Caracterización del viento en la Península Ibéricaobservaciones y simulaciones regionales

Resum

El objetivo de esta tesis es caracterizar el viento en la Península Ibérica mediante observaciones y modelos climáticos regionales, analizar los errores en las simulaciones y proponer e implementar mejoras físicas para la reproducción del viento en superficie. La metodología consiste en varios pasos. Primero, se han realizado un control de calidad y unificación de registros para crear una base de datos observacionales con una densidad sin precedentes (514 estaciones) de series temporales horarias de velocidad y dirección del viento durante 2002-2007. Segundo, los modelos climáticos regionales han sido usados en el estudio de la climatología del viento para superar las limitaciones que plantean las observaciones. Se ha realizado una simulación climática cubriendo la Península Ibérica a 10 km de resolución espacial durante 1959-2007 con el modelo MM5. Tercero, para facilitar la caracterización del viento y realizar una validación de las simulaciones a escala regional se han usado técnicas multivariantes (métodos de clustering y análisis de componentes principales). Con estas técnicas, el área de estudio se ha dividido en varias regiones atendiendo a los distintos modos de variabilidad del módulo del viento. Cuarto, para analizar el sesgo en el módulo del viento se ha realizado dos simulaciones análogas a la del modelo MM5 para el periodo de observaciones (2002-2007) con el modelo WRF. Una de las simulaciones incluye una parametrización de los efectos topográficos. Por último, se ha modificado el término de fricción topográfica del modelo WRF para considerar la influencia de la estabilidad atmosférica. Para ello se usa la energía cinética turbulenta que es incluida en el esquema de capa límte usando una ecuación de diagnótico. Los resultados de la caracterización del viento mediante las observaciones muestra una gran diversidad regional del viento en la Península Ibércia, puesta de manifiesto en el ciclo annual, la rosa de los vientos, los histogramas de la velocidad del viento así como en las correlaciones temporales entre las series medias regionales. La escala sinóptica juega un papel esencial en el análisis de la dirección promedio del viento y las anomalías del módulo. La simulación con MM5 es capaz de reproducir las principales características del viento en la Península Ibérica y proporciona un valor añadido respecto de las condiciones de contorno. La simulación ha sido usada en diversos estudios. Primero, ha permitido analizar las tendencias del módulo del viento mostrando una disminución en invierno asociada a la disminución de situaciones ciclónicas, mientras que existe un aumento en verano debido al incremento de circulaciones térmicas favorecidas por el aumento de las temperaturas. Segundo, la simulación ha servido para estimar el recurso eólico en España usando una herramienta web que facilita el acceso a la información del viento para cualquier usuario. Tercero, con la simulación se han analizado las limitaciones de las observaciones mostrando que el periodo de datos disponibles puede ser insuficiente para describir la climatología del viento en el oeste peninsular y señalando la necesidad de incluir más estaciones en regiones montañosas como el Sistema Ibérico para una mejor caracterización del viento. El mayor inconveniente que presenta tanto la simulación realizada con MM5 como la análoga con WRF es la sobrestimación del módulo del viento. La inclusión de la parametrización de la topografía a subescala en WRF muestra que el sesgo de la velocidad del viento puede ser mejorado incluyendo dichos effectos topográficos. Sin embargo, esta parametrización puede infraestimar el viento observado en situaciones muy ventosas. El ciclo diario del módulo del viento muestra que dicha infraestimación viene dada por el comportamiento inadecuado durante el día. La relación de la velocidad convectiva, la energía cinética turbulenta y la altura de la capa límite con el sesgo del viento muestran una dependencia de la fricción topográfica con las condiciones de estabilidad. La modificación de la fricción topográfica con los parámetros de estabilidad mejora el ciclo diario del viento, aunque ésta depende del mes del año. Esta tesis contribuye a mejorar el entendimiento del viento observado y simulado en la Península Ibérica. Además, supone un avance en los modelos regionales puesto que mejora el viento simulado.