Revista Cubana de Meteorología

Pronóstico de inundaciones costeras en Cuba por huracanes, utilizando una combinación de modelos numéricos

ABSTRACT A regional model combination (WRF+ROMS+WW3+SWAN), identified as SPNOA (Numeric Ocean-Atmosphere Forecasting System), was applied for coastal flood forecast in Cuban coastal zones. A module to predict sea level rise by wave setup was added. Nested domains were used, covering the Inter-American Seas, Cuban surrounding waters and shore areas. Several hurricanes were considered as study cases in the experimental work to test the system effectiveness. The following procedures were utilized to evaluate the obtained results: A) WRF output circulation patterns were compared with NOAA re-analyses, and hurricane trajectories with NHC best tracks. B) The records of meteorological stations and buoys were compared with punctual model outputs. C) Storm tide forecast, given by ROMS and wave setup modules at the shore line, were evaluated in comparison with tide gauge records at some points of the Cuba coastal zone, near or located in the flooding areas. Some local testimonies about flooding intensity were also analyzed. It was concluded that SPNOA system is efficient in terms of up to 72 hours for the representation and prediction of wind waves and sea level rise, under the influence of hurricanes; therefore, its use in the Cuban meteorological service is recommended.

RESUMEN Se presenta la aplicación de los modelos combinados (WRF+ROMS+WW3+SWAN) dentro del Sistema SPNOA (Sistema de Pronósticos Numéricos Océano-Atmósfera), en la representación y predicción de las inundaciones costeras en Cuba, para uso del servicio meteorológico nacional. Se añade un módulo para el cálculo del aumento de nivel por rompiente de oleaje (wave setup). Se utilizan dominios anidados que cubren los mares Interamericanos, las aguas aledañas y las costas cubanas. Para comprobar la efectividad del sistema en la representación y pronóstico de las inundaciones, se analizan varios estudios de caso de huracanes. Se comparan los patrones de circulación de salida de WRF con los re-análisis NOAA y las trayectorias de los huracanes con las mejores trayectorias (Best track) de NHC. Posteriormente, se comparan los registros de estaciones meteorológicas y de boyas, de las variables viento, presión atmosférica y elementos de ola, con las salidas de WRF, WW3 y SWAN. Las salidas de sobreelevación del nivel del mar, dadas por ROMS+wave setup, se evalúan en comparación con registros de mareógrafos en algunos puntos de las costas de Cuba, cercanos o localizados en las áreas de inundación. Se concluye que el sistema SPNOA es eficiente en plazos de hasta 72 horas para la representación y predicción de oleaje y sobreelevación del nivel del mar, al paso de huracanes, por lo que se recomienda su uso en el servicio meteorológico cubano.

Caracterización de la dirección y fuerza del viento en el Aeropuerto Internacional “Abel Santamaría” en el periodo 2011-2015

RESUMEN Las aeronaves en la actualidad cuentan con un excelente performance¸ sin embargo, la meteorología continúa teniendo un notable impacto en la seguridad y eficiencia de los vuelos. Entre las variables más significativas durante las fases de despegue y aterrizaje de una aeronave, se encuentran la dirección y la fuerza del viento. En el Aeropuerto Internacional “Abel Santamaría” de Santa Clara, existe una base de datos climáticos incompleta. Por lo tanto, se requirió hacer un estudio climatológico de estas variables del aeródromo. Para el completamiento de la base de datos se utilizaron dos métodos numéricos: el vecino más cercano y el Radial Basic Function (RBF), obteniéndose mejores resultados con este último. Con la base de datos completa se utilizaron los estadígrafos descriptivos y las rosas del viento para caracterizar esta variable. Se identificó que el viento predominante es del Este en el aeropuerto, alcanzando la velocidad máxima media en el rumbo Estenordeste. El mes de mayo posee la mayor cantidad de valores de fuerza del viento que exceden los 19 km/h del resto del año. De los meses julio a octubre los vientos se caracterizan por ser variables y débiles. Durante el ciclo diurno, existe un máximo de velocidad del viento a las 1600 y un mínimo a las 0700 (horas locales).

ABSTRACT Actually, the aircrafts have an excellent performance; however, meteorology continues having an important impact on flight safety and efficiency. During the phases for the takeoff and landing of an aircraft, the wind direction and the wind speed are the most significant meteorological variables among others. There is an incomplete climate database at the Abel Santamaria International Airport in Santa Clara. Therefore, it was necessary to develop a climatological study for those variables at the airport. Two numerical methods were used to complete the database: the nearest neighbor and the Radial Basic Function (RBF), and better results were obtained with the second method. The descriptive statisticians and wind roses were used to characterize this variable using the complete database. It was identified that the predominant wind at the airport is from the East, reaching the maximum speed average from the East Northeast course. The month of May has the highest wind force values exceeding 19 km/h. From July to October, the winds are characterized by variable and weak winds. During the daytime cycle there is a maximum wind speed at 1600 and a minimum at 0700 (local time).

Influencia de factores meteorológicos en la acuicultura de aguas interiores

RESUMEN Con el objetivo de caracterizar variables y fenómenos meteorológicos relevantes que afectan la acuicultura de aguas interiores se seleccionaron embalses de la provincia de Villa Clara y Santiago de Cuba. Para determinar la influencia de las variables se estudiaron la temperatura del agua (oC) y la concentración de oxígeno (mg·L −1 ) a diferentes profundidades y desde el punto de vista meteorológico, temperaturas extremas del aire (máxima y mínima) (oC), temperatura media del aire (oC), humedad relativa del aire (media diaria, extremos) (%), nubosidad (octavos de cielo cubierto), acumulado de precipitaciones (mm) y velocidad del viento (m·s−1). Se consideraron los rangos térmicos de las especies comerciales claria (Claria gariepinus), tilapia (Géneros Oreochromys y Tilapia), tenca (Tinca tinca L.) y carpa (Cyprinus carpio L.). Se observó que los fenómenos meteorológicos con mayores impactos negativos resultaron las lluvias intensas y la sequía. Se presentaron rangos de temperatura del agua adecuados para el desarrollo de las cuatros especies. Además se constató que esta variable tiene una asociación positiva tanto con la temperatura del aire (extremas y medias) como con el acumulado de precipitaciones. También se observó una correlación negativa entre la humedad relativa del aire (extremos y medios) y la velocidad del viento.

ABSTRACT In order to characterize variables and relevant meteorological phenomena that affect inland aquaculture, reservoirs from Villa Clara and Santiago de Cuba province were selected. To determine the influence of the variables, water temperature (oC) and oxygen concentration (mg • L-1) were studied at different depths and from the meteorological point of view, extreme air temperatures (maximum and minimum) (oC), average air temperature (oC), relative humidity (average daily, extremes) (%), cloudiness (eighth of covered sky), accumulated precipitation (mm) and wind speed (m • s-1). The thermal ranges of the commercial species clary (Claria gariepinus), tilapia (Oreochromys and Tilapia), tench (Tinca tinca L.) and carp (Cyprinus carpio L.) were considered. It was observed that the meteorological phenomena with greater negative impacts resulted in heavy rains and drought. Water temperature ranges suitable for the development of the four species were presented. In addition, it was found that this variable has a positive association both with the air temperature (extreme and medium) and with the accumulated rainfall. A negative correlation was also observed between the relative humidity of the air (extremes and means) and the wind speed.

Pronóstico energético a muy corto plazo para el Parque Eólico Gibara I utilizando un modelo autorregresivo

RESUMEN Cuba está avanzando en la explotación de la energía eólica. Actualmente no se cuenta en el país con pronósticos energéticos a muy corto plazo para parques eólicos. Este trabajo pretende lograr mediante métodos estadísticos esos pronósticos para el Parque Eólico Gibara I, a partir de: obtener un Modelo Autorregresivo de Medias Móviles para pronosticar la rapidez del viento a muy corto plazo, en el nivel de 50 m de altura; evaluar la calidad de los pronósticos mediante el cálculo de diversos estadísticos y combinar el pronóstico de rapidez del viento con la curva de potencia del parque para obtener el pronóstico energético. Se utilizó la serie de tiempo de la rapidez del viento en el nivel 50 m de altura de la torre de prospección eólica Los Cocos, localizada en Gibara, Holguín. El modelo fue seleccionado a partir del uso del criterio de Akaike y se obtuvo que el modelo propuesto pronosticó bastante bien la rapidez del viento, con un error de pronóstico comparable a otros resultados obtenidos para este parque, existiendo una buena correlación entre el pronóstico y los datos reales. Finalmente se logró el pronóstico energético a muy corto plazo para el Parque Eólico. Estos resultados contribuyen a una mejor planificación de las operaciones en tiempo casi real en el parque eólico, buscando disminuir las pérdidas energéticas provocadas por la salida del Sistema Electroenergético Nacional de un parque eólico tan importante para el país como es Gibara I.

ABSTRACT Cuba is advancing in the exploitation of wind energy. At present, it doesn´t exists very-short term wind power forecast for wind farms at the country. This paper intends to achieve, using statistics methods, a very short-therm forecast of wind power that will generate Gibara I Wind Power Farm. For that it will be obtained an autoregressive moving average model to forecast wind speed in a very - short term at 50 m level; to evaluating model forecast´quality by calculating various statisticians and finally to combining the wind speed forecast with Gibara I Wind Farm´power curve to obtain the wind power forecast. Wind speed time series at 50 m level, coming from Los Cocos wind power prospection tower, located in Gibara, Holguin, was used. The model was selected by the use of Akaike´s criteria. It forecasted so well wind speed, with an error which is comparable with another results for this wind farm. The correlation between real data and the forecast was good. Finally, the wind power forecasted was obtained. This results contribute to a better planning of very short-term operations inside the wind farm, whit the aim of the decrease of power losses if Gibara I Wind Farm way out of National Energetic System.

Cartografía de variables climáticas basada en gradientes, sistemas de expertos y SIG

RESUMEN Se presenta un método para la generación de mapas continuos de variables climáticas a partir de gradientes, valores de referencia y criterio de expertos en zonas de relieve complejo. La metodología propuesta usa un sistema de información geográfica para describir los factores geográficos formadores de microclimas en la región de estudio y modelos de inferencia difusa tipo Mamdani para integrar conocimiento climatológico local en un sistema de experto. De esta forma es posible asignar un número arbitrario de gradientes y valores de referencia a una serie de patrones que describen locaciones dentro de la región de estudio. Se incluye un estudio de caso para la variable climática temperatura mínima. En el mismo fueron generados mapas a escalas 1:250000 y 1:100000 de la variable para la región oriental de cuba. El proceso es totalmente automatizado, requiriendo la intervención humana solamente con propósitos de mejora cartográfica de los mapas finales.

ABSTRACT A method is presented for the generation of continuous maps of climatic variables in complex relief zones by using gradients, reference weather stations and expert criteria. This proposal uses a geographic information system to describe the geographic factors forming that form microclimates in the study region and fuzzy Mamdani inference models to integrate knowledge of local climate into an expert system. In this way it is possible to assign an arbitrary number of gradients and reference values to patterns describing locations within the study region. A case study for the variable minimum temperature is included in the study. In it maps at scales 1:250000 and 1:100000 of the variable for the eastern region of Cuba were generated. The process is fully automated, requiring human intervention only for cartographic improvement purposes of the final maps.

Períodos de retorno para las inundaciones costeras y los eventos extremos de viento y oleaje en la costa nororiental de Cuba

RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo el cálculo de los períodos de retorno para los eventos de inundación costera, así como el viento máximo y el oleaje extremo en la costa norte de la región oriental de Cuba. Como fuentes de información se utilizaron los datos de las estaciones costeras de Cabo Lucrecia y Punta Maisí, la cronología y clasificación de las inundaciones costeras para las ciudades de Gibara y Baracoa; mientras que se emplearon las distribuciones de probabilidad de Gumbel y Poisson, y los test de Kolmogorov- Smirnov y X 2 para la bondad de ajuste, así como el método de los máximos anuales. Como resultados se obtuvieron los períodos de retorno de las inundaciones costeras, así como de los vientos máximos y la altura significativa para las probabilidades de 0.1, 0.05 y 0.02, así como el intervalo de confianza correspondiente. Se concluye que las distribuciones teóricas empleadas (Poisson para los eventos de inundación y Gumbel para los regímenes extremos de viento y oleaje) resultaron idóneas para los niveles de significación del 5% y 1%, arrojando que para las ciudades de Baracoa y Gibara se espera ocurran inundaciones costeras al menos una vez cada dos y cuatro años respectivamente, mientras que los períodos de retorno para los regímenes extremos de viento y oleaje para Cabo Lucrecia y Punta de Maisí son similares, excepto los intervalos de confianza que son marcadamente diferentes, debido a la mayor variabilidad existente en Cabo Lucrecia.

ABSTRACT The objective of this paper is to calculate the return periods for coastal flood events, as well as the maximum wind and extreme wave on the north coast of the eastern region of Cuba. The main sources of information used were records from the coastal stations of Cabo Lucrecia and Punta Maisí, the chronology and classification of coastal floods for the cities of Gibara and Baracoa; as well as the use of the distribution of probability of Gumbel and Poisson, Kolmogorov- Smirnov test and X 2 for Goodness, as well as the method of annual maximum. The main results obtained were the return periods of coastal floods, as well as the maximum winds, and the significant height for the probabilities of 0.1, 0.05 and 0.02, and the corresponding confidence interval. It is concluded that the theoretical distributions used (Poisson for flood events, and Gumbel for extreme regimes of wind and wave) were suitable for the significance level of 5% and 1%, showing that for the cities of Baracoa and Gibara coastal floods events are expected once each two and four years respectively, while the periods of return for the extreme wind and wave regimes for Cabo Lucrecia and Punta de Maisi are similar, except the confidence intervals which are remarkably different due to a greater variability observed in Cabo Lucrecia.

Algunas características de los aerosoles sobre Camagüey

RESUMEN Se analizan las mediciones de las características ópticas de los aerosoles realizadas en el centro de la ciudad de Camagüey (CMW) y en el Centro Meteorológico (CMP), distantes a unos 8 Km. Un total de 3099 observaciones se tomaron de manera irregular entre febrero del 2011 y diciembre del 2016, empleando un fotómetro manual Microtops II. El espesor óptico de los aerosoles (EOA) promedio, en los 500nm para el período lluvioso, fue de 0.18±0.10 en la CMW y 0.16±0.10 en el CMP, mientras que en el período poco lluvioso fueron de 0.12±0.06 y 0.10±0.09 respectivamente. Los aerosoles finos predominan sobre la ciudad en la temporada poco lluviosa, no así en la época de lluvias, donde abundan más los aerosoles del modo grueso. En el CMP existe un equilibrio entre ambos modos de aerosoles. Se discriminaron los diferentes tipos de partículas presentes sobre los sitios de medición, el análisis reveló que existe un predominio de los aerosoles de origen marítimo tanto en la CMW (54%) como en el CMP (68%) mientras que los aerosoles mezclados constituyen el 35% y el 23% respectivamente. Además, en la ciudad el 7% de los aerosoles son de origen urbano/industrial y el resto (4%) son de polvo, los aerosoles de origen urbano/industrial constituyen solo el 4% en el CMP y los de polvo el 5%.

ABSTRACT The measurements of the aerosols optical characteristics carried out in the center of Camagüey city of (CMW) and the Meteorological Center (CMP), which are about 8 km away, are analyzed. A total of 3099 observations were taken irregularly between February from 2011 and December 2016, using a Microtops II manual sunphotometer. The average aerosols optical depth (AOD), in the 500nm for the rainy period, was 0.18 ± 0.10 in the CMW and 0.16 ± 0.10 in the CMP, while in the dry season they were 0.12 ± 0.06 and 0.10 ± 0.09 respectively. Fine aerosols predominate over the city in the rainy season, but not in the dry season, where aerosols of the coarse mode are more abundant. In the CMP there is a balance between both modes of aerosols. The different types of particles present on the measurement sites were discriminated, the analysis revealed that there is a predominance of aerosols of marine origin in both the CMW (54%) and the CMP (68%) while the mixed aerosols constitute the 35% and 23% respectively. In addition, in the city 7% of the aerosols are of urban / industrial origin and the rest (4%) are of dust, the aerosols of urban / industrial origin constitute only 4% in the CMP and those of dust the 5%.

Estado actual de la aplicación de métodos de reducción de escala a las proyecciones de cambio climático en Centroamérica y el Caribe

RESUMEN En el artículo se realiza una descripción de los avances y el estado actual en la proyección climática en la región de Centro América y el Caribe. Se describen brevemente las características de los modelos climáticos globales y regionales que reproducen la dinámica del clima, permitiendo simular su evolución futura en función de los forzamientos de escenarios de emisión y se presenta una reseña de los principales resultados obtenidos en cuanto a las proyecciones de los campos de precipitación, temperatura y de otros rasgos climáticos regionales, como la sequía intraestival, el chorro de bajo nivel del Caribe y los ciclones tropicales. Los resultados alcanzados hasta el presente permiten afirmar que, a pesar de las incertidumbres existentes, la mayor parte de las proyecciones concuerdan en el calentamiento regional y en la reducción de las cantidades de lluvia en la región, así como el incremento de algunos eventos extremos. El análisis del conjunto de resultados alcanzados hasta la fecha sugiere que la aplicación de métodos basados en conjuntos de modelos, permite obtener resultados más robustos en las proyecciones climáticas.

ABSTRACT A description of the progress and current status of the climate projection in the Central American and Caribbean region is presented. The characteristics of the global and regional climate models that reproduce the dynamics of the climate and allow simulating its future evolution based on the forcing of emission scenarios are briefly described. The review summarizes the main results obtained on the projections of the fields of precipitation, temperature and other regional climatic features, such as the midsummer drought, the Caribbean low-level jet and tropical cyclones. The results achieved up to the present allow affirming that, in spite of the existing uncertainties, most of the projections agree in the regional warming and in the reduction of the amounts of rain in the region, as well as the increase of some extreme events. The analysis of the set of results achieved to date suggests that the application of methods based on model ensembles allows to obtain more robust results in the climate projections.

Programa para el análisis espacial de los regímenes de temperatura y precipitación

RESUMEN La representación espacial de los regímenes de temperatura y precipitación son de gran importancia y utilidad cuando se quiere analizar el comportamiento climático de una región determinada; por tal motivo la presente investigación tiene como objetivo el desarrollo de un programa que permita realizar dichas tareas. Se utilizaron datos de temperatura media del aire de las estaciones meteorológicas pertenecientes a las provincias de Granma, Santiago de Cuba, Guantánamo y Holguín, así como la información pluviométrica de esta última provincia; mientras que se utilizó el método de interpolación del inverso de la distancia al cuadrado. Este trabajo permitió obtener una caracterización climática de la provincia de Holguín respecto a las variables meteorológicas antes mencionadas y siendo aplicable en una región geográfica cualquiera.

ABSTRACT The spatial representation of the temperature and rainfall regimes are of great importance and usefulness when you want to analyze the climatic behavior of a given region; for this reason, the present investigation has as objective the development of a program that allows to perform said tasks. Data of the average temperature of the air from the meteorological stations belonging to the provinces of Granma, Santiago de Cuba, Guantanamo and Holguin were used, as well as the rainfall information of the latter province; while the interpolation method of the inverse of the distance squared was used. This work allowed obtaining a climatic characterization of the province of Holguín with respect to the aforementioned meteorological variables and being applicable in any geographic region.

Inundaciones costeras provocadas por el huracán Irma en el malecón habanero los días 9 y 10 de septiembre 2017

RESUMEN Durante los días 8 al 10 de septiembre de 2017, el archipiélago cubano fue afectado grandemente por el huracán Irma. En este trabajo se emprende el análisis de las inundaciones costeras ocurridas en el Malecón de La Habana, debidas al incremento del nivel el mar inducido por el oleaje incidente. El objetivo principal es actualizar el mapa de inundaciones costeras para los municipios Centro Habana y Plaza de la Revolución, y ofrecer valoraciones sobre la presión del oleaje incidente sobre las obras de protección. Fue empleado el sistema Mapinfo para actualizar la capa de alcance de las inundaciones en la zona de la capital aledaña al malecón, y se aplicó una metodología para el cálculo de la potencia de impacto de la ola sobre las estructuras, considerando la teoría lineal. Se concluyó que fue muy significativa la intensidad del oleaje que llegó al límite de aguas profundas adyacentes al Malecón habanero desde la noche del 9 hasta el 10 de septiembre, con altura significativa entre 7,0 - 9,0 metros que dieron lugar a inundaciones catalogadas de fuertes en extremo, según clasificación del Centro de Meteorología Marina del INSMET, y se obtuvo el valor de la potencia de impacto del oleaje que arrojó sobre la costa fragmentos de roca con pesos entre 1 y 3 toneladas.

ABSTRACT From September 8 to 10, 2017, the Cuban archipelago was strongly beaten by hurricane Irma. In this paper it is performed the analysis of floods by sea invasions occurred through Havana´s seawall, due to sea level increment induced by breaking waves. The main objective is to update the map of coastal floods for Centro Habana and Plaza de la Revolucion municipalities, and to offer assessments about the wave pressure on protection works. It was employed Mapinfo geographic information system for updating the flood extension layer on capital area adjacent to Havana´s seawall, and it was applied a computing methodology for obtaining the wave impact force on vertical structures, taking into account lineal theory. It was concluded that was very significant the wave intensity that came on deep water boundary adjacent to Havana´s seawall from September 9 at night up to September 10, with significant waves among 7,0 and 9,0 meters height that provoked extremely strong coastal floods, according to Marine Meteorology Center of the Institute of Meteorology, and it was obtained the impact forces values that resulted in the throwing of rock pieces weighting between 1 and 3 tons.