AROME

Un modelo de tormentas para Francia, y luego para los trópicos

A comienzos de los años 2000, los modelos operativos de Météo-France todavía adivinaban las tormentas en lugar de calcularlas: con celdas de unos diez kilómetros, un cumulonimbo era mucho más pequeño que una celda y había que representarlo mediante una parametrización, una receta que estima su efecto medio. El proyecto AROME, llevado a cabo de 2003 a 2008, se propuso construir un modelo lo bastante fino para calcular él mismo esas nubes y prever tormentas, lluvias intensas, nieblas y vientos debidos al relieve. Su nombre significa «Application of Research to Operations at Mesoscale» (aplicación de la investigación a las operaciones en mesoescala).

En lugar de partir de cero, el proyecto ensambló dos piezas existentes. El núcleo dinámico, la parte que resuelve las ecuaciones del movimiento del aire, procedía de ALADIN-NH, la versión no hidrostática del modelo de área limitada que Météo-France comparte con el consorcio ALADIN de servicios meteorológicos europeos y norteafricanos. La física, que se ocupa de las nubes, la turbulencia y la radiación, procedía de Meso-NH, un modelo de investigación de la comunidad francesa de investigación atmosférica (laboratorios del CNRM y del CNRS). La superficie procedía de SURFEX, la plataforma de superficies terrestres y marinas surgida de esa misma investigación. AROME-France entró en servicio operativo en diciembre de 2008, tras unos seis años de desarrollo y validación.

Las primeras versiones funcionaban a 2,5 km, con un nuevo análisis cada tres horas; justo antes de 2015 el modelo tenía 60 niveles. En abril de 2015 se dieron a la vez dos grandes pasos: la malla pasó a 1,3 km y 90 niveles, y el ciclo de análisis pasó de tres horas a una. Ese mismo año entró en servicio AROME-PI, una versión de predicción inmediata ejecutada cada hora, y una versión por conjuntos, PE-AROME, pasó a ser operativa en diciembre de 2016. En octubre de 2024 el análisis horario adoptó un esquema basado en un conjunto, el 3DEnVar, y en marzo de 2026 Météo-France anunció una nueva cadena de previsión que triplica las observaciones que entran en el modelo sobre Francia, de 1,4 a 4,2 millones al día, y lleva el conjunto de 76 a 108 escenarios al día.

Después llegaron los territorios de ultramar. Hasta mediados de la década de 2010 dependían de modelos globales y, en el caso de la Reunión, el Caribe y la Guayana Francesa, de versiones a 8 km del modelo hidrostático ALADIN; en febrero de 2016 Météo-France puso en servicio AROME-OM («AROME Outre-Mer», AROME de ultramar), cinco dominios a 2,5 km sobre el Caribe, la Guayana Francesa, el suroeste del océano Índico, Nueva Caledonia y la Polinesia Francesa. Los ciclones tropicales fueron uno de los motivos principales: el centro de Météo-France en la Reunión es, desde 1993, el Centro Meteorológico Regional Especializado de la Organización Meteorológica Mundial para los ciclones tropicales del suroeste del océano Índico. En diciembre de 2017 se añadió una capa de mezcla oceánica acoplada, hacia 2018-2019 el horizonte se amplió a 78 horas durante las alertas ciclónicas, desde 2020 funciona un conjunto experimental AROME-OM y en 2026 el dominio del océano Índico se extendió un 20 % más hacia el norte para seguir mejor los ciclones que amenazan Mayotte.

La ciencia: calcular las nubes en lugar de adivinarlas

AROME resuelve las ecuaciones de la atmósfera completamente compresibles y no hidrostáticas. «No hidrostático» significa que las aceleraciones verticales se calculan en lugar de suponerse despreciables: los modelos globales como ARPEGE suponen que el peso del aire equilibra la presión en cada punto, lo que se cumple para los grandes sistemas meteorológicos pero falla dentro de la corriente ascendente de una tormenta o en una onda de montaña. Además del viento, la temperatura, la humedad y la presión en superficie, el modelo lleva la velocidad vertical, una desviación de presión no hidrostática, la energía cinética turbulenta y cinco tipos de agua: gotitas de nube, cristales de hielo, lluvia, nieve y granizo blando.

Al igual que ARPEGE y el IFS del ECMWF, con los que comparte código, AROME es un modelo espectral: los campos se representan como sumas de ondas, lo que permite calcular con gran precisión las derivadas horizontales. La integración temporal es semilagrangiana y semiimplícita, una combinación que sigue a las parcelas de aire a lo largo de sus trayectorias y trata de forma implícita las ondas más rápidas, de modo que el modelo puede dar pasos de unos 50 s a 1,3 km sin volverse inestable. Sobre Francia la malla es una proyección cónica conforme de Lambert con un paso de 1,3 km; en ultramar, de 2,5 km. Los 90 niveles siguen el terreno cerca del suelo y la presión en altura (una coordenada híbrida); están muy juntos en las capas más bajas, el primero a unos 5 m sobre la superficie, y la cima se sitúa en 10 hPa.

La física procede de Meso-NH. La convección profunda no se parametriza en absoluto: las tormentas crecen en la malla, y sus nubes y precipitaciones las gestiona el esquema de microfísica ICE3, que sigue las cinco especies de agua y los procesos entre ellas. La turbulencia de la capa límite la calcula un esquema que prevé la energía cinética turbulenta, y la convección somera sin precipitación, como los cúmulos de buen tiempo, un esquema de difusividad turbulenta y flujo de masa. En 2017, la radiación usaba el esquema RRTM en el infrarrojo y el de Fouquart-Morcrette en el espectro solar. El suelo y el mar los gestiona SURFEX, que divide cada celda en suelo y vegetación, mar, lagos y ciudades, con un relieve tomado de la base de datos mundial de altitudes GMTED.

Una malla no calcula nada más pequeño que unas pocas de sus celdas: a 1,3 km, AROME dibuja bien un frente de brisa marina, la aceleración en un cabo o una línea de turbonada, pero no la racha concreta bajo una nube ni la térmica sobre una playa. Y como las tormentas se calculan en lugar de promediarse, su lugar y su hora exactos dependen de pequeños detalles del estado inicial: AROME indica dónde y cuándo pueden desarrollarse células más que a qué bahía exacta llegará una célula determinada. En ultramar, la superficie del mar bajo el modelo no es fija: una capa de mezcla oceánica unidimensional permite que el agua se enfríe cuando un ciclón la agita, lo que cambia la energía que recibe la tormenta.

Cómo se calcula una pasada

Sobre Francia, AROME parte en cada previsión de su propio análisis, la mejor estimación de la atmósfera actual a 1,3 km. Ingiere todo lo que usa el modelo global ARPEGE, estaciones de superficie, barcos, boyas, radiosondeos, aviones, radiancias de satélite y señales GNSS, más observaciones propias de las escalas finas: reflectividades de los radares meteorológicos, convertidas en perfiles de humedad, vientos radiales Doppler de radares de toda Europa y datos de superficie y de aviones más densos. Desde la mejora de 2026, unos 4,2 millones de observaciones entran cada día en el modelo.

El análisis se renueva cada hora. Desde octubre de 2024 utiliza un esquema 3DEnVar: un análisis variacional, que busca el estado atmosférico que mejor se ajusta a la vez a la previsión anterior a una hora y a las nuevas observaciones, ponderadas por sus errores esperados, en el que la forma de los errores de previsión se toma de un conjunto de 50 asimilaciones paralelas ejecutadas a 3,2 km cada tres horas. Las correcciones siguen así el tiempo del día, estiradas a lo largo de un frente o concentradas alrededor de una tormenta, en lugar de las formas medias fijas del 3D-Var utilizado de 2008 a 2024. En la evaluación publicada, el nuevo esquema superó claramente al 3D-Var en temporales de invierno, nieblas y episodios de lluvias intensas.

Las previsiones largas se lanzan ocho veces al día, cada tres horas. En los bordes de su dominio AROME toma sus condiciones de contorno de la última pasada de ARPEGE, cuya malla global estirada alcanza los 5 km sobre Francia, y cada previsión se ajusta durante su primera hora hacia el análisis horario siguiente (actualización incremental del análisis) para incluir las observaciones más recientes. Las pasadas se calculan en Toulouse en Belenos y Taranis, dos superordenadores Atos BullSequana XH2000 en servicio desde 2021, cada uno con una potencia máxima de 10,74 petaflops; Météo-France ha iniciado la licitación de sus sucesores.

AROME-OM funciona de otro modo: no tiene asimilación propia, porque los trópicos tienen demasiado pocas observaciones densas, como los radares, para alimentarla. Cada pasada parte del análisis del IFS global del ECMWF, combinado con la previsión a seis horas de la pasada anterior de AROME-OM para no perder las estructuras finas propias del modelo, y toma condiciones de contorno del IFS cada hora; ARPEGE aporta el estado de la superficie y el modelo oceánico global de Mercator Ocean el estado inicial de la capa de mezcla oceánica. Los cinco dominios se ejecutan cuatro veces al día, a las 00, 06, 12 y 18 UTC, hasta 48 horas, y hasta 78 horas a petición durante las alertas de ciclón tropical. Según los investigadores de Météo-France, esta adaptación dinámica del IFS dio mejores resultados en los trópicos que una asimilación 3D-Var.

Desde el 1 de enero de 2024 todos los datos públicos de Météo-France son gratuitos. Los campos de AROME se publican en mallas regulares de latitud-longitud, de 0,01° sobre Francia y de 0,025° sobre Francia y ultramar, en formato GRIB2, a través del portal meteo.data.gouv.fr y de la API pública de Météo-France, bajo la Licence Ouverte 2.0 (Etalab), que permite la reutilización citando la fuente.

En el mar: la costa en detalle, durante dos días

El punto fuerte de AROME es el viento que crean la costa y el relieve. A 1,3 km ve cabos, bahías y valles: dibuja el inicio y el giro de la brisa marina a lo largo de una costa, la aceleración frente al cabo Corso o en el estrecho de Bonifacio, el mistral y la tramontana canalizados por el valle del Ródano y el paso entre los Pirineos y el Macizo Central, la calma a sotavento de una isla. Son justo los rasgos que un modelo global de 10 a 25 km suaviza, y a menudo deciden una travesía costera.

Como calcula las tormentas de forma explícita, AROME es el modelo que hay que consultar cuando amenazan turbonadas y tormentas, en un otoño mediterráneo o una tarde de verano sobre tierra. Muestra dónde pueden crecer las células, sus frentes de racha y los cambios de viento que provocan, pero la célula exacta es incierta: lea una tormenta en AROME como un riesgo sobre una zona y una franja horaria, no como una cita, y consulte el conjunto PE-AROME o el radar cuando sea importante. El viento que usa la aplicación es el viento medio a 10 m, no las rachas, que bajo una turbonada pueden ser mucho más fuertes.

Sus límites son el horizonte y la escala. AROME solo mira unos dos días por delante, y los grandes sistemas, una depresión, un frente, una dorsal, entran por sus bordes desde ARPEGE o el IFS: cuando un frente llega antes o después de tiempo en el modelo global, también llega antes o después en AROME. Lejos de la costa, en mar abierto, aporta poco a un buen modelo global. Una lectura útil consiste en tomar el calendario de los grandes sistemas de los modelos globales y sus conjuntos, y la forma local del viento cerca de la costa de AROME; cuando AROME y los modelos globales discrepan en la costa, AROME suele estar más cerca de lo que hace el relieve.

En ultramar, AROME-OM dibuja el alisio alrededor de las islas: las aceleraciones a lo largo de las costas y entre islas, las calmas y las inversiones a sotavento de las islas altas, los chubascos de la tarde sobre tierra. La verificación de Météo-France de 2018-2019 halló su viento a 10 m más cercano a las observaciones que el del IFS del ECMWF en los cinco dominios, y sus lluvias intensas mejor detectadas. Sin embargo, en un ciclón tropical parte del análisis que el IFS hace de la tormenta, sin observaciones propias: su trayectoria y su intensidad son una previsión que comparar, nunca un sustituto de los avisos oficiales de los centros ciclónicos regionales.

En Saily WR

La aplicación lee AROME a través de la API pública de Météo-France y solo conserva el viento a 10 m, en sus dos componentes (hacia el este y hacia el norte). Sobre Francia toma la malla de 0,01°, unos 1,3 km, entre 37,5N y 55,4N y entre 12W y 16E, que cubre Francia y sus vecinos; descarga las ocho pasadas del día, a las 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 y 21 UTC, con pasos horarios de H+1 a H+51. Para los cinco dominios de ultramar toma la malla de 0,025°, unos 2,5 km, con cuatro pasadas al día a las 00, 06, 12 y 18 UTC, horarias de H0 a H+48.

Cada dominio de AROME cuenta como un modelo. Cuando la salida y la llegada de su ruta están ambas dentro de un dominio, la aplicación calcula una ruta por isócronas con la polar de su barco navegando en el viento de ese dominio, interpolado en el espacio entre puntos de malla y en el tiempo entre horas, y la muestra junto a las rutas de los demás modelos que cubren las mismas aguas. Con su horizonte de dos días, AROME es el modelo de las salidas de un día y las travesías costeras, y el que hay que comparar con los modelos globales cuando la ruta se pega a una costa o se abre paso entre islas.

Un servidor recoge cada nueva pasada en cuanto Météo-France la publica, y la página Datos muestra en directo en qué pasada está cada dominio de AROME, hasta dónde llega y qué zona cubre. La corriente (SMOC, RTOFS o ninguna) y la evitación de tierra, con la línea de costa de OpenStreetMap y una profundidad mínima opcional, se aplican a la ruta de AROME igual que a la de cualquier otro modelo.