sobre los bordes orientales de Sudamérica, África y Australia. Sobre tales áreas, se produjeron los mayores aportes de precipitación acumulada a nivel anual por parte de estos eventos. Las BSs que se desarrollaron sobre las regiones cercanas al predominio de los anticiclones subtropicales mostraron patrones de precipitación más débiles y dispersos. A pesar de ello, las mayores contribuciones relativas de precipitación a nivel anual se produjeron sobre tales zonas de características semidesérticas. Además, los sistemas que se generaron al sur de los 35°S tendieron a generar importantes circulaciones ciclónicas en niveles bajos, y también a producir estructuras de precipitaciones similares a los hallados en los ciclones extratropicales en su estado de oclusión. La variable que mejor explicó la generación de precipitaciones en las BSs fue el aporte de humedad (cuantificado como agua precipitable), y de manera secundaria la intensidad de estos sistemas. Fuera de la escala sinóptica, factores locales de la topografía parecen ser muy importantes en realzar la precipitación en presencia de estos eventos.

Magíster en Meteorología y Climatología / Ingeniero Civil Matemático / La Teoría de la Observación y Asimilación permite estudiar diversos Sistemas de Observación Atmosférica, entregando un marco matemático para abordar problemas de incompletitud e incertidumbre de las observaciones mediante la introducción de conceptos de asimilación, error, precisión, calidad y optimalidad de éstas. Cuando se cuenta con un modelo del fenómeno observado, es posible utilizar esta teoría -desde una perspectiva variacional- para mejorar estimaciones o determinar parámetros propios de éste. Por el contrario, si no se cuenta con un modelo, esta teoría permite -desde una perspectiva estadística- descubrir en las observaciones estructuras internas a partir de la cuales proponer mecanismos descriptivos. La primera parte de esta tesis aborda el sistema de observación correspondiente a la actual red de monitoreo de la calidad del aire de Santiago de Chile. Para ello se cuenta con datos provenientes de un modelo de dispersión de CO para la cuenca de Santiago durante el verano del año 2005. Primero se introducen los conceptos básicos de la teoría de la observación necesarios para definir indicadores de la calidad de las observaciones -Johnson, C. 2009 and Fisher, M. 2003-. A partir de éstos se proponen -y aplican a la red de estudio- metodologías para extensión, reducción, agrupamiento, optimalidad y planificación de redes de monitoreo -Osses et al., 2012-. En particular, se determinan los rasgos que debería tener una red de monitoreo en la cuenca de Santiago para ser óptima respecto de la cantidad de información que ésta provee. La segunda parte de esta tesis consiste en un estudio de la estructura vertical de ozono troposférico sobre Rapa Nui. Para ello se cuenta con datos provenientes de 210 ozonosondas entre los años 1994 y 2010. La aplicación de un análisis estadístico clásico a los datos y la revisión de campos meteorológicos provenientes de los reanálisis NCEP/NCAR, permiten proponer mecanismos dinámicos para explicar ciertos rasgos de la estructura de ozono en la región de estudio. Posteriormente, la aplicación de métodos de clustering basados en asimilación estadística de datos -Self Organizing Maps, Kohonen et al., 1990-, permite corroborar las hipótesis propuestas por el análisis clásico -Thompson et al., 2003-. En particular, se afirma que la distribución del ozono en la tropósfera alta está caracterizada por los mecanismos de intercambio tróposfera-estratósfera asociados la presencia del Jet Subtropical sobre la región de estudio.

El peligro de incendios, desde una perspectiva climática, es el descriptor resultante de la integración de las principales variables atmosféricas que afectan de forma directa al inicio, propagación y dificultad de control de un incendio forestal en un momento determinado. Uno de los más utilizados a nivel mundial es el sistema canadiense, conocido como FWI, acrónimo del inglés Fire Weather Index. En esta tesis se desarrollan escenarios futuros de FWI (e indicadores derivados de éste) a varias escalas espaciales, a partir de diferentes proyecciones de cambio climático y aplicando diversas técnicas de regionalización. Se analizan las relaciones entre peligro de incendios y áreas quemadas a nivel global para la identificación de las zonas del planeta más sensibles al cambio climático, y se analizan algunos aspectos metodológicos clave insuficientemente tratados hasta el momento, como la resolución temporal de las variables de entrada, la aplicación de técnicas de regionalización estadística apropiadas y las ventajas y limitaciones del uso de modelos numéricos para la generación de escenarios de FWI. / From a climatic standpoint, fire danger can be defined as the descriptor resultant after the integration of the main atmospheric variables most directly involved in the ignition, propagation and difficulty of suppression of a forest fire. One of the most popular fire danger indicators worldwide is the Canadian Fire Weather Index (FWI). This PhD Thesis is focused on the generation of future FWI (and other FWI-derived indicators) scenarios at different spatial scales, building upon different future climate projections and downscaling techniques. The relationship between fire danger and burned area is analyzed at a global scale in order to identify the most sensitive areas to climate change. Several key methodological aspects, insufficiently analyzed in previous studies, are addressed such as the time resolution of input variables, the use of adequate statistical downscaling techniques and the advantages and limitations of using numerical model simulations for the generation of FWI scenarios.

Queries related to environmental degradation, climate changes, quality of life, sustainable development and thermic comfort have brought great interest and worries not only among scientists but within the most diverse social sectors. The objective of this study is to analyze the climate behavior in the city of Cáceres-MT, which is located on the left bank of the Paraguay river, in southwest of State Mato Grosso, central Brazil.To verify the behavior of the climatic elements ( temperature, atmospheric pressure, evaporation,moisture and precipitation) in the city of Cáceres-MT during the 1971-2003 period, there were fulfilled the following steps: (a) data collection; the meteorological data was analyzed infour periods: 1971-1980; 1981-1990; 1991-2000; and 2000-2003; (b) construction of climategraphics and their comparative interpretation which ended in this paper. Annual precipitation mean is of 1200 mm, with a well defined rainy period (from Octoberto April, with major incidence from December to March), and another considered dry from April to September. Temperature analysis in three decades show variations: in the first decade (1971-1980) there was a mean of 24,7 °C; this rose to 25,1 °C in the decade of 1980 (1981-1990), continued rising in the decade of 1990 (1991-2000) to reach 25,4 °C and to26 °C in the last three years of the period studied (2001-2003). Air pressure varies in general from 997 to 998,5 milibars. This variation keeps relation with the mean temperature changes in the region. Contrary to the evaporation that showed high and low fluctuations, moisture was almost stable and the variation was les than 3,5% in 33 years. As for precipitations, it was found that in the decade of 1970, the pluviometric mean was 1.402,2 mm; it was 1.259,5 in the following decade, rising to 1.358,2 mm in the decade of 1990, and went down to 1.172,1mm in the last three years analyzed. In correlating the climate variations to the urban expansion of the city of Cáceres we may say that the temperature increase is due to the disappearance of the forest cover and its replacementby constructions and pavement. / Las cuestiones relacionadas con las degradaciones ambientales, cambios climáticos, calidad de vida, desarrollo sostenible y confortabilidad térmica han despertado gran interés y preocupación tanto en los medios científicos como en los más variados sectores sociales. Este estudio tiene por objeto analizar el comportamiento de los elementos climáticos en la ciudad de Cáceres-MT. Esta ciudad se encuentra en la margen izquierda del río Paraguay, al sudeste del Estado Mato Grosso, en el sector central de Brasil. Para verificar el comportamiento de los elementos climáticos (temperatura, presión atmosférica, evaporación, humedad y precipitación) en la ciudad de Cáceres-MT, en el período 1971-2003, se cumplieron las siguientes etapas: (a) recopilación de datos; los datos meteorológicos fueron analizados en cuatro períodos:1971-1980; 1981-1990; 1991-2000; y 2000-2003; (b) construcción de gráficos climáticos ysu análisis comparativo que culminó con la sistematización de este trabajo. El promedio de las precipitaciones es de 1200 mm anuales, con un período lluvioso bien definido (de octubre a abril, con mayor incidencia en los meses de diciembre a marzo) y otro considerado seco entre abril y septiembre. El análisis de la temperatura en tres décadas muestra variaciones: en la década de 1970 (años 1971-1980) se tuvo una media de 24,7 °C; subió a 25,1 °C en la década de 1980 (años 1981-1990) y continuó aumentando en la década de 1990(1991-2000) en donde llegó a 25,4 °C y continuó subiendo hasta llegar a 26 °C en los tres últimos años analizados (2001-2003). De manera general se tiene una presión atmosférica que varía entre 997 y 998,5 milibaras. Esta variación guarda relación con los cambios de temperatura media de la región. Al contrario de la evaporación que presentó fluctuaciones entre altas y bajas,la humedad se mantuvo casi estable y la variación fue menos de 3,5% en 33 años. En cuanto a las precipitaciones se encontró que en la década de 1970, la media pluviométrica fue de 1.402,2mm, y pasó a 1.259,5 mm en la década de 1980, subiendo nuevamente a 1.358,2 mm en la siguiente década, para luego bajar a 1172,1 mm en los tres últimos años analizados. Al correlacionar las variaciones climáticas con la expansión urbana de la ciudad de Cáceres, posiblemente el aumento de la temperatura esté vinculado con la desaparición de la vegetacióny su reemplazo por construcciones y vías pavimentadas. / As questões referentes às degradações ambientais, mudanças climáticas, qualidade de vida, desenvolvimento sustentável e conforto térmico têm despertado grandes interesses e preocupaçãotanto nos meios científicos como também nos mais variados setores sociais. O estudo objetivou analisar comportamento dos elementos climáticos na cidade Cáceres-MT.A cidade de Cáceres encontra-se na margem esquerda do rio Paraguai, no sudoeste do estadode Mato Grosso, na porção central do território brasileiro. Para verificar o comportamento dos elementos climáticos (temperatura, pressão atmosférica, evaporação, umidade e precipitação) da cidade de Cáceres-MT, no período de 1971 a 2003 seguiu as seguintes etapas: levantamento e leituras de obras; Os dados meteorológicos foram analisados em quatro períodos: 1971 a1980; de 1981 a 1990; de 1991 a 2000 e de 2000 a 2003; confecção de gráficos climáticos e respectiva análise comparativa que culminou com a sistematização deste trabalho. O seu regime pluviométrico tem média em torno de 1.200 mm anuais, tendo um período chuvoso bem definido (outubro a abril, com maior incidência nos meses de dezembro, janeiro, fevereiro e março), e outro considerado seco, entre os meses de abril a setembro. A análise da temperatura em três décadas mostra variação da temperatura, na década de 1970 (anos 1971 a1980) possui a média 24,7 °C, evolui para 25,1 °C na década de 1980 (anos 1981 a 1990) e na década de 1990 (anos 1991 a 2000) sobe novamente para 25,4 °C e continua subindo, atingindo a média 26 °C três últimos anos analisados (2001 a 2003). De maneira geral, percebe-se uma pressão atmosférica oscilando numa média entre 997 e 998.5 milibares. No entanto, percebesetambém que a média anual da pressão atmosférica apresenta variação em queda à partir da década de 1990; período em que também coincide o aumento da temperatura média da região. Ao contrário da evaporação que apresentou flutuação entre altas e baixas, no comportamento da umidade verifica-se apenas queda. Apesar de bastante pequena, percebe-se uma variação para menor de 3,5% em trinta e três anos, ou seja, no período de 1971 a 2003. Quanto a precipitação verificase que na década de 1970 (ano de 1971 a 1980), a média pluviométrica é de 1.402,2 mm, passando para 1259,5 mm na década de 1980, subin do novamente para1.358,2 mm na década de 1990 e novamente caindo – para 1.172,1 na média dos três últimos anos analisados. Assim, percebe-se então uma queda de 230,1 mm no volume de chuva entre a primeira década e os últimos três anos. Ao correlacionar as variações climáticas e a expansão urbana da cidade de Cáceres possivelmente o aumento da temperatura, está vinculado à retirada da vegetação e implementação dacida de (construção de residências, pavimentação asfaltica, dentre outras).

La ciudad de Santiago (33.5 ºS, 70.6 ºW) presenta una compleja geografía que deriva en especiales características de las variables de capa límite, además de la ocurrencia de eventos de alta concentración de material particulado, asociados a estas características. El desarrollo de la capa de mezcla diurna en Santiago se documenta en este estudio, usando datos de un nefobasímetro ubicado en el centro de esta ciudad, para un período de 9 meses. Para complementar el análisis se utilizan, además, datos de estaciones meteorológicas automáticas ubicadas en la cuenca de Santiago, datos de un perfilador acústico y resultados de una simulación con el modelo numérico de mesoescala MM5, hecha para un período de ocurrencia de capas de mezcla someras en la cuenca. Se aplicó un algoritmo para diagnosticar, a partir de los perfiles de reflectividad del nefobasímetro, la altura de capa de mezcla (HCM) en Santiago, el cual tiene buenos resultados durante días mayormente despejados y con una significativa concentración de partículas en el aire. Este análisis muestra que la HCM media a las 14 HL fluctúa entre los 400 m durante otoñoinvierno y los 700 m durante primavera-verano, con mayor dispersión de valores durante este último período. Se encontró una relación directa entre el balance de energía superficial y la HCM a las 14 HL, con un porcentaje de entre 20% y 40% de radiación solar incidente ocupada en el crecimiento y calentamiento de la capa de mezcla (CM) diurna, indicativo de la gran influencia que tiene el balance de energía superficial en la evolución de CM. Por otro lado, se identificaron episodios en que la advección de capa límite marina costera parece afectar de manera importante el balance de energía de la cuenca, especialmente durante primavera-verano. La estabilidad nocturna en la cuenca también es un factor importante en la evolución de CM, dando lugar en algunos casos a eventos de CM muy someras durante invierno, asociados con gran calentamiento sobre la capa límite y el consiguiente aumento de la estabilidad cerca de la superficie. Los resultados de la modelación de mesoescala reproducen de buena forma estos eventos de CM someras, aunque asociados a una disminución del flujo de calor sensible superficial y a una moderada amplitud térmica a 10 m, a diferencia de las observaciones, que sugieren que estos eventos de CM someras responden a un calentamiento del aire sobre la capa límite, un incremento importante de la estabilidad en la masa de aire de la cuenca y una amplitud térmica superficial también alta.

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Con la finalidad de mejorar el pronóstico de precipitaciones en la sierra norte y central se realiza la validación del modelo Global Forcasting System (GFS), con las estaciones convencionales del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) de la precipitación cuantificada para cada salida diaria del modelo, en el periodo comprendido entre el 20 de diciembre 2015 al 20 de enero de 2016. Desde el planteamiento de las ecuaciones que gobiernan la atmosfera ha pasado por innumerables problemas en cálculo, resolución a través de métodos numéricos y condiciones de frontera como la mejora significativa de las estaciones y sondajes atmosféricos recolección de datos información satelital; mejoras en las computadoras hasta tener un producto con una grilla de resolución espacial de 13 km cada tres horas y cuatro veces al día, los modelos numéricos han ido evolucionando y mejorando con el trascurrir de los años. Se debe validar para determinar la calidad del modelo numérico; en el presente trabajo se utilizó el coeficiente de correlación de Pearson, con los datos del pronóstico de precipitaciones del modelo GFS de 0.5 grados de resolución espacial, para los próximos 10 días y los datos de las estaciones convencionales de SENAMHI. Asimismo, se describe sintéticamente lo ocurrido sinópticamente, para lo cual se usaron datos de análisis del modelo GFS y las imágenes de satélite GOES 13 de vapor de agua e infrarroja además de una integración de ellas, para poder comprender lo sucedido en el periodo de análisis. Finalmente, esto servirá para implementar los pronósticos a corto plazo de precipitaciones en la sierra norte y central del Perú. / Tesis

La agricultura local en los Andes Centrales del Perú es sensible a episodios extremos, por ejemplo, la precipitación intensa asociada a tormentas convectivas perjudican los sembrios por el execeso de agua, mientras que los granizos rompen las hojas de los cultivos cuando alcanzan el suelo. Aquí se estudio la distribución espacial y la estructura vertical de las tormentas convectivas mediante el método del análisis complejo. El área de estudio se fraccionó en 4 sub áreas (3 áreas sobre los Andes y una que comprende la transición Andes-Amazonía), en los cuales se realizó la estadística de la reflectividad, la intensidad de lluvia y los parámetros microfísicos, determinados usando los sensores del PR-TRMM, el núcleo GPM, y el modelo WRF. Como resultado se tiene que en las regiones de los Andes ocurren sistemas de nubes convectivas más profundas que en la región de transición Andes-Amazonía. De modo que la diferencia del promedio vertical de la reflectividad presenta alrededor de 5dBZ entre Andes y Amazonía-Andes. El ciclo diurno de la lluvia es diferente entre las regiones de Andes y Amazonía-Andes. En promedio llueve en los intervalos 13-23 horas local y 18-6 horas local respectivamente. Los porcentajes de ocurrencia de precipitación convectiva y estratiforme en áreas de los Andes estan en proporción 30 % y 70 % respectivamente y sus contribuciones relativas a la lluvia acumulada son equivalentes, en cambio en la transici´on Amazonía-Andes los porcentajes de ocurrencia son 31 % y 69 % y sus contribuciones acumulativas a la lluvia son 53 % y 47 % respectivamente. Se concluye que la precipitación convectiva en las sub-áreas de los Andes dependen fundamentalmente del mecanismo de forzamiento orográfico que fortalece el crecimiento de los hidrometeoros por encima del nivel de congelación entre 6 y 12km de altura y propicia mayor acumulado de lluvia. / Tesis

Ingeniera Civil / Conocer la disponibilidad del recurso hídrico futuro en una región es un tema de alto interés para el desarrollo de actividades productivas que utilizan este recurso. Este trabajo de título aborda el análisis del impacto de las proyecciones meteorológicas del modelo de circulación global CSIRO en los recursos hídricos de algunas cuencas pluviales situadas en la provincia de Arauco, de la Región del Biobío, para mediados del siglo XXI. El objetivo general del trabajo consiste en estimar los caudales medios diarios para analizar la vulnerabilidad de los sistemas respecto al período base en las cuencas antes mencionadas, frente al escenario RCP8.5 de cambio climático. Para ello se calibró y validó el modelo hidrológico de escala diaria GR4J usando la información observada disponible. Usando los resultados del modelo de circulación global MK3.6 se obtuvieron las series proyectadas de precipitación y evaporación en los nodos de la grilla de interés, las que fueron escaladas espacial y temporalmente para las estaciones consideradas representativas de las cuencas, a base de los datos observados disponibles, derivándose las funciones de transferencia que permitieron obtener las forzantes meteorológicas futuras. Estos valores fueron usados como datos de entrada al modelo hidrológico GR4J, previamente calibrado y se obtuvieron las proyecciones de caudal requeridas para el análisis. Finalmente, el desarrollo del trabajo indica que para las cuencas Caramávida y Reputo se espera una disminución de las magnitudes de caudales de crecida. En Río Caramávida para el periodo de retorno de 5 años se espera que el caudal máximo bajo los escenarios RCP 8.5 sea del orden del 59% del caudal máximo de la línea base, en el caso del Río Reputo se estima caudales del 81%. Situación contraria se produciría en Cayucupil, que para un periodo de retorno de 5 años mantendría el caudal, mientras para uno de 10 aumentaría en un 4%. Con respecto a Butamalal no sería preciso indicar estimaciones ya que los resultados obtenidos indican que no es posible obtener una representación que se ajuste al comportamiento de la cuenca.

Magíster en Meteorología y Climatología / Ingeniero Civil Matemático / Se ha sugerido que el espesor óptico de aerosoles (AOD) derivado a partir de sensores a bordo de satélites puede ser un complemento a las mediciones superficiales de concentración de aerosoles en la capa límite. Se explora si esto es aplicable en el caso de Santiago de Chile, comparando el producto de AOD derivado de la señal satelital del instrumento MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) con diez años de mediciones in situ de concentraciones de material particulado parcialmente respirable (PM10) y totalmente respirable (PM2.5). Para ello, se desarrolla y aplica un modelo numérico simple de AOD en base a mediciones de concentración de material particulado en superficie, altura de capa límite y propiedades de aerosoles obtenidas de la literatura junto con la información disponible de estos parámetros para la ciudad de Santiago. El modelo captura la variabilidad estacional del AOD cuando es comparado con las observaciones obtenidas con un fotómetro solar de la red AErosol RObotic NETwork (AERONET) y también captura la variabilidad diurna en el caso de una campaña de un día. La variabilidad estacional opuesta entre la altura de la capa límite y la concentración de material particulado en superficie son las principales responsables de una estacionalidad débil del AOD simulado. Se observa una marcada estacionalidad del AOD satelital opuesta a la estacionalidad de la concentración de material particulado en superficie. Por otro lado y debido a la poca cantidad de mediciones simultáneas de AERONET y MODIS, se incluyen las simulaciones en la comparación de AOD. Se observa una considerable diferencia entre el comportamiento estacional del AOD simulado y el derivado de MODIS. En trabajos anteriores se sugiere que la presencia de nubes cirrus es la causa de la estacionalidad opuesta. En este estudio se deduce que aparentemente esta estacionalidad no se debe a la presencia de nubes cirrus. Con el uso de un modelo de reflectancia de superficie y sus parámetros derivados de MODIS, se propone que la diferencia entre la variación estacional del AOD de MODIS y aquella simulada se explica en gran parte por estimaciones inadecuadas de la reflectancia de la superficie y en menor grado por la selección inadecuada de propiedades ópticas y de proporción de fracción fina del aerosol en el algoritmo de MODIS. Se muestra que esta proposición se sustenta observacionalmente en el caso de Buenos Aires, donde se compara el AOD de MODIS con el observado por AERONET.