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.

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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Magíster en Meteorología y Climatología / En este trabajo se implementa y validan los resultados de una primera aplicación de un modelo de calidad de aire que acopla módulos meteorológicos y de química atmosférica, sobre la cuenca de Santiago, para fines de aplicación ulterior como una herramienta operacional de pronóstico del tiempo químico en la Dirección Meteorológica de Chile, en adición a otras herramientas ya disponibles. El modelo ha sido desarrollado en el Centro de Pronóstico del Tiempo y del Clima de Brasil (INPE-CPTEC) y se quiere que esta herramienta se convierta en una plataforma de desarrollo comunitario en América del Sur, para lo cual este trabajo ha constituido el proyecto piloto para la exportación del modelo a otras instituciones en la región. En este contexto, este trabajo ha ayudado a identificar las modificaciones en aspectos computacionales y físicos del código necesarias para el buen funcionamiento del mismo a escala urbana y sobre una zona de topografía compleja. Aquí se muestra la evaluación sistemática del modelo con énfasis en la inicialización en los campos de humedad, representación de la capa límite y procesos de advección. Para ello se eligió un periodo de 2 semanas en enero de 2002, para el cual se simuló la dispersión de monóxido de carbono (CO), una traza químicamente pasiva a escala urbana y la formación fotoquímica de ozono (O3) a partir de precursores. Estos resultados son comparados con observaciones disponibles en Santiago y con simulaciones del modelo MM5-Polyphemus, implementado de modo operacional en la Dirección Meteorológica de Chile. También fueron estudiados y evaluados aspectos tales como la razón entre compuestos orgánicos volátiles y óxidos de nitrógeno presente en el inventario local de emisiones y los resultados simulados de óxidos de nitrógeno, respectivamente. Se concluye que el modelo es capaz de representar las características generales de la variabilidad meteorológica y química sobre la zona de estudio, haciéndolo pertinente como herramienta operativa para pronósticos del tiempo químico. Se considera, sin embargo, que su desempeño podría ser mejorado al incrementar su resolución espacial en la zona de estudio, así como ajustando las opciones físicas disponibles en el modelo.