Evaluation of WRF-SAAG precipitation and temperature simulations and their potential for hydrological modeling in continental Chile

Abstract

Esta tesis de magíster abarca la evaluación y aplicación de simulaciones de precipitación y temperatura de las simulaciones Convection Permitting WRF-SAAG, forzadas por el reanálisis atmosférico ERA5 en Chile continental (2001-2018). Se compara su desempeño con dos productos meteorológicos grillados basados en observaciones ampliamente utilizados: (1) CR2MET, que proporciona datos de precipitación y temperatura, y (2) RF-MEP, una metodología basada en el algoritmo Random Forest para estimar precipitación grillada. La evaluación consta de dos partes: primero, la comparación de los productos meteorológicos a nivel de estaciones; y segundo, su aplicación en modelación hidrológica. La evaluación con estaciones se realizó comparando registros diarios de la Dirección General de Aguas (DGA) y la Dirección Meteorológica de Chile (DMC), comparando las observaciones de cada estación con los valores de la grilla correspondiente. Se analizó la capacidad de simular eventos de precipitación diaria de distintas magnitudes mediante métricas derivadas de tablas de contingencia y la representación de valores diarios de precipitación y temperatura extrema mediante la eficiencia Kling-Gupta de Tang y sus componentes, que evalúan la correlación, sesgo en el monto y la variabilidad. Para evaluar el desempeño en modelación hidrológica, se seleccionaron 44 cuencas en régimen cercano al natural en Chile continental, calibrando y evaluando el modelo hidrológico semi-distribuido TUW bajo cuatro configuraciones: (i) precipitación y temperatura de WRF-SAAG, (ii) precipitación y temperatura de CR2MET, (iii) precipitación de RF-MEP y temperatura de WRF-SAAG, y (iv) precipitación de RF-MEP y temperatura de CR2MET. Este estudio destaca fortalezas, limitaciones y aplicaciones de los productos meteorológicos disponibles en Chile continental, proporcionando antecedentes clave para su selección en distintos estudios. En general, los resultados muestran que la representación de la precipitación diaria presenta mayores desafíos en zonas con baja densidad de estaciones (extremos norte y sur del país) y bajos montos de precipitación (norte Chico en verano), mientras que la zona centro-sur presenta un mejor desempeño. Aunque CR2MET mostró consistentemente los mejores resultados a nivel de estaciones, las simulaciones de escorrentía con WRF-SAAG fueron comparables a CR2MET y, en el sur del país, incluso superiores a aquellas obtenidas con RF-MEP. Considerando que WRF-SAAG no está basado en observaciones ni fue diseñado para representar meteorología diaria, sino como un recurso climatológico, presenta un enorme potencial para aplicaciones a escala regional.