NOAA GFS

Setenta años de predicción numérica estadounidense

El GFS desciende de las primeras predicciones numéricas operativas. En 1954, el Weather Bureau, la Fuerza Aérea y la Marina de Estados Unidos fundaron la Joint Numerical Weather Prediction Unit; esta instaló un IBM 701 en marzo de 1955 y eligió el modelo de Princeton de tres niveles de Jule Charney, pero solo a partir de 1958, con un modelo más sencillo en un IBM 704 más potente, sus previsiones llegaron a ser útiles. En enero de 1958 se fusionó con el National Weather Analysis Center para formar el National Meteorological Center, que en octubre de 1995 se convirtió en los National Centers for Environmental Prediction (NCEP).

El antepasado directo del modelo actual es el modelo espectral global que entró en servicio en agosto de 1980, con una resolución de unos 375 km y 12 niveles; espectral significa que los campos se describían como sumas de ondas alrededor del globo y no como valores en una malla. Durante dos décadas funcionó con dos nombres: el AVN, calculado cuatro veces al día hasta unos cinco días, y el MRF, la previsión a medio plazo, una vez al día hasta unas dos semanas. En 2002 el nombre Global Forecast System sustituyó a ambos, para lo que ya era una sola pasada, cuatro veces al día, hasta 16 días.

El GFS espectral se fue afinando paso a paso, de unos 55 km en 2002 a una versión semilagrangiana en T1534, unos 13 km, en enero de 2015; en 2007 su análisis pasó al código GSI que aún se utiliza hoy. En julio de 2016 la NOAA eligió un nuevo núcleo dinámico, el corazón del modelo que calcula el viento y la presión: FV3, desarrollado en su Geophysical Fluid Dynamics Laboratory de Princeton, conservando el nombre GFS. GFS v15, la primera versión FV3, entró en servicio el 12 de junio de 2019: el primer cambio del núcleo dinámico del modelo en casi 40 años.

GFS v16, operativo desde el 22 de marzo de 2021, duplicó el número de capas verticales, de 64 a 127, elevó el techo del modelo de 54 a 80 km, renovó el esquema de turbulencia e integró en el GFS el modelo global de oleaje. Sigue siendo la versión operativa en octubre de 2026, en forma de versiones de mantenimiento 16.3.x. Su sucesor, GFS v17, se propuso en abril de 2026 para octubre de 2026: unos 9 km, acoplado a un modelo de océano, uno de hielo marino y uno de oleaje, con una nueva asimilación basada en el marco JEDI; a 22 de octubre de 2026, la NOAA aún no había anunciado su fecha de implantación.

El modelo: FV3 sobre una esfera cúbica

FV3 significa finite-volume cubed-sphere: volúmenes finitos sobre una esfera cúbica. Imagine un cubo inflado hasta que sus caras cubren el globo: cada una de las seis caras se divide en una malla y, en la malla C768 del GFS, cada cara tiene 768 por 768 celdas, separadas unos 13 km. Así se evita la concentración de meridianos en los polos que perjudica a las mallas de latitud-longitud. Volúmenes finitos significa que el modelo sigue cuánto aire, calor y humedad atraviesa las paredes de cada celda, de modo que la masa se conserva exactamente.

El núcleo es no hidrostático: no supone que el movimiento vertical sea despreciable, lo que importa en la convección intensa. En la vertical utiliza 127 capas desde la superficie hasta unos 80 km, más apretadas cerca del suelo, donde se forma el viento que siente un navegante. Como el GFS es global, no tiene fronteras laterales: lo que sale por un lado de la malla vuelve a entrar sin más por otra cara.

Todo lo que es más pequeño que una celda se parametriza, es decir, se representa con reglas simplificadas alimentadas por los campos resueltos. Los chubascos y las tormentas proceden de un esquema de convección de flujo de masa de la familia Arakawa-Schubert; las nubes y la lluvia, de la microfísica del GFDL, que maneja varios tipos de agua de nube y de hielo; la turbulencia cerca de la superficie, de un esquema adaptado a la escala, basado en la energía cinética turbulenta y en la difusividad turbulenta con flujo de masa, introducido con la v16. La radiación usa el código RRTMG; el suelo, el modelo de superficie terrestre Noah; y un esquema de temperatura cercana a la superficie del mar permite que la capa superior del océano se caliente de día y se enfríe de noche.

A 13 km, el GFS resuelve los frentes, las bajas y los grandes rasgos de los alisios y los monzones, pero no las turbonadas aisladas, las brisas marinas en bahías estrechas ni la canalización del viento entre islas y en los estrechos. El relieve se suaviza a la escala de la malla, de modo que una cresta de 2000 m en una isla pequeña puede aparecer como una loma baja. El modelo de oleaje WAVEWATCH III se ejecuta dentro del GFS, forzado por sus vientos sin retroalimentar la atmósfera.

De las observaciones a los archivos GRIB

Cada pasada parte de un análisis elaborado por el Global Data Assimilation System (GDAS), que combina una previsión corta del GFS con observaciones de satélites, radiosondas, aviones, barcos, boyas y estaciones terrestres. Su método, llamado 4D-EnVar híbrido, busca el estado de la atmósfera que mejor se ajusta a la vez a las observaciones, repartidas en una ventana de tiempo, y a la previsión de fondo; los errores que espera de esa previsión proceden en parte de una estadística fija y sobre todo de un conjunto de 80 previsiones cortas a unos 25 km. El cálculo lo realiza el código Gridpoint Statistical Interpolation del NCEP, GSI.

Rapidez y exhaustividad tiran en sentidos opuestos, por lo que el NCEP realiza dos análisis por ciclo. La previsión del GFS parte de un análisis temprano, hecho poco después de la hora del ciclo para que la previsión llegue pronto a los usuarios; el GDAS espera más tiempo a las observaciones tardías, y su análisis, más completo, prepara el ciclo siguiente. Desde la v16, el incremento de análisis se reparte gradualmente durante las primeras horas de la previsión en lugar de añadirse de golpe, lo que evita un choque inicial.

Las pasadas de las 00, 06, 12 y 18 UTC se calculan en WCOSS2, los dos superordenadores gemelos HPE Cray de la NOAA, Cactus y Dogwood, situados en Phoenix (Arizona) y Manassas (Virginia), operativos desde junio de 2022 con 12,1 petaflops cada uno; uno produce mientras el otro queda en reserva. Cada pasada prevé 16 días, escritos cada hora hasta 120 horas y cada 3 horas a partir de ahí. En julio de 2026, la NOAA anunció que trasladaría estas operaciones, incluido el GFS, a Google Cloud desde principios de 2027, con un traslado que debe concluir a más tardar en diciembre de 2027.

Los resultados se publican en GRIB2 en mallas regulares, la más fina a 0,25°, en NOMADS, el NOAA Operational Model Archive and Distribution System, que además permite recortar una región y unas pocas variables. Como información producida por el Gobierno de Estados Unidos, es de dominio público: gratuita y para cualquier uso lícito, incluido el comercial, siempre que, una vez modificada, no se presente como material oficial de la NOAA.

El GFS en el mar

Gratuito y sin restricciones desde hace décadas, el GFS se ha convertido en el GRIB por defecto de muchos navegantes de altura, a menudo el primer archivo que se descarga por enlace satelital. Sus pasos horarios hasta cinco días y su alcance de 16 días cubren toda una travesía oceánica, y para el panorama general, la posición del anticiclón de las Azores, la trayectoria de una borrasca a través del Atlántico o la extensión de los alisios, es una referencia sólida.

Sus límites son los de un modelo global de 13 km. Cerca de la costa no capta las brisas marinas, la aceleración del viento alrededor de los cabos ni su canalización en los estrechos, ni la calma a sotavento de una isla alta; las turbonadas bajo una línea de nubes tropical se promedian en un viento constante. En un ciclón tropical da una trayectoria útil, pero una malla de 13 km no puede contener el núcleo compacto de un huracán intenso, por lo que el viento máximo suele quedarse corto.

La propia evaluación de la v15 realizada por el NCEP concluyó que tendía a desplazar los sistemas meteorológicos demasiado deprisa y que acertaba menos en las trayectorias de los ciclones tropicales intensos, dos defectos que la v16 redujo. Como el GFS parte de su propio análisis, elaborado con métodos distintos de los del ECMWF, sus errores son en gran medida independientes de los del IFS y el AIFS, que comparten análisis. Eso lo convierte en la primera comparación natural: cuando el GFS y el IFS coinciden en una ruta, la previsión probablemente es sólida; cuando difieren, el momento de paso de un frente o la posición de una baja son inciertos, y la elección de la ruta debe dejar margen para ambas posibilidades.

El GFS en Saily WR

Saily WR descarga cada nueva pasada del GFS desde NOMADS en cuanto se publica, cuatro veces al día, en la malla de 0,25°: el viento a 10 m, en sus componentes este-oeste y norte-sur, cada hora hasta 120 horas y luego cada 3 horas hasta 384 horas, 16 días por delante. Junto con el NOAA AIGFS, es el modelo con el horizonte más largo de la aplicación y, como es global, todas las rutas tienen una versión GFS.

La ruta por isócronas se navega con la polar de su barco en ese viento, interpolado en el espacio entre puntos de malla y en el tiempo entre pasos, y se muestra junto a las rutas de todos los demás modelos que cubren a la vez su salida y su llegada. La corriente y la evitación de tierra que usted elija se le aplican exactamente igual que a los demás. La página Datos muestra en directo qué pasada del GFS usa la aplicación y hasta dónde llega.

Más allá de unos diez días, una ruta GFS dice más sobre la situación general que sobre la derrota exacta. Lea sus últimos días como un esbozo, compárela con las rutas del IFS y del AIFS, que se detienen a los 15 días, y vuelva a calcularla a medida que lleguen nuevas pasadas.