Vol. 18 (2018): 13-30 ISSN 1578-8768 c©Copyright de los autores de cada artículo. Se permite su reproducción y difusión por cualquier medio, siempre que se haga sin interés económico y respetando su integridad Estudio de nubes convectivas ligadas a un sistema frontal con imágenes IR José Fenollar y Gregorio Maqueda Depto. de Física de la Tierra, Astronomía y Astrofísica II. F. CC. Físicas. Universidad Complutense de Madrid. Avda. Complutense s/n 28040 Madrid. (jfenoll2@xtec.cat) (Recibido: 03-May-2018. Publicado: 08-Jul-2018) Resumen En este trabajo se ha realizado un estudio de las propiedades de las nubes a diferentes niveles dentro de un frente, por medio de imágenes de Meteosat, utilizando, la banda de infrarrojo térmico (IR). Para ello, se definen umbra- les apropiados de Temperatura de Brillo (TB) que permiten delimitar el área correspondiente a nubes de distinto origen. Por una parte, el área extensa con temperatura de brillo inferior a 248 K, que se identifica como frente, y por otra, el área de temperatura inferior a 221 K asociado a nubes de desarrollo vertical. Los centros de las nubes convectivas obtenidos de la posición geográfica de los centros de gravedad, presentan un notable alineamiento que ha sido caracterizado mediante regresión lineal. Se compara el alineamiento de los cúmulos con la orientación del propio frente, según la dirección principal del mismo. Esto permite desarrollar una metodología en el análisis com- parativo de estructuras nubosas de diferentes orígenes, así como la mejora en el conocimiento de sus propiedades y evolución en el desplazamiento de los sistemas sinópticos, relativo a los paralelos geográficos. Palabras clave: Climatología, Meteosat, canal infrarrojo, frentes, sistemas convectivos. Abstract A study of the properties of clouds at different levels within a front has been carried out by means of Meteosat images in the thermal infrared (IR) band. To do this, we define appropriate thresholds Brightness Temperature (TB) that allow delimit the area covered by clouds of different origin. First, the extensive area with brightness temperature less than 248 K, which is identified as a front, and on the other, the area of temperatures below 221 K associated with clouds of vertical development. The centers of the convective clouds obtained from the geographical position of the centers of gravity, have a remarkable alignment that it has been characterized by linear regression. It compares the alignment of the cumulus with the orientation of the front itself, as the main direction of it. This let us to develop a methodology for the comparative analysis of cloud structures of different origins, as well as improved knowledge of their properties and developments in the movement of synoptic systems, relative on the geographic parallels. Key words: Climatology, Meteosat, infrared channel, fronts, convective systems. 1. Introducción El estado atmosférico de la región definida por el Mediterráneo occidental y la Península Ibérica está afectado por el paso de depresiones generadas en el océano Atlántico o en el noroeste de Europa, pero también, por la influencia de la presencia del propio Mediterráneo y del norte de África. Las depresio- nes ocurridas en áreas específicas de la región mediterránea han sido tema de una extensa investigación climatológica (Maheras, 1979, 1983, 1988a; Katsoulis, 1980; Prezerakos, 1985; Flocas, 1988; Kassome- nos et al., 1998). En estos estudios, las depresiones fueron identificadas y clasificadas utilizando mapas sinópticos básicos. El Mediterráneo central está afectado por depresiones en la circulación zonal del oeste, así como, al mismo tiempo está influenciado en gran parte por circulaciones meridionales y depresiones formadas sobre el Mediterráneo occidental y central o sobre el desierto del Sahara. La circulación meridional 14 REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) es el factor principal que gobierna la mayoría de las precipitaciones sobre el conjunto de la cuenca mediterránea (Maheras, 1988a, 1988b; Maheras et al., 1992, 2000, 2001; Ruiz-Leo et al., 2011). La influencia atlántica sobre la Península Ibérica está dominada por la llegada y paso de sistemas si- nópticos (bajas presiones) originados fundamentalmente en latitudes alejadas y, en muchas ocasiones, su zona de ciclogénesis corresponde a la costa este de Norteamérica. Estos sistemas recorren el Atlántico conformando frentes asociados de tipo frente frío y frente cálido dependiendo de su evolución y orga- nización en el seno del sistema sinóptico. Los sistemas frontales, especialmente los de carácter frío o los denominados ocluidos, están dotados de una importante actividad convectiva en su interior (Chalon, 1987; Trier et al., 1991; Browning y Roberts, 1996; Browning et al., 1997; Siqueira y Machado, 2004; Siqueira et al., 2005; Siqueira y Marques, 2008, 2010). La utilización de datos remotos y de imágenes obtenidas desde satélites artificiales ha permitido una mejora sustancial en el conocimiento de los mecanismos atmosféricos relacionados con la generación y desarrollo de nubes y precipitación, característicos en esta área tanto desde el punto de vista de escala sinóptica como mesoescalar. Se han realizado clasificaciones de tipos de cubiertas nubosas y de frentes gracias a las observaciones desde satélites (Rao et al., 1990; Bader et al., 1995). Por otra parte, se han desarrollado diferentes técnicas para tales clasificaciones, entre las que cabe citar métodos con umbrales (Karlsson y Liljsa, 1990), técnicas estadísticas (Desbois et al., 1982; Seze et al., 1986) y técnicas basadas en redes neuronales (Ebert, 1987; Welch, 1988; Key y Barry, 1989; Key, 1990; Welch y Sengupta, 1992; Bankert, 1994; Bankert y Aha, 1996). La mayoría de los trabajos basados en el uso de imágenes infrarrojas (IR) de satélite, es sobre Complejos Convectivos de Mesoescala (CCM) (Maddox, 1980) o de una forma más general sobre Sistemas Con- vectivos de Mesoescala (SCM) (Fritsch et al., 1986; Machado et al., 1998). Los CCM se dan con gran frecuencia en regiones subtropicales o sobre extensas regiones continentales como el interior de Nor- teamérica y los SCM, de escalas menores pueden encontrase en la Península Ibérica (Riosalido, 1991; Canalejo et al., 1993, 1994; Carretero et al., 1993; Martín et al., 1994; Elvira et al., 1996; Hernández et al., 1998; Riosalido et al., 1998; García-Herrera et al., 2005; Vázquez y Maqueda, 2005) y Europa Occidental (Benech et al., 1993; Morel y Senesi, 2002). El estudio de SCM mediante datos de satélite se ha realizado tradicionalmente utilizando las áreas de cimas nubosas que superan la altura marcada por ciertas isotermas que representan umbrales de tempe- ratura. Desde la definición inicial de CCM (Maddox, 1980), han sido los umbrales de -32 ◦C (241 K) y -52 ◦C (221 K) los que se han venido usando de forma más general. Muchos de estos estudios han utilizado imágenes de satélites polares, de órbita baja, para caracterizar las nubes. La alta resolución espacial (sobre 1 km2) de los satélites polares comparada con los satélites geoestacionarios (sobre 25 km2) hace que se distingan mejor los detalles de la cubierta nubosa. Sin em- bargo, la alta resolución temporal de un satélite geoestacionario (media hora, para la primera generación de Meteosat, o 15 minutos en el caso de MSG (Meteosat Second Generation) hace que estos satélites sean más apropiados para estudios con más detalle de la evolución de las nubes. Así, en este trabajo se pretende identificar nubes convectivas que se forman en un frente, cuando existe cierta actividad. La región donde hemos centrado el trabajo ha sido la Península Ibérica incluyendo un área atlántica y parte de la zona mediterránea. Se ha analizado la alineación de las nubes convectivas identificadas en el seno de un frente, la inclinación zonal del conjunto y su relación con la del propio frente, buscando una conexión entre las orientaciones de la extensa cubierta nubosa y de lo que podríamos interpretar como núcleo activo del frente. Para el estudio han sido utilizadas imágenes de infrarrojo térmico del satélite Meteosat de primera ge- neración. El criterio que se ha utilizado en este trabajo para seleccionar las nubes convectivas que se encuentran dentro del frente ha sido en base a la Temperatura de Brillo (TB) y tamaño de áreas que supe- ran los umbrales considerados. Se han seleccionado todos aquellos sistemas cuya área máxima estuviera REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) 15 sobre la isoterma de temperatura de brillo de -52 ◦C (221 K) (Augustine et al., 1989; Riosalido et al., 1998), y fuese igual o superior a 1000 km2; para definir la cubierta nubosa del frente, el criterio utilizado ha sido que el área máxima dentro de la isoterma de -25 ◦C (248 K) fuese igual o superior a 100.000 km2. Los satélites geoestacionarios pueden observar la atmósfera y su cubierta nubosa desde la escala global hasta la pequeña escala del sistema europeo Meteosat. En su versión de primera generación, lo hace con una frecuencia de 30 minutos y alta resolución (2,5 km para el visible, 5 km para el infrarrojo y el vapor de agua) lo que permite estudiar la evolución de la cubierta nubosa terrestre y las interacciones entre las distintas escalas de los procesos atmosféricos. En cualquier caso, utilizando el canal IR puede conocerse la extensión y la altura, a través de la tempe- ratura de brillo, de las cimas nubosas. En particular, se pueden identificar estructuras atmosféricas que llevan asociadas nubosidad como fenómenos convectivos y frentes. En el presente trabajo utilizaremos las propiedades descritas anteriormente para mejorar el conocimiento de estructuras nubosas a diferentes niveles en el interior de sistemas frontales. El objetivo de este trabajo es presentar un estudio de las propiedades de las nubes a diferentes niveles dentro de un frente. Gracias a los criterios establecidos se obtiene la posición geográfica de las nubes convectivas y se busca un posible alineamiento de las mismas que por medio de la correlación de sus centros pueda ser comparado con la orientación del propio frente. La evolución temporal de todo el sistema frontal es también objeto del presente trabajo. Por medio de este método podemos tener un mejor conocimiento de las propiedades de las nubes de tipo convectivo que se desarrollan en el núcleo de un frente y su organización. En las siguientes secciones, se exponen los datos y la metodología seguida, luego se analizará la situación sinóptica de los días 18 y 19 de diciembre de 2000 en el que un frente cruza la Península Ibérica de oeste a este, y mantiene cierta actividad convectiva en su interior. 2. Metodología En este estudio se ha utilizado la Temperatura de Brillo (TB) de las imágenes de IR del satélite Meteosat (http://www.eumetsat.int) archivadas en el Departamento de Física de la Tierra II de la Universidad Complutense de Madrid. Estas cubren una región del globo que se extiende desde el Polo Norte hasta una latitud de 23◦ N. En los extremos inferiores de la imagen, la longitud abarca desde 27◦ W hasta 18◦ E. El canal infrarrojo, que recibe información de la banda 10.5-12.5 µm para la que la atmósfera es prácticamente transparente. En él se pueden identificar con gran claridad las cimas más frías de las nubes por contraste con superficies emisoras situadas más abajo y por ende a mayor temperatura. Con intención de centrar el estudio a una región que incluya la Península Ibérica pero no sea excesiva- mente extensa, donde el tratamiento de los datos sea suficientemente consistente, se ha seleccionado un área rectangular de la imagen. La figura 1 corresponde al canal IR y el recuadro indica, aproximadamen- te, la superficie elegida para hacer el estudio de las nubes detectadas dentro de un frente. Esta área cubre parte del océano Atlántico, sur de Gran Bretaña, Francia, Península Ibérica, Mediterráneo occidental y una parte del norte de África. Así, la ventana geográfica está comprendida entre 32◦N/51◦N de latitud y 23◦W/10◦E de longitud. El uso de imágenes infrarrojas de satélite usualmente requiere un umbral de temperatura de brillo para identificar tanto el frente como las nubes convectivas que forman parte de él, por eso el procedimiento utilizado ha consistido en identificar el frente con los umbrales de temperatura de brillo menor o igual a -25 ◦C y que tenga un área igual o superior a 100.000 km2. Una vez caracterizado el frente, el siguiente paso ha sido identificar cada una de las nubes con desarrollo vertical, e inmersas en dicho frente. En este caso, se han considerado los siguientes criterios: umbrales de temperatura de brillo ≤ -52 ◦C y áreas iguales o superiores a 1000 km2. Después se realiza el cálculo de un conjunto de propiedades que 16 REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) caracterizan las nubes: posición geográfica del centro geométrico (utilizando el concepto de centro de gravedad de una superficie), extensión y dirección de los ejes principales. Los cúmulos identificados por el umbral de -52 ◦C tienden a estar alineados, por lo que se determina una regresión lineal entre sus centros lo que permite obtener la orientación de éstos con la del propio frente. El coeficiente de correlación de la citada regresión ha sido determinado con su correspondiente nivel de significación estadística. Figura 1: Imagen infrarroja del satélite Meteosat (18/12/2000, 0000 UTC) con la zona de estudio resal- tada con el recuadro. Para la obtención de estas propiedades se ha utilizado una adaptación en IDL (Interactive Data Langua- ge) del programa MASCOTTE (MAximum Spatial COrrelation Tracking TEchnique, Carvalho y Jones, 2001). En la figura 2, se muestra el alineamiento de los cúmulos y la orientación del frente, utilizando la dirección principal de éste. La diferencia entre ambas orientaciones está indicada en la figura 2. Por otro lado, en la figura 3, se muestra la regresión entre los centros de los cúmulos, resaltando la inclinación respecto a los paralelos geográficos y el coeficiente de determinación R2. Figura 2: Imagen contorneada con escala de grises de las nubes y del frente del día 18 de diciembre a las 2200 UTC, en gris claro TB ≤ -25 ◦C, gris oscuro TB ≤ -52 ◦C donde está representada la pendiente o inclinación del conjunto de nubes convectivas, del frente y la diferencia entre ellas. REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) 17 Figura 3: Posición de los centros de gravedad de las cimas nubosas con temperatura de brillo inferior o igual a -52 ◦C y el área ≥ 1000 km2, del día 18 de diciembre a las 2200 UTC. Se incluye la recta de ajuste de dichos centros, pendiente y coeficiente de determinación R2. Se ha realizado también una caracterización de las propiedades atmosféricas mediante sondeos y análisis de mapas sinópticos de los días elegidos para completar el conocimiento de las situaciones. El cálculo del centro de gravedad, en coordenadas de latitud y longitud, de las diferentes nubes convec- tivas así como la inclinación u orientación del frente, se ha realizado según el siguiente procedimiento: Centro de gravedad del conjunto de nubes: Las coordenadas espaciales del centro de gravedad (XC, YC) están definidas en base a la Temperatura de Brillo, TB, utilizando el concepto de media ponderada: XC = ∑ Np i=1 XiTBi ∑ Np i=1 TBi (1) YC = ∑ Np i=1YiTBi ∑ Np i=1 TBi (2) donde Xi y Yi son las coordenadas geográficas (longitud y latitud) del centro de cada píxel de las nubes, y el sumatorio se realiza sobre todos los píxeles de la nube, es decir, aquellos que cumplen la condición impuesta por el umbral, siendo Np el número de ellos que contiene. Inclinación del frente: La orientación del frente se realiza por medio de la recta de regresión de la nube puntos formada por las posiciones de todos los píxeles que lo constituyen, es decir, cuya temperatura de brillo es inferior o igual a -25 ◦C, siendo sus coordenadas las correspondientes coordenadas geográficas como en el caso anterior. En consecuencia, la dirección que representa la orientación del frente está medida por el ángulo de la pendiente de regresión respecto a los paralelos, en sentido antihorario. En el desarrollo de este trabajo, para la obtención del nivel de significación estadística del coeficiente de correlación R, entre dos conjuntos cualesquiera de datos X e Y de N elementos cada uno, se ha utilizado el estadístico t de Student, que es un test multivariante paramétrico definido como: t = R√ 1−R2 √ N−2 (3) 18 REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) Siendo X e Y dos poblaciones normales de N elementos, el estadístico t sigue una distribución de Student de N-2 grados de libertad, si dichas poblaciones son independientes entre sí (hipótesis nula). Por tanto, si el valor t obtenido a partir de los datos de X e Y es mayor que el correspondiente al de una distribución de Student con N-2 grados de libertad y nivel de significación α, la correlación dada por el coeficiente R será estadísticamente significativa con un nivel de confianza de (1-α). En el presente trabajo se utiliza un valor pequeño de α como usualmente es recomendado en este tipo de contraste de hipótesis. 2.1. Caracterización del estado atmosférico de 18-19 diciembre de 2000 En los días 18 y 19 de diciembre de 2000 un frente originado en el océano Atlántico evolucionó hasta llegar a las proximidades de la Península Ibérica (figura 4). En dicho frente existen nubes de desarrollo vertical en su interior que pueden formar un posible alineamiento entre ellas. En la figura 4, se muestran con un tono más marcado en el interior del frente. Figura 4: Imagen contorneada con escala de grises donde se identifican las nubes convectivas dentro del frente. Panel izquierdo: día 18 de diciembre a las 1200 UTC. Panel derecho: día 19 de diciembre a las 0000 UTC. 2.2. Análisis de diagramas termodinámicos Los índices que se emplean para caracterizar la inestabilidad atmosférica en la troposfera son: el índice K (K index), TT (Total Totals), LI (Lifted Index), CAPE (Convective Available Potential Energy) y CIN (Convective INhibition). Los tres primeros utilizan diferencias de temperatura (del aire seco y húmedo según el caso) entre distintos niveles atmosféricos y los dos últimos valoran la energía acumulada o defi- citaria en la troposfera. Estos índices se obtienen de los diagramas termodinámicos (sondeos) realizados en estaciones sinópticas (Iribarne y Godson, 1996). Los diagramas empleados para el estudio corresponden a los sondeos realizados en las estaciones de radiosondeo de La Coruña, Brest (Bretaña, Francia) y Camborne (sur-oeste de Inglaterra). Corresponden a estaciones afectadas por el paso del frente estudiado en este primer caso. Los sondeos se han obtenido de la página web de la Universidad de Wyoming [http://weather.uwyo.edu/upperair/europe.html]. Se han realizado sondeos a las 0000 y a las 1200 UTC. A continuación, se presentan los sondeos mencionados y se reflejan las características más notables desde el punto de vista de la estabilidad de estratificación, obtenidos de los mismos. La Coruña (43.36◦ N, 8.41◦ W) En la tabla 1 se muestran los valores de los índices para el estudio de la inestabilidad de los sondeos de La Coruña. Se puede observar un valor negativo muy marcado en el índice CIN en el inicio del día 18, que aunque no se corresponde con valores altos de CAPE, refleja una cierta posibilidad de tormentas. REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) 19 El índice TT se mantiene alto, juntamente con valores mayores de 20 ◦C en el índice K, lo que refleja cierta posibilidad de convección, en los dos días. No obstante, el índice LI, es positivo en todos los casos, correspondiendo a estabilidad, lo que puede interpretarse como que la situación sería moderada. Sólo en el caso del inicio de este periodo podría estimarse una velocidad vertical asociada a la convección, a través de CAPE: w ≈ √ 2CAPE. Esta velocidad vertical puede estimarse en 1.22 m/s, es decir, muy pequeña para convección desarrollada. Tabla 1: Índices de estabilidad para los sondeos de La Coruña para los días 18 y 19 de diciembre. 18/dic/2000 19/dic/2000 0000 UTC 1200 UTC 0000 UTC 1200 UTC TT (◦C) 50.30 48.20 48.30 49.40 K (◦C) 30.50 28.70 22.80 28.60 LI (◦C) 4.74 5.87 4.17 6.55 CAPE (J/kg) 0.74 0.00 0.00 0.00 CIN (J/kg) -360.35 0.00 0.00 0.00 Brest (48.45◦ N, 4.42 ◦ W) Los sondeos de Brest (tabla 2) muestran resultados semejantes a los de la localización anterior, dando posibilidad de tormentas aisladas en base a los índices TT y K, salvo para el caso aislado del día 18 a las 1200 UTC en el que su valor es negativo (ambiente seco). Sin embargo, el resto de índices muestran poca potencialidad de tormentas, LI positivo, CAPE nulo o muy pequeño, y CIN nulo excepto al final del periodo de estudio LI = -1.75 ◦C el día 19 a las 1200 UTC. En este caso el índice CAPE, sirve para estimar una velocidad vertical de 7 m/s, relativamente baja en situaciones convectivas. Tabla 2: Índices de estabilidad para los sondeos de Brest (Francia) los días 18 y 19 de diciembre. 18/dic/2000 19/dic/2000 0000 UTC 1200 UTC 0000 UTC 1200 UTC TT (◦C) 52.40 47.80 49.50 48.90 K (◦C) 27.80 -4.90 27.00 20.40 LI (◦C) 2.99 8.08 9.29 2.25 CAPE (J/kg) 0.00 0.00 0.00 24.92 CIN (J/kg) 0.00 0.00 0.00 -1.75 Camborne (50.21◦ N, 5.29◦ W) En los sondeos de Camborne (tabla 3) el índice K, que parte de un valor bajo, disminuye a lo largo del día 18 de diciembre hasta alcanzar un valor negativo a las 0000 UTC del día 19, lo que indica un ambiente predominantemente seco. Su carácter cambia en el último sondeo, K = 28 ◦C. El índice TT refleja la posibilidad de tormentas en todos los casos excepto en el de las 0000 UTC del día 19, coincidiendo con el valor resaltado de K. Esta situación se manifiesta también en el índice LI, que reflejando estabilidad, ésta se acentúa en dicho caso. Los índices CAPE y CIN toman valores nulos o muy pequeños salvo al final del período donde CIN toma el valor de -0.19 J/kg admitiendo cierta convección, corresponde con el valor máximo de K, es decir, con el de máxima humedad. 20 REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) Tabla 3: Índices de estabilidad para los sondeos de Camborne (Inglaterra) los días 18 y 19 de diciembre. 18/Dic/2000 19/Dic/2000 0000 UTC 1200 UTC 0000 UTC 1200 UTC TT (◦C) 53.40 55.00 15.20 50.20 K (◦C) 5.90 1.70 -40.30 28.00 LI (◦C) 3.52 1.63 9.25 2.99 CAPE (J/kg) 0.00 0.00 0.00 0.09 CIN (J/kg) 0.00 0.00 0.00 -0.19 Los índices, fundamentalmente TT y K, de los sondeos de La Coruña, Brest y Camborne indican una probable formación de convección debido a la aproximación del frente a estas estaciones de sondeos que han sido seleccionadas por ser las más próximas disponibles. 2.3. Análisis de la situación sinóptica Las figuras 5 y 6 muestran la situación sinóptica de los días 18 y 19 de diciembre de 2000 a las 0000 UTC, respectivamente. Los mapas de superficie estudiados son del Servicio Meteorológico Británico (Metoffi- ce) y se han obtenido del servidor de información meteorológica Infomet [http://www.infomet.am.ub.es] y los de 500 hPa (figuras 7 y 8) son del reanálisis NCEP [http://www.wetter-zentrale.de/topkarten]. En la figura 5 se observa una profunda depresión al sur de Islandia y una baja presión relativa en latitudes inferiores. En la figura 6, se observa cómo el centro de bajas presiones se ha aproximado a las Islas Británicas y la baja relativa ha desaparecido quedando inmersa en un sistema frontal muy bien definido. El frente asociado a la depresión del Atlántico puede atravesar la Península desplazando a las altas presiones que se observan en el interior y el Mediterráneo. Para los mapas de la superficie isobárica de 500 hPa (figuras 7 y 8) podemos ver como hay un hundi- miento en el oeste de las Islas Británicas que se corresponde con las bajas presiones en superficie, lo que favorece la formación de un frente. 3. Resultados En este apartado se muestran los resultados obtenidos durante los días 18-19 de diciembre del 2000, después de calcular la posición geográfica (latitud y longitud del centro de gravedad) de las nubes con- vectivas que se encuentran dentro del frente según los umbrales de temperatura de brillo (-52 ◦C) y área (1000 km2), y realizar posteriormente la correlación de las posiciones para buscar un posible alineamien- to de las nubes. Este alineamiento representado por la recta de ajuste se ha comparado con la dirección principal característica de la cubierta nubosa del sistema frontal, que ha sido obtenida mediante el análisis de direcciones principales. La diferencia de ángulos entre la recta de ajuste de los cúmulos y la dirección principal del frente permite conocer la relación que existe entre la orientación del frente y las nubes de naturaleza convectiva que se encuentran contenidas en él. Con el test de Student se ha visto si el valor obtenido de la correlación del ajuste de las posiciones del conjunto de nubes es significativo, así, hemos utilizado el nivel de significación estadística α = 0.10, es decir, el correspondiente al nivel de confianza del 90%. En consecuencia, aquellos casos en los que el coeficiente de correlación R obtenido en el ajuste sea inferior al coeficiente que proporciona el test de Student, no han sido considerados por no ser suficientemente significativos. REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) 21 Figura 5: Situación sinóptica del día 18 de diciembre, 0000 UTC. Figura 6: Situación sinóptica del día 19 de diciembre, 0000 UTC. 3.1. Situación 18-19 diciembre 2000 A continuación, se presentan los resultados de los días 18 y 19 de diciembre de 2000 (tablas 4 y 5). En cada una de ellas se indica el número de nubes convectivas dentro del frente, la pendiente de la recta de regresión respecto a la dirección zonal del conjunto de cúmulos y del frente con sus respectivos coeficientes de determinación, R2. También se muestran los ángulos que forman respecto a los paralelos geográficos y la diferencia de ángulos entre ellas. 22 REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) Figura 7: Geopotencial en 500 hPa (color) y presión en superficie en el suelo (líneas), del día 18 de diciembre, 0000 UTC. Figura 8: Geopotencial en 500 hPa (color) y presión en superficie en el suelo (líneas), del día 19 de diciembre, 0000 UTC. 18 de diciembre de 2000 Se puede observar, en la tabla 4, cómo los coeficientes de correlación R (en la tabla se presentan los coeficientes de determinación R2) del ajuste de las nubes están comprendidos entre los 0.89 y 0.98, que superaban sobradamente el criterio utilizado del test de Student para el nivel de significación α de 0.1, lo que indica que las posiciones de los elementos convectivos forman un claro alineamiento. Sin embargo, a las 2130 UTC, donde el coeficiente de determinación R2 es de 0.5259, a pesar de superar el test, puede considerarse ciertamente dudoso. REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) 23 Tabla 4: Propiedades de las regresiones de nubes convectivas y frente del día 18 de diciembre. Hora No de Pendiente R2 Ángulo Pendiente R2 Ángulo Diferencia (UTC) nubes nubes nubes (◦) frente frente (◦) de ángulos (◦) 1200 5 0.7317 0.9769 36.19 0.2514 0.1749 14.10 22.08 1430 8 0.4221 0.8025 22.88 0.2497 0.2000 14.02 8.86 1500 8 0.6182 0.8653 31.72 0.2120 0.2132 14.10 17.62 1600 4 1.0430 0.9643 46.21 0.2417 0.3266 13.59 32.62 1730 5 0.9013 0.9612 42.03 0.3461 0.6247 19.09 22.94 1800 7 0.8643 0.9517 40.84 0.3512 0.6184 19.35 21.49 1830 6 0.8291 0.8815 39.66 0.3015 0.3434 16.78 22.88 1900 7 0.8183 0.8823 39.29 0.3391 0.4196 18.73 20.56 1930 5 0.7134 0.9191 35.50 0.3389 0.4182 18.72 16.78 2000 6 0.5576 0.8410 29.14 0.3569 0.4270 19.64 9.50 2130 9 0.5041 0.5259 26.75 0.3484 0.4154 19.21 7.54 2200 10 1.6041 0.8654 58.06 0.3508 0.4153 19.33 38.73 2230 5 1.6078 0.9012 58.12 1.1013 0.7223 47.76 10.36 2300 6 1.5542 0.9011 57.24 1.0867 0.7545 47.38 9.86 2330 6 1.4089 0.8875 54.63 0.7263 0.5299 35.99 18.64 En la figura 9 están representados los ángulos de la pendiente del alineamiento de los cúmulos, del frente y la diferencia entre ellos. Podemos ver como en todas las horas el ángulo de los cúmulos es mayor que el del frente, por lo que su diferencia es siempre positiva, está comprendida entre 10◦ y 40◦. Esto podría interpretarse porque la convección generada en el interior del frente, se adelanta al eje del sistema frontal en latitudes inferiores mientras que la misma actividad convectiva se produce para zonas más retrasadas en latitudes superiores. Figura 9: Gráfica donde está representado el ángulo de la nube, del frente y la diferencia entre sus ángulos en función de la hora (UTC) para el día 18 de diciembre. La inclinación del alineamiento de nubes y de orientación del frente decrece en ambos casos hasta las 2130 UTC, y por otro lado, la diferencia de los ángulos se mantiene muy uniforme hasta llegar a las 2200 UTC donde aumenta considerablemente. Todo ello puede ser debido a que en la evolución del frente desde las 1200 UTC hasta llegar a las 2200 UTC es bastante regular, observándose una masa nubosa 24 REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) compacta. Pero a las 2200 UTC dicha masa se fracciona dispersándose las de menor superficie. Todo esto motiva un cambio brusco en las pendientes de los dos ajustes (ver figura 9). Como consecuencia debería estudiarse separadamente las dos situaciones. En la figura 10 se presenta la evolución las imágenes resaltadas correspondientes al canal infrarrojo térmico de cada una de las horas del día 18 de diciembre, donde han sido contorneadas con una escala de grises para aquellas temperaturas de brillo ≤ -52 ◦C para el caso de las nubes convectivas y ≤ -25 ◦C para el frente. 19 de diciembre de 2000 Para el día 19 de diciembre (tabla 5) la diferencia de ángulos entre la pendiente del alineamiento de las nubes convectivas y el frente evolucionan desde las 0000 UTC con 11◦ hasta llegar a las 0600 UTC con casi 35◦ de diferencia lo que indica que tienden a separarse las pendientes. En la figura 11 se muestra como tanto la inclinación del frente como la disposición de los cúmulos se mantienen con pequeña variación, al contrario de lo que ocurría en el día anterior. La media calculada de la diferencia de ángulos para este día es de 30.13◦. En este caso, el coeficiente de determinación R2 de la pendiente de las nubes está comprendido entre los 0.72 y 0.95, lo que indica que las posiciones de las nubes mantienen una estructura regular dentro del frente. Tabla 5: Propiedades de las regresiones de nubes convectivas y frente del día 19 de diciembre. Hora No de Pendiente R2 Ángulo Pendiente R2 Ángulo Diferencia (UTC) nubes nubes nubes (◦) frente frente (◦) de ángulos (◦) 0000 9 1.6769 0.9519 59.19 1.1168 0.7021 48.16 11.03 0030 9 1.7025 0.9129 59.57 0.6820 0.5060 34.32 25.25 0100 8 1.6146 0.9038 58.22 0.6445 0.4163 32.80 25.43 0130 7 1.6414 0.8519 58.64 0.5932 0.3655 30.68 27.97 0200 10 1.8568 0.8073 61.69 0.5888 0.3711 30.49 31.20 0230 13 2.0781 0.8928 64.30 0.5866 0.3724 30.40 33.90 0300 9 1.9364 0.9090 62.68 0.5792 0.3728 30.08 32.61 0330 7 2.283 0.9073 66.34 0.5584 0.3682 29.18 37.17 0400 10 2.0565 0.7471 64.06 0.5452 0.3533 28.60 35.47 0430 9 2.1357 0.7481 64.90 0.5314 0.3274 27.99 36.92 0600 10 1.8954 0.7246 62.18 0.5254 0.3170 27.72 34.46 La figura 12 corresponde a las imágenes contorneadas del día 19 de diciembre de 2000, reflejando el comportamiento descrito anteriormente y evidenciando una importante inmovilidad del sistema sinóptico analizado. Por otra parte, en el contexto del sistema frontal analizado, pero de forma independiente se observa la formación de una estructura convectiva delante del frente, en el Cantábrico, que influye sobre el norte de España. La estructura evoluciona adquiriendo características ciclónicas, cuyo análisis, quedaría fuera del objetivo central del presente trabajo. Un análisis de los datos con los dos días en conjunto muestran una evolución desigual, sobre todo en el fenómeno convectivo, ya que inicialmente el frente que tiene una disposición predominantemente zonal con inclinación en torno a 10◦, pasa horas antes del cambio de fecha a una inclinación del orden de 45◦, volviendo, al día siguiente, a alrededor de 30◦ que conserva durante el resto del periodo analizado. Simultáneamente, el desarrollo convectivo sufre un decaimiento, reflejándose por la disminución de las áreas de los cúmulos y pérdida en la correlación de la recta de regresión de sus centros de gravedad. Esto se podría interpretar como breve episodio de frontólisis durante varias horas de la tarde del día 18 (de 1600 a 1900 UTC). No obstante, la inmovilidad del sistema en el segundo día, propicia una intensificación de la actividad convectiva en el interior del frente. REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) 25 1200 UTC 1430 UTC 1500 UTC 1600 UTC 1730 UTC 1800 UTC 1830 UTC 1900 UTC 1930 UTC 2000 UTC 2130 UTC 2200 UTC 2230 UTC 2300 UTC 2330 UTC Figura 10: Imágenes contorneadas en escala de grises para aquellas temperaturas de brillo que sean ≤−52 ◦C para el caso de las nubes convectivas, y ≤−25 ◦ C para el frente, de las 1200 a las 2330 UTC del día 18 de diciembre. 26 REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) Figura 11: Gráfica donde está representado el ángulo de la nube, del frente y la diferencia entre sus ángulos en función de la hora (UTC) para el día 19 de diciembre. 4. Resumen y conclusiones Mediante el procedimiento de la determinación de zonas nubosas con diferentes temperaturas de brillo proporcionadas por la observación remota desde el satélite Meteosat, y fijando ciertos valores umbrales, pueden identificarse sistemas nubosos de naturaleza distinta, como nubes de evolución vertical dentro de un sistema frontal extenso de cima de nube a menor altura. Este trabajo ha consistido fundamentalmente en el desarrollo de una metodología conducente a la iden- tificación y descripción de fenómenos en los que se relacionan áreas nubosas de distinto origen. En él, se han obtenido los resultados que se resaltan a continuación para un episodio la presencia de un sistema frontal en el Atlántico próximo a la Península Ibérica. Las imágenes que se han empleado corresponden a los días 18-19 de diciembre de 2000, donde se inició en cada una de las situaciones un frente en el océano Atlántico que evolucionó hasta llegar a la Península Ibérica. Gracias a las imágenes del canal IR del satélite Meteosat primera generación, se ha realizado el estudio de las propiedades de las nubes convectivas ligadas al frente mediante la definición de apropiados umbrales de temperatura de brillo y tamaño. A partir de los diagramas termodinámicos comprobamos que el desarrollo convectivo se vio favorecido por la proximidad del frente en las diferentes estaciones de sondeo. Con la situación sinóptica de los días de estudio se detallan las áreas de baja presión que favorecen la aparición de los frentes que pueden pasar por la Península. Los resultados obtenidos en este análisis muestran que el frente generado tiene asociados fenómenos convectivos que forman un claro alineamiento entre sí, pero no coincidente con el eje de la estructura ex- tensa. Las pendientes o inclinaciones obtenidas por medio de la regresión entre sus centros de gravedad, son mayores, en general, que la inclinación del propio frente, caracterizada por la dirección principal de la cubierta nubosa. El desplazamiento de todo el sistema frontal y de las nubes de desarrollo vertical se produce básica- mente según un movimiento zonal, aunque mostrándose cierta estacionariedad, lo que se deduce de la regularidad en la evolución de las pendientes estudiadas. La diferencia entre los ángulos de las nubes de desarrollo y el propio frente es positiva, lo que indica que el desarrollo convectivo se produce antes (según el avance zonal del sistema frontal) en latitudes inferiores que en las superiores. En futuros desarrollos, se pretende profundizar más en el estudio de las propiedades de las nubes ligadas a un frente, con la realización de una estadística más extensa con más situaciones, una ampliación de la región de estudio, el análisis de otras propiedades, como pudiera ser la relación de áreas limitadas por las líneas de temperaturas umbrales manejadas en este trabajo, etc. REVISTA DE CLIMATOLOGÍA, VOL. 18 (2018) 27 0000 UTC 0030 UTC 0100 UTC 0130 UTC 0200 UTC 0230 UTC 0300 UTC 0330 UTC 0400 UTC 0430 UTC 0600 UTC Figura 12: Imágenes contorneadas en escala de grises para aquellas temperaturas de brillo que sean ≤ -52 ◦C para el caso de las nubes convectivas, y ≤ -25 ◦ C para el frente, de las 0000 a las 0600 UTC del día 19 de diciembre. 5. Bibliografía Augustine JA, Tollerud EI, Jamison BD (1989): Distributions and other general characteristics of mesos- cale convective systems during 1986 as determined from GOES infrared imagery. 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