Análisis de vapor de agua precipitable sobre Costa Rica: una comparación entre diferentes técnicas de análisis basadas en GPS, sondeo atmosférico y productos satelitales MODIS

Abstract

La cuantificación del vapor de agua en regiones tropicales como América Central es necesaria para estimar la influencia del cambio climático en su distribución y la formación de precipitaciones. Este trabajo analiza las estimaciones diarias de vapor de agua precipitable (PWV) utilizando los datos de retardo zenital del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) en la región del Pacífico de Costa Rica durante 2017. Las mediciones del PWV con GPS se compararon contra los datos del sondeo atmosférico y del espectrómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS). Se encontraron sesgos relativamente pequeños entre las temperaturas atmosféricas medias (Tm) del sondeo atmosférico y la ecuación de Bevis. Las variaciones estacionales de PWV fueron controladas por dos de los principales procesos de circulación en América Central: los vientos alisios del noreste y la migración latitudinal de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT). No se encontraron diferencias estadísticas significativas para los cálculos de MODIS Terra durante la estación seca con respecto a los cálculos basados en GPS (p> 0.05). Un modelo de regresión lineal múltiple estimado con base en variables meteorológicas de superficie pudo predecir las mediciones basadas en GPS con un sesgo relativo promedio de -0.02 ± 0.19 mm/día (R2=0.597). Estos primeros resultados son prometedores para incorporar aplicaciones meteorológicas basadas en GPS en América Central, donde las condiciones climáticas prevalecientes ofrecen un escenario único para estudiar la influencia de los aportes de humedad marítimos en la distribución estacional de vapor de agua.

Quantification of water vapor in tropical regions such as Central America is necessary to estimate the influence of climate change on its distribution and precipitation formation. This paper analyzes daily estimates of precipitable water vapor (PWV) using Global Positioning System (GPS) zenith delay data in the Pacific region of Costa Rica during 2017. GPS PWV measurements were compared against atmospheric sounding and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. Relatively small biases were found between atmospheric sounding mean atmospheric temperatures (Tm) and the Bevis equation. Seasonal variations of PWV were controlled by two of the main circulation processes in Central America: the northeast trade winds and the latitudinal migration of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). No significant statistical differences were found for MODIS Terra estimates during the dry season with respect to GPS-based estimates (p> 0.05). A multiple linear regression model estimated based on surface meteorological variables was able to predict GPS-based measurements with an average relative bias of -0.02 ± 0.19 mm/day (R2=0.597). These first results are promising for incorporating GPS-based meteorological applications in Central America, where the prevailing climatic conditions offer a unique scenario to study the influence of maritime moisture inputs on the seasonal distribution of water vapor.