Cómo funciona la predicción meteorológica: desde la recopilación de datos hasta tu aplicación de pronóstico

Todo pronóstico mostrado en una aplicación de teléfono o transmisión televisiva se remonta al mismo sistema básico: las observaciones entran, una supercomputadora resuelve ecuaciones atmosféricas, y un meteorólogo o algoritmo convierte el resultado en una predicción. La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los EE.UU. (NOAA) describe este proceso simplemente como predicción meteorológica basada en matemáticas — ecuaciones que representan el comportamiento físico de la atmósfera, resueltas repetidamente conforme avanza el tiempo.

Los seis pasos detrás de un pronóstico

1. Las observaciones se recopilan en todo el mundo — desde globos meteorológicos, satélites, boyas, radares, sensores en aeronaves comerciales y barcos, medidores de ríos y costas, y estaciones terrestres — y se convierten en valores numéricos de temperatura, presión, humedad y viento, según la NOAA.
2. La asimilación de datos combina estas nuevas observaciones con el pronóstico de corto plazo más reciente de la atmósfera. El Centro Europeo para Pronósticos Meteorológicos a Plazo Medio (CEPMMT) dice que cientos de millones de observaciones se filtran y se combinan con pronósticos de corto plazo recientes todos los días a través de este proceso estadístico, produciendo la mejor estimación del estado actual de la atmósfera.
3. Un modelo numérico divide el globo (o una región) en una cuadrícula tridimensional de puntos. La NOAA señala que mallas más finas dan más detalle local pero requieren mucha más potencia de cálculo — duplicar la resolución en cada dirección aproximadamente cuadruplica los cálculos requeridos para la misma área.
4. Las supercomputadoras resuelven las ecuaciones físicas en cada punto de malla para pasos de tiempo cortos, luego alimentan el resultado como punto de partida para el siguiente paso. Las máquinas de la NOAA, ubicadas en Virginia y Florida, realizan aproximadamente 2,8 billones de cálculos por segundo; el sistema de CEPMMT utiliza más de un millón de procesadores entregando aproximadamente 30 petaflops.
5. El modelo se ejecuta muchas veces con condiciones iniciales o configuraciones de física ligeramente diferentes, llamado conjunto. La NOAA dice que cuando las ejecuciones coinciden, los meteorólogos tienen mayor confianza; cuando divergen, esa dispersión comunica por sí misma la incertidumbre al público.
6. Los meteorólogos humanos y los sistemas automatizados interpretan el resultado bruto del modelo — ajustando por terreno local, sesgos conocidos del modelo, u observaciones recientes — antes de emitir el pronóstico, vigilancia o advertencia pública.

Modelos globales vs. regionales

La NOAA distingue entre modelos globales, que cubren todo el planeta con resolución más gruesa, y modelos regionales, que cubren un área más pequeña con mayor detalle. El CEPMMT ejecuta su modelo global dos veces al día, a medianoche y al mediodía, con dos ejecuciones intermedias adicionales que suministran condiciones de frontera a los modelos regionales propios de los estados miembros. La agencia señala que un modelo global es necesario porque los disturbios meteorológicos en un lado del mundo pueden influir en condiciones en otros lugares días después.

Por qué los pronósticos pierden precisión con el tiempo

La atmósfera es un sistema caótico: las pequeñas diferencias en las condiciones iniciales crecen con el tiempo hasta que el pronóstico diverge de la realidad. Este principio, identificado por primera vez por el meteorólogo del MIT Edward Lorenz, es por qué ningún modelo — sin importar cuán poderoso sea — puede pronosticar indefinidamente hacia el futuro.

Un estudio dirigido por la investigadora de Penn State Fuqing Zhang probó los dos sistemas de pronósticos globales líderes — el modelo de CEPMMT y el sistema global de predicción de próxima generación de EE.UU. — contra eventos reales, incluyendo un episodio de frío europeo e inundaciones en China, utilizando datos iniciales casi perfectos. El equipo concluyó que los pronósticos confiables día a día son alcanzables aproximadamente 9 a 10 días por adelantado para las latitudes medias, donde vive la mayoría de la población mundial, y que esto podría extenderse a aproximadamente 14 a 15 días conforme la recopilación de datos, algoritmos y potencia de cálculo mejoren.

La orientación técnica propia de la NOAA sobre la salida del modelo da una cifra más conservadora para pronósticos de cuadrícula crudos sin procesar, señalando que los modelos permanecen generalmente precisos hasta aproximadamente cuatro días, después de los cuales la variación de ejecución a ejecución aumenta significativamente — una razón por la cual los conjuntos y los meteorólogos humanos siguen siendo parte del sistema para el rango medio.

Lo que viene después para la tecnología de pronósticos

El CEPMMT dice que las ganancias futuras dependen de pronósticos de conjunto de resolución más fina, mejor representación de los procesos del sistema terrestre (atmósfera, tierra y océano juntos), y asimilación mejorada de observaciones meteorológicas — todo lo cual requiere más potencia de cálculo. El Programa de Escalabilidad del centro se está preparando para la informática exaescala (mil millones de mil millones de cálculos por segundo) y también está explorando técnicas de aprendizaje automático como parte de sus sistemas de pronóstico, según su propia hoja de datos.