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pronóstico del tiempo

Pronóstico de presiones superficiales para los próximos cinco días en el Pacífico Norte, América del Norte y el Océano Atlántico Norte. La predicción meteorológica consiste en l...

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Pronóstico de presiones superficiales para los próximos cinco días en el Pacífico Norte, América del Norte y el Océano Atlántico Norte.

La predicción meteorológica consiste en la aplicación de la ciencia y la tecnología para predecir las condiciones atmosféricas en un lugar y momento determinados. Durante miles de años, se ha intentado predecir el tiempo de forma informal, y desde el siglo XIX, de forma formal.

Los pronósticos meteorológicos se elaboran recopilando datos cuantitativos sobre el estado actual de la atmósfera, la tierra y el océano, y utilizando la meteorología para proyectar cómo cambiará la atmósfera en un lugar determinado. Si bien antes se calculaban manualmente basándose principalmente en cambios en la presión barométrica , las condiciones meteorológicas actuales y las condiciones del cielo o la nubosidad, ahora los pronósticos meteorológicos se basan en modelos informáticos que tienen en cuenta muchos factores atmosféricos. [ 1 ] Todavía se requiere la intervención humana para seleccionar el mejor modelo posible en el que basar el pronóstico, lo que implica habilidades de reconocimiento de patrones, teleconexiones , conocimiento del rendimiento del modelo y conocimiento de los sesgos del modelo.

La imprecisión de los pronósticos se debe a la naturaleza caótica de la atmósfera, la enorme capacidad de cálculo necesaria para resolver las ecuaciones que describen la atmósfera, la tierra y el océano, el error inherente a la medición de las condiciones iniciales y un conocimiento incompleto de los procesos atmosféricos y relacionados. Por lo tanto, los pronósticos se vuelven menos precisos a medida que aumenta la diferencia entre el momento actual y el momento para el que se realiza el pronóstico (el rango del pronóstico). El uso de conjuntos de modelos y el consenso de modelos ayudan a reducir el error y a generar confianza en el pronóstico.

Los pronósticos meteorológicos tienen una amplia variedad de usos. Las alertas meteorológicas son importantes para proteger vidas y bienes. Los pronósticos de temperatura y precipitación son fundamentales para la agricultura y, por lo tanto, para los operadores en los mercados de materias primas. Las compañías eléctricas utilizan los pronósticos de temperatura para estimar la demanda en los próximos días. Diariamente, muchas personas utilizan los pronósticos meteorológicos para decidir qué ropa ponerse. Dado que las actividades al aire libre se ven seriamente limitadas por la lluvia intensa, la nieve y el viento helado , los pronósticos pueden utilizarse para planificar actividades en función de estos fenómenos, así como para prepararse con anticipación y afrontarlos.

La predicción meteorológica forma parte de la economía. Por ejemplo, en 2009, Estados Unidos gastó aproximadamente 5.800  millones de dólares en ella, generando beneficios estimados en seis veces esa cantidad. [ 2 ]

Historia

Pronósticos antiguos

En el año 650  a. C., los babilonios predecían el tiempo a partir de la forma de las nubes y la astrología . Alrededor del año 350  a. C., Aristóteles describió los patrones climáticos en Meteorologica . [ 3 ] Posteriormente, Teofrasto compiló un libro sobre predicción meteorológica, llamado el Libro de los Signos . [ 4 ] La tradición china de predicción del tiempo se remonta al menos al año 300 a.  C., [ 5 ] que fue aproximadamente la misma época en que los antiguos astrónomos indios desarrollaron métodos de predicción del tiempo. [ 6 ] En el Nuevo Testamento , se cita a Jesús refiriéndose al desciframiento y la comprensión de los patrones climáticos locales, diciendo: «Cuando llega la tarde, decís: “Hará buen tiempo, porque el cielo está rojo”, y por la mañana: “Hoy habrá tormenta, porque el cielo está rojo y nublado”. Sabéis interpretar el aspecto del cielo, pero no podéis interpretar las señales de los tiempos». [ 7 ]

En el año 904  d. C., la obra Agricultura nabatea de Ibn Wahshiyya , traducida al árabe a partir de una obra aramea anterior, [ 8 ] trató sobre la predicción del tiempo a partir de los cambios atmosféricos y las señales de las alteraciones astrales planetarias; las señales de lluvia basadas en la observación de las fases lunares ; y los pronósticos del tiempo basados ​​en el movimiento de los vientos. [ 9 ]

Los antiguos métodos de predicción meteorológica solían basarse en patrones observados de eventos, también denominados reconocimiento de patrones. Por ejemplo, se observaba que si la puesta de sol era particularmente roja, al día siguiente solía hacer buen tiempo. Esta experiencia se acumuló a lo largo de las generaciones, dando lugar a la tradición oral sobre el clima . Sin embargo, no todas estas predicciones resultan fiables, y muchas de ellas han demostrado no resistir pruebas estadísticas rigurosas. [ 10 ]

Métodos modernos

El Royal Charter se hundió en una tormenta en octubre de 1859, lo que impulsó el establecimiento de la predicción meteorológica moderna.

No fue hasta la invención del telégrafo eléctrico en 1835 que comenzó la era moderna de la predicción meteorológica. [ 11 ] Antes de eso, la velocidad máxima a la que podían viajar los informes meteorológicos distantes era de unos 160 kilómetros por día (100  mi/d), pero lo más típico era de 60 a 120 kilómetros por día (40 a 75  mi/d) (ya sea por tierra o por mar). [ 12 ] [ 13 ] A finales de la década de 1840, el telégrafo permitió que los informes de las condiciones meteorológicas de una amplia zona se recibieran casi instantáneamente, [ 14 ] lo que permitió hacer pronósticos a partir del conocimiento de las condiciones meteorológicas más a sotavento .

Los dos hombres a quienes se les atribuye el nacimiento de la predicción meteorológica como ciencia fueron el oficial de la Marina Real Francis Beaufort y su protegido Robert FitzRoy . Ambos fueron figuras influyentes en los círculos navales y gubernamentales británicos , y aunque fueron ridiculizados por la prensa en su momento, su trabajo obtuvo credibilidad científica, fue aceptado por la Marina Real y sentó las bases de todo el conocimiento actual sobre predicción meteorológica. [ 15 ] [ 16 ]

Beaufort desarrolló la escala de fuerza del viento y el sistema de codificación de notación meteorológica, que utilizaría en sus diarios durante el resto de su vida. También impulsó el desarrollo de tablas de mareas fiables en las costas británicas y, junto con su amigo William Whewell , amplió el registro de datos meteorológicos en 200 estaciones de la guardia costera británica .

Robert FitzRoy fue nombrado en 1854 jefe de un nuevo departamento dentro de la Junta de Comercio para gestionar la recopilación de datos meteorológicos en el mar como servicio a los marineros . Este fue el precursor de la moderna Oficina Meteorológica . [ 16 ] Todos los capitanes de barco tenían la tarea de recopilar datos meteorológicos y calcularlos, utilizando instrumentos probados que se prestaban para tal fin. [ 17 ]

Mapa meteorológico de Europa, 9 (arriba) y 10 (abajo) de diciembre de 1887.

Una tormenta en octubre de 1859 que causó la pérdida de la Carta Real inspiró a FitzRoy a desarrollar cartas que permitieran hacer predicciones, lo que él llamó "pronosticar el tiempo", acuñando así el término "pronóstico del tiempo". [ 17 ] Se establecieron quince estaciones terrestres para usar el telégrafo para transmitirle informes meteorológicos diarios a horas fijas, lo que condujo al primer servicio de alerta de vendaval. Su servicio de alerta para la navegación se inició en febrero de 1861, con el uso de comunicaciones telegráficas . Los primeros pronósticos meteorológicos diarios se publicaron en The Times en 1861. [ 16 ] Al año siguiente se introdujo un sistema de izar conos de advertencia de tormenta en los principales puertos cuando se esperaba un vendaval. [ 18 ] El "Libro del Tiempo" que FitzRoy publicó en 1863 estaba muy adelantado a la opinión científica de la época.

A medida que se expandía la red de telégrafo eléctrico, permitiendo una difusión más rápida de las alertas, se desarrolló una red nacional de observación que luego se utilizó para proporcionar análisis sinópticos. Para acortar los informes meteorológicos detallados en telegramas más económicos, los remitentes codificaban la información meteorológica en código telegráfico , como el desarrollado por el Cuerpo de Señales del Ejército de los Estados Unidos . [ 19 ] El Observatorio de Kew suministró a las estaciones de observación instrumentos para registrar continuamente las variaciones de los parámetros meteorológicos mediante fotografía ; estas cámaras habían sido inventadas por Francis Ronalds en 1845 y su barógrafo había sido utilizado anteriormente por FitzRoy. [ 20 ] [ 21 ]

Para transmitir información precisa, pronto se hizo necesario contar con un vocabulario estándar para describir las nubes; esto se logró mediante una serie de clasificaciones, realizadas por primera vez por Luke Howard en 1802 y estandarizadas en el Atlas Internacional de Nubes de 1896.

Predicción numérica

La diferencia entre el pronóstico y el resultado meteorológico real para pronósticos con 3, 5, 7 y 10 días de anticipación.

No fue hasta el siglo XX que los avances en la comprensión de la física atmosférica sentaron las bases de la predicción numérica moderna del tiempo . En 1922, el científico inglés Lewis Fry Richardson publicó "Weather Prediction By Numerical Process" [ 22 ] tras encontrar notas y derivaciones en las que había trabajado como conductor de ambulancias en la Primera Guerra Mundial. En ellas describió cómo se podían despreciar los términos pequeños en las ecuaciones de dinámica de fluidos pronósticas que rigen el flujo atmosférico, y cómo se podía idear un esquema de diferencias finitas en el tiempo y el espacio para permitir la obtención de soluciones de predicción numérica.

Richardson imaginó un gran auditorio con miles de personas realizando los cálculos y pasándolos a otros. Sin embargo, la enorme cantidad de cálculos necesarios era demasiado grande para completarse sin el uso de computadoras, y el tamaño de la cuadrícula y los pasos de tiempo llevaron a resultados poco realistas en sistemas cada vez más profundos. Más tarde se descubrió, mediante análisis numérico, que esto se debía a la inestabilidad numérica . [ 23 ] El primer pronóstico meteorológico computarizado fue realizado por un equipo compuesto por los meteorólogos estadounidenses Jule Charney , Philip Duncan Thompson , Larry Gates y el meteorólogo noruego Ragnar Fjørtoft , el matemático aplicado John von Neumann y la programadora de ENIAC Klara Dan von Neumann . [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] El uso práctico de la predicción numérica del tiempo comenzó en 1955, [ 27 ] impulsado por el desarrollo de computadoras electrónicas programables.

Transmisiones

Los primeros pronósticos meteorológicos diarios se publicaron en The Times el 1 de agosto de 1861, y los primeros mapas meteorológicos se produjeron más tarde ese mismo año. [ 28 ] En 1911, la Met Office comenzó a emitir los primeros pronósticos meteorológicos marítimos por transmisión de radio. Estos incluían avisos de vendaval y tormenta para áreas alrededor de Gran Bretaña. [ 29 ] En los Estados Unidos, los primeros pronósticos de radio pública fueron realizados en 1925 por Edward B. "EB" Rideout, en WEEI , la estación de Edison Electric Illuminating en Boston. [ 30 ] Rideout provenía de la Oficina Meteorológica de los Estados Unidos , al igual que el meteorólogo de WBZ G. Harold Noyes en 1931.

Pronóstico del tiempo de la BBC para el 13 de noviembre de 1936.

Los primeros pronósticos meteorológicos televisados ​​del mundo , incluido el uso de mapas meteorológicos, fueron transmitidos experimentalmente por la BBC en noviembre de 1936. [ 31 ] Esto se puso en práctica en 1949, después de la Segunda Guerra Mundial . [ 31 ] George Cowling dio el primer pronóstico del tiempo mientras era televisado frente al mapa en 1954. [ 32 ] [ 33 ] En Estados Unidos, James C. Fidler hizo pronósticos experimentales de televisión en Cincinnati en 1940 o 1947 en la DuMont Television Network . [ 30 ] [ 34 ] A finales de la década de 1970 y principios de la de 1980, John Coleman , el primer meteorólogo de Good Morning America de la American Broadcasting Company (ABC) , fue pionero en el uso de datos satelitales meteorológicos en pantalla y gráficos por computadora para pronósticos de televisión. [ 35 ] En 1982, Coleman se asoció con Frank Batten, director ejecutivo de Landmark Communications, para lanzar The Weather Channel (TWC), un canal de cable que transmite las 24 horas y ofrece informes meteorológicos nacionales y locales. Algunos canales meteorológicos han comenzado a transmitir en plataformas de transmisión en vivo como YouTube para llegar a más espectadores.

Predicción numérica del tiempo

Un ejemplo de predicción de la altura geopotencial de 500 mbar y la vorticidad absoluta a partir de un modelo numérico de predicción meteorológica.

La idea básica de la predicción numérica del tiempo es muestrear el estado del fluido en un momento dado y usar las ecuaciones de la dinámica de fluidos y la termodinámica para estimar el estado del fluido en algún momento futuro. Las principales entradas de los servicios meteorológicos nacionales son las observaciones de superficie de estaciones meteorológicas automatizadas a nivel del suelo sobre tierra y de boyas meteorológicas en el mar. La Organización Meteorológica Mundial actúa para estandarizar la instrumentación, las prácticas de observación y la sincronización de estas observaciones en todo el mundo. Las estaciones informan cada hora en informes METAR , [ 36 ] o cada seis horas en informes SYNOP . [ 37 ] Los sitios lanzan radiosondas , que ascienden a través de la profundidad de la troposfera y hasta bien entrada la estratosfera . [ 38 ] Los datos de los satélites meteorológicos se utilizan en áreas donde no hay fuentes de datos tradicionales disponibles. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] En comparación con datos similares de radiosondas, los datos satelitales tienen la ventaja de una cobertura global, pero con una precisión y resolución menores. [ 42 ] El radar meteorológico proporciona información sobre la ubicación e intensidad de la precipitación, que puede utilizarse para estimar la acumulación de precipitación a lo largo del tiempo. [ 43 ] Además, si se utiliza un radar meteorológico Doppler pulsado, se puede determinar la velocidad y dirección del viento. [ 44 ] Sin embargo, estos métodos dejan una brecha de observación in situ en la atmósfera inferior (de 100 m a 6 km sobre el nivel del suelo). Para reducir esta brecha, a finales de la década de 1990 se empezó a considerar el uso de drones meteorológicos para obtener datos de esas altitudes. La investigación ha crecido significativamente desde la década de 2010, y los datos de drones meteorológicos podrían incorporarse en el futuro a los modelos numéricos meteorológicos. [ 45 ] [ 46 ] 

Las predicciones meteorológicas modernas ayudan a realizar evacuaciones a tiempo y pueden salvar vidas y prevenir daños materiales.

El Departamento de Comercio proporciona informes de pilotos a lo largo de las rutas aéreas, [ 47 ] e informes de buques a lo largo de las rutas marítimas. Los vuelos de investigación con aeronaves de reconocimiento vuelan dentro y alrededor de sistemas meteorológicos de interés, como ciclones tropicales . [ 48 ] [ 49 ] Las aeronaves de reconocimiento también vuelan sobre los océanos abiertos durante la temporada fría hacia sistemas que causan una incertidumbre significativa en la guía de pronóstico, o que se espera que tengan un alto impacto dentro de tres a siete días sobre el continente aguas abajo. [ 50 ]

Los modelos se inicializan utilizando estos datos observados. Las observaciones espaciadas irregularmente se procesan mediante métodos de asimilación de datos y análisis objetivo, que realizan un control de calidad y obtienen valores en ubicaciones utilizables por los algoritmos matemáticos del modelo (generalmente una cuadrícula espaciada uniformemente). Los datos se utilizan luego en el modelo como punto de partida para un pronóstico. [ 51 ] Comúnmente, el conjunto de ecuaciones utilizadas para predecir la física y la dinámica de la atmósfera se denomina ecuaciones primitivas . Estas se inicializan a partir de los datos de análisis y se determinan las tasas de cambio. Las tasas de cambio predicen el estado de la atmósfera en un corto período de tiempo en el futuro. Luego, las ecuaciones se aplican a este nuevo estado atmosférico para encontrar nuevas tasas de cambio, que predicen la atmósfera en un momento aún más lejano en el futuro. Este procedimiento de avance temporal se repite continuamente hasta que la solución alcanza el tiempo de pronóstico deseado.

La duración del paso de tiempo elegido dentro del modelo está relacionada con la distancia entre los puntos en la malla computacional, y se elige para mantener la estabilidad numérica . [ 52 ] Los pasos de tiempo para los modelos globales son del orden de decenas de minutos, [ 53 ] mientras que los pasos de tiempo para los modelos regionales están entre uno y cuatro minutos. [ 54 ] Los modelos globales se ejecutan en diferentes momentos en el futuro. El Modelo Unificado de la Met Office se ejecuta seis días en el futuro, [ 55 ] el modelo del Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo se ejecuta hasta 10 días en el futuro, [ 56 ] mientras que el modelo del Sistema de Predicción Global ejecutado por el Centro de Modelado Ambiental se ejecuta 16 días en el futuro. [ 57 ] La salida visual producida por una solución del modelo se conoce como gráfico de pronóstico , o prog . [ 58 ] La salida bruta a menudo se modifica antes de ser presentada como el pronóstico. Esto puede ser en forma de técnicas estadísticas para eliminar sesgos conocidos en el modelo, o de ajustes para tener en cuenta el consenso entre otros pronósticos meteorológicos numéricos. [ 59 ] MOS o estadísticas de salida del modelo es una técnica utilizada para interpretar la salida del modelo numérico y producir orientación específica del sitio. Esta orientación se presenta en forma numérica codificada y se puede obtener para casi todas las estaciones de reporte del Servicio Meteorológico Nacional en los Estados Unidos. Como propuso Edward Lorenz en 1963, los pronósticos a largo plazo, aquellos realizados en un rango de dos semanas o más, no pueden predecir definitivamente el estado de la atmósfera, debido a la naturaleza caótica de las ecuaciones de dinámica de fluidos involucradas. En los modelos numéricos, los errores extremadamente pequeños en los valores iniciales se duplican aproximadamente cada cinco días para variables como la temperatura y la velocidad del viento. [ 60 ]  

En esencia, un modelo es un programa informático que produce información meteorológica para momentos futuros en ubicaciones y altitudes determinadas. Dentro de cualquier modelo moderno hay un conjunto de ecuaciones, conocidas como ecuaciones primitivas, que se utilizan para predecir el estado futuro de la atmósfera. [ 61 ] Estas ecuaciones, junto con la ley de los gases ideales , se utilizan para evolucionar los campos escalares de densidad , presión y temperatura potencial , así como el campo vectorial de velocidad de la atmósfera a lo largo del tiempo. Algunos modelos de mesoescala de ecuaciones primitivas también incluyen ecuaciones de transporte adicionales para contaminantes y otros aerosoles . [ 62 ] Las ecuaciones utilizadas son ecuaciones diferenciales parciales no lineales , que son imposibles de resolver exactamente mediante métodos analíticos, [ 63 ] excepto en algunos casos idealizados. [ 64 ] Por lo tanto, los métodos numéricos obtienen soluciones aproximadas. Los diferentes modelos utilizan diferentes métodos de solución: algunos modelos globales utilizan métodos espectrales para las dimensiones horizontales y métodos de diferencias finitas para la dimensión vertical, mientras que los modelos regionales y otros modelos globales suelen utilizar métodos de diferencias finitas en las tres dimensiones. [ 63 ]

Técnicas

Persistencia

El método más sencillo para pronosticar el tiempo, la persistencia, se basa en las condiciones actuales para predecir las del mañana. Esto puede ser válido cuando el tiempo alcanza un estado estable, como durante el verano en los trópicos. Este método depende en gran medida de la presencia de un patrón meteorológico estacionario. Por lo tanto, cuando el patrón es fluctuante, se vuelve impreciso. Puede ser útil tanto para pronósticos a corto como a largo plazo. [ 65 ]

Barómetro

Las mediciones de la presión barométrica y la tendencia de la presión (el cambio de presión a lo largo del tiempo) se han utilizado en la predicción meteorológica desde finales del siglo XIX. [ 66 ] Cuanto mayor sea el cambio de presión, especialmente si supera los 3,5 hPa (2,6 mmHg ) , mayor será el cambio en el tiempo que se puede esperar. Si la caída de presión es rápida, se acerca un sistema de baja presión y hay mayor probabilidad de lluvia. Los aumentos rápidos de presión se asocian con una mejora de las condiciones meteorológicas, como cielos despejados. [ 67 ]  

Observación

La cola de caballo muestra humedad a gran altitud, lo que indica la llegada tardía del tiempo lluvioso.

Junto con la tendencia de la presión, el estado del cielo es uno de los parámetros más importantes utilizados para pronosticar el tiempo en zonas montañosas. El engrosamiento de la capa de nubes o la invasión de una capa de nubes más alta indica lluvia en un futuro próximo. Las nubes cirrostratos altas y delgadas pueden crear halos alrededor del sol o la luna , lo que indica la aproximación de un frente cálido y su lluvia asociada. [ 68 ] La niebla matutina presagia buen tiempo, ya que las condiciones lluviosas están precedidas por viento o nubes que impiden la formación de niebla. La aproximación de una línea de tormentas eléctricas podría indicar la aproximación de un frente frío . Los cielos despejados indican buen tiempo en un futuro próximo. [ 69 ] Una barra puede indicar la llegada de un ciclón tropical. El uso de la cobertura del cielo en la predicción del tiempo ha dado lugar a diversas tradiciones meteorológicas a lo largo de los siglos. [ 10 ]

Pronóstico a corto plazo

La predicción del tiempo para las próximas seis horas se conoce comúnmente como nowcasting. [ 70 ] En este intervalo de tiempo es posible predecir fenómenos más pequeños, como chubascos y tormentas aisladas, con una precisión razonable, así como otros fenómenos demasiado pequeños para ser resueltos por un modelo informático. Un ser humano, con los datos más recientes de radar, satélite y observación, podrá realizar un mejor análisis de los fenómenos a pequeña escala presentes y, por lo tanto, podrá hacer una predicción más precisa para las próximas horas. [ 71 ] Sin embargo, ahora existen sistemas expertos que utilizan esos datos y modelos numéricos de mesoescala para realizar una mejor extrapolación, incluyendo la evolución de esos fenómenos en el tiempo. Accuweather es conocido por su Minute-Cast, que es una predicción de precipitación minuto a minuto para las próximas dos horas.

modelo atmosférico

Un ejemplo de predicción de la altura geopotencial de 500 mbar a partir de un modelo numérico de predicción meteorológica.

En el pasado, los pronosticadores humanos eran responsables de generar el pronóstico del tiempo basándose en las observaciones disponibles. [ 72 ] Hoy en día, la intervención humana generalmente se limita a elegir un modelo basado en varios parámetros, como los sesgos y el rendimiento del modelo. [ 73 ] El uso de un consenso de modelos de pronóstico, así como de miembros de un conjunto de los diversos modelos, puede ayudar a reducir el error de pronóstico. [ 74 ] Sin embargo, independientemente de cuán pequeño sea el error promedio con cualquier sistema individual, aún son posibles grandes errores dentro de cualquier guía particular en cualquier ejecución de un modelo dado. [ 75 ] Se requiere que los humanos interpreten los datos del modelo para convertirlos en pronósticos del tiempo que sean comprensibles para el usuario final. Los humanos pueden usar el conocimiento de efectos locales que pueden ser demasiado pequeños en magnitud para ser resueltos por el modelo para agregar información al pronóstico. Si bien aumentar la precisión de los modelos de pronóstico implica que los humanos ya no podrían ser necesarios en el proceso de pronóstico en algún momento en el futuro, actualmente todavía existe la necesidad de intervención humana. [ 76 ]

Cosa análoga

La técnica analógica es una forma compleja de hacer un pronóstico, que requiere que el pronosticador recuerde un evento meteorológico anterior que se espera que sea imitado por un evento futuro. Lo que hace que sea una técnica difícil de usar es que rara vez hay un análogo perfecto para un evento futuro. [ 77 ] Algunos llaman a este tipo de pronóstico reconocimiento de patrones. Sigue siendo un método útil para observar la lluvia sobre vacíos de datos como los océanos, [ 78 ] así como para pronosticar cantidades y distribución de precipitación en el futuro. Una técnica similar se utiliza en pronósticos de mediano plazo, que se conoce como teleconexiones, cuando se utilizan sistemas en otras ubicaciones para ayudar a determinar la ubicación de otro sistema dentro del régimen circundante. [ 79 ] Un ejemplo de teleconexiones son los fenómenos relacionados con El Niño-Oscilación del Sur (ENSO). [ 80 ]

Inteligencia artificial

Los primeros intentos de utilizar inteligencia artificial comenzaron en la década de 2010. El modelo Pangu-Weather de Huawei , GraphCast de Google , el modelo WeatherMesh de WindBorne, FourCastNet y Earth-2 de Nvidia , los modelos de la familia EPT de Jua y el Sistema Integrado de Predicción con Inteligencia Artificial (AIFS) del Centro Europeo de Predicción Meteorológica a Medio Plazo aparecieron entre 2022 y 2023. En 2024, AIFS comenzó a publicar pronósticos en tiempo real, demostrando una habilidad específica para predecir las trayectorias de los huracanes, pero con un rendimiento inferior en los cambios de intensidad de dichas tormentas en comparación con los modelos basados ​​en la física. [ 81 ]

Estos modelos no utilizan modelos atmosféricos basados ​​en la física ni grandes modelos de lenguaje . En cambio, aprenden exclusivamente de datos como el reanálisis ERA5 del ECMWF. [ 82 ] Estos modelos suelen requerir mucha menos capacidad de cálculo que los modelos basados ​​en la física. [ 81 ]

El sistema Aurora de Microsoft ofrece información meteorológica global de 10 días y datos de contaminación atmosférica de 5 días ( CO2 ,NO,NO2 ,SO2 ,O3 , y partículas) pronósticos con una precisión declarada similar a la de los modelos basados ​​en la física, pero a un costo órdenes de magnitud menor. Aurora fue entrenado con más de un millón de horas de datos de seis modelos meteorológicos/climáticos. [ 83 ] [ 84 ]

En 2024, un grupo de investigadores de los laboratorios de investigación de IA DeepMind de Google publicó un artículo en Nature para describir su modelo de aprendizaje automático, llamado GenCast, que se espera que produzca pronósticos más precisos que los mejores sistemas tradicionales de pronóstico del tiempo. [ 85 ]

En un estudio realizado utilizando el AIFS, Lang et al. (2024) presentaron simulaciones de conjunto de 30 días de la oscilación de Madden-Julian . [ 86 ]

Comunicar los pronósticos al público

Ejemplo de pronóstico meteorológico a dos días con el estilo visual que podría usar un periódico estadounidense. Las temperaturas se indican en grados Fahrenheit.

La mayoría de los usuarios finales de los pronósticos son miembros del público en general. Las tormentas eléctricas pueden generar fuertes vientos y peligrosos rayos que pueden provocar muertes, cortes de energía [ 87 ] y daños generalizados por granizo. Las fuertes nevadas o lluvias pueden paralizar el transporte y el comercio [ 88 ] , además de causar inundaciones en zonas bajas [ 89 ] . Las olas de calor o frío excesivas pueden enfermar o matar a quienes carecen de servicios básicos, y las sequías pueden afectar el uso del agua y destruir la vegetación.

Varios países emplean agencias gubernamentales para proporcionar pronósticos y alertas/advertencias/avisos al público para proteger la vida y la propiedad y mantener los intereses comerciales. Es necesario tener en cuenta el conocimiento de lo que el usuario final necesita de un pronóstico meteorológico para presentar la información de manera útil y comprensible. Ejemplos de ello son el Servicio Meteorológico Nacional (NWS) de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) [ 90 ] y el Servicio Meteorológico de Environment Canada (MSC) [ 91 ] . Tradicionalmente, los periódicos, la televisión y la radio han sido los principales medios para presentar información sobre pronósticos meteorológicos al público. Además, algunas ciudades contaban con balizas meteorológicas . Cada vez se utiliza más internet debido a la gran cantidad de información específica que se puede encontrar [ 92 ] . En todos los casos, estos medios actualizan sus pronósticos periódicamente.

Alertas y avisos meteorológicos severos

Una parte importante de la predicción meteorológica moderna son las alertas y avisos de tiempo severo que emiten los servicios meteorológicos nacionales en caso de que se esperen condiciones meteorológicas severas o peligrosas. Esto se hace para proteger vidas y propiedades. [ 93 ] Algunos de los avisos de tiempo severo más conocidos son la advertencia de tormenta severa y tornado , así como la vigilancia de tormenta severa y tornado . Otras formas de estos avisos incluyen condiciones meteorológicas invernales, vientos fuertes, inundaciones , ciclones tropicales y niebla. [ 94 ] Los avisos y alertas de tiempo severo se transmiten a través de los medios de comunicación, incluida la radio, utilizando sistemas de emergencia como el Sistema de Alerta de Emergencia , que interrumpen la programación habitual. [ 95 ]

Pronóstico de bajas temperaturas

La previsión de temperatura mínima para el día actual se calcula utilizando la temperatura más baja registrada entre las 19:00  de esa noche y las 7:00  de la mañana siguiente. [ 96 ] En resumen, la temperatura mínima prevista para hoy es muy probablemente la misma que la de mañana.

Pronósticos especializados

Existen diversos sectores con necesidades específicas en materia de pronósticos meteorológicos, y a continuación se ofrecen servicios especializados a estos usuarios:

Tráfico aéreo

Nube de ceniza procedente de la erupción del volcán Chaitén en 2008 que se extiende por la Patagonia desde el Océano Pacífico hasta el Océano Atlántico.

Debido a que la industria de la aviación es especialmente sensible al clima, la predicción meteorológica precisa es esencial. La niebla o los techos excepcionalmente bajos pueden impedir que muchas aeronaves aterricen y despeguen. [ 97 ] La turbulencia y el engelamiento también son peligros importantes en vuelo. [ 98 ] Las tormentas eléctricas son un problema para todas las aeronaves debido a la turbulencia severa causada por sus corrientes ascendentes y límites de salida , [ 99 ] el engelamiento debido a las fuertes precipitaciones, así como el granizo grande , los fuertes vientos y los relámpagos, todo lo cual puede causar daños graves a una aeronave en vuelo. [ 100 ] La ceniza volcánica también es un problema importante para la aviación, ya que las aeronaves pueden perder potencia del motor dentro de las nubes de ceniza. [ 101 ] Diariamente, los aviones comerciales se enrutan para aprovechar el viento de cola de la corriente en chorro para mejorar la eficiencia del combustible. [ 102 ] Las tripulaciones aéreas reciben información antes del despegue sobre las condiciones que pueden esperar en ruta y en su destino. [ 103 ] Además, los aeropuertos suelen cambiar la pista que se está utilizando para aprovechar el viento de frente . Esto reduce la distancia necesaria para el despegue y elimina los posibles vientos cruzados . [ 104 ]

Marina

El uso comercial y recreativo de las vías navegables puede verse significativamente limitado por la dirección y velocidad del viento, la periodicidad y altura de las olas , las mareas y las precipitaciones. Cada uno de estos factores puede influir en la seguridad del tránsito marítimo. En consecuencia, se han establecido diversos códigos para transmitir de manera eficiente pronósticos meteorológicos marítimos detallados a los pilotos de los buques por radio, por ejemplo, el MAFOR (pronóstico marítimo). [ 105 ] Los pronósticos meteorológicos típicos pueden recibirse en el mar mediante el uso de RTTY , Navtex y radiofax .

Agricultura

Los agricultores dependen de los pronósticos meteorológicos para decidir qué trabajo realizar en un día determinado. Por ejemplo, el secado del heno solo es factible en tiempo seco. Los períodos prolongados de sequía pueden arruinar los cultivos de algodón, trigo [ 106 ] y maíz . Si bien los cultivos de maíz pueden arruinarse por la sequía, sus restos secos pueden usarse como sustituto de la alimentación del ganado en forma de ensilaje . [ 107 ] Las heladas causan estragos en los cultivos tanto en primavera como en otoño. Por ejemplo, los melocotoneros en plena floración pueden ver su cosecha potencial diezmada por una helada primaveral. [ 108 ] Los naranjales pueden sufrir daños significativos durante las heladas, independientemente del momento en que ocurran. [ 109 ]

Silvicultura

La previsión del viento, las precipitaciones y la humedad es fundamental para prevenir y controlar los incendios forestales . Se han desarrollado índices como el Índice Canadiense de Peligro de Incendios Forestales , el Índice Haines estadounidense (retirado a partir de 2025) y el Sistema Australiano de Clasificación del Peligro de Incendios para predecir las zonas con mayor riesgo de incendio por causas naturales o humanas. Las condiciones para el desarrollo de insectos dañinos también pueden predecirse mediante la previsión meteorológica.

Compañías de servicios públicos

Una unidad de tratamiento de aire se utiliza para calentar y enfriar el aire en una ubicación central (haga clic en la imagen para ver la leyenda).

Las compañías de electricidad y gas dependen de los pronósticos meteorológicos para anticipar la demanda, que puede verse fuertemente afectada por el clima. Utilizan la cantidad denominada grado día para determinar la intensidad del uso ( grado día de calefacción ) o de refrigeración (grado día de refrigeración). Estas cantidades se basan en una temperatura media diaria de 65 °F (18 °C) . Las temperaturas más frías aumentan los grados día de calefacción (uno por grado Fahrenheit), mientras que las temperaturas más cálidas aumentan los grados día de refrigeración. [ 110 ] En invierno, el frío intenso puede provocar un aumento repentino de la demanda, ya que la gente sube la calefacción. [ 111 ] De manera similar, en verano, un aumento repentino de la demanda puede estar relacionado con el mayor uso de sistemas de aire acondicionado en climas cálidos. [ 112 ] Al anticipar un aumento repentino de la demanda, las compañías de servicios públicos pueden comprar suministros adicionales de energía eléctrica o gas natural antes de que aumente el precio o, en algunos casos, antes de que se restrinjan los suministros mediante cortes parciales y totales de energía . [ 113 ]  

Otras empresas comerciales

Cada vez más, las empresas privadas pagan por pronósticos meteorológicos adaptados a sus necesidades para aumentar sus ganancias o evitar grandes pérdidas. [ 114 ] Por ejemplo, las cadenas de supermercados pueden modificar el inventario en sus estantes anticipándose a los diferentes hábitos de consumo según las condiciones climáticas. Los pronósticos meteorológicos también pueden utilizarse para invertir en el mercado de materias primas, como los contratos de futuros de naranjas, maíz, soja y petróleo. [ 115 ]

Aplicaciones militares

Reino Unido

La Marina Real Británica , en colaboración con la Oficina Meteorológica (Met Office ), cuenta con su propia rama especializada de observadores y pronosticadores meteorológicos, como parte de la especialización hidrográfica y meteorológica (HM), que supervisan y pronostican las condiciones operativas en todo el mundo para proporcionar información meteorológica y oceanográfica precisa y oportuna a submarinos, buques y aeronaves del Arma Aérea de la Flota .

Una unidad móvil de la Real Fuerza Aérea , en colaboración con la Oficina Meteorológica, pronostica el tiempo para las regiones donde están desplegadas las fuerzas armadas británicas y aliadas. Un grupo con base en Camp Bastion solía proporcionar pronósticos a las fuerzas armadas británicas en Afganistán . [ 116 ]

Estados Unidos

El logotipo del Centro Conjunto de Alerta de Tifones (JTWC)

Al igual que en el sector privado, los meteorólogos militares informan sobre las condiciones meteorológicas a la comunidad militar. Proporcionan informes meteorológicos a los pilotos antes y durante el vuelo, y ofrecen servicios de protección de recursos en tiempo real para las instalaciones militares.

Los meteorólogos navales cubren las aguas y los pronósticos meteorológicos para los buques. La Armada de los Estados Unidos presta un servicio especial para sí misma y para el resto del gobierno federal al emitir pronósticos de ciclones tropicales en los océanos Pacífico e Índico a través de su Centro Conjunto de Alerta de Tifones . [ 117 ]

Dentro de los Estados Unidos, la 557.ª Ala Meteorológica proporciona pronósticos meteorológicos para la Fuerza Aérea y el Ejército. Los pronosticadores de la Fuerza Aérea cubren las operaciones aéreas tanto en tiempos de guerra como de paz y brindan apoyo al Ejército ; [ 118 ] los técnicos en ciencias marinas de la Guardia Costera de los Estados Unidos proporcionan pronósticos para buques rompehielos y otras operaciones dentro de su ámbito; [ 119 ] y los pronosticadores de la Infantería de Marina brindan apoyo terrestre y operaciones aéreas del Cuerpo de Marines de los Estados Unidos . [ 120 ] Las cuatro ramas militares mencionadas tienen su entrenamiento técnico inicial en meteorología para personal alistado en la Base de la Fuerza Aérea Keesler . [ 121 ] Los pronosticadores militares y civiles cooperan activamente en el análisis, la creación y la crítica de productos de pronóstico meteorológico.

Véase también

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  111. ↑ «Futuros/Opciones; El clima frío provoca un aumento en los precios de los combustibles para calefacción» . The New York Times . 26 de febrero de 1993. Archivado del original el 15 de junio de 2018. Consultado el 25 de mayo de 2008 .
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  115. ↑ Stephen Jewson y Rodrigo Caballero. "El uso de pronósticos meteorológicos en la fijación de precios de derivados meteorológicos" . Consultado el 25 de mayo de 2008. Archivado el 16 de julio de 2011 en Wayback Machine .
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  121. ↑ Base de la Fuerza Aérea Keesler . Los oficiales militares generalmente recibían su educación en una institución civil. «Noticias de Keesler: 9 de marzo de 2006». Archivado el 10 de septiembre de 2008 en Wayback Machine . Fuerza Aérea de los Estados Unidos . Consultado el 26 de mayo de 2008.

Lecturas adicionales

  • Blum, Andrew (2019). La máquina del tiempo: Un viaje al interior del pronóstico . Nueva York: HarperCollins. ISBN 978-0-062-36861-4.
  • Ian Roulstone y John Norbury (2013). Invisible en la tormenta: el papel de las matemáticas en la comprensión del clima . Princeton University Press. ISBN 978-0691152721.
  • La predicción meteorológica a lo largo de la historia
  • Meteorología: una breve historia
  • Historia de la meteorología
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