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Item Open Access Analysis of possible triggering mechanisms of severe thunderstorms in the Tropical Central Andes of Peru, Mantaro Valley(MDPI, 2019-06-01) Flores Rojas, José Luis; Moya Álvarez, Aldo Saturnino; Kumar, Shailendra; Martínez Castro, Daniel; Villalobos Puma, Elver Edmundo; Silva Vidal, YaminaThe aim of the present study is to analyze the triggering mechanisms of three thunderstorms (TSs) associated with severe rainfall, hail and lightening in the tropical central Andes of Peru, specifically above the Huancayo observatory (12.04º S, 75.32º W, 3313 m a.s.l.) located in the Mantaro valley during the spring-summer season (2015–2016). For this purpose, we used a set of in-situ pluviometric observations, satellite remote sensing data, the Compact Meteorological Ka-Band Cloud Radar (MIRA-35C), the Boundary Layer Tropospheric Radar and downscaling model simulations with the Weather Research and Forecasting (WRF) Model (resolutions: 18 km, 6 km and 2 km), and the Advance Regional Prediction System (ARPS) (resolution: 0.5 km) models in order to analyze the dynamic of the atmosphere in the synoptic, meso and local scales processes that control the occurrence of the three TS events. The results show that at synoptic scale, the TSs are characterized by the southern displacement of the South-east Pacific Subtropical Anticyclone up to latitudes higher than 35º S, by the weakening and south-eastern displacement of the Bolivian high–North east low system and by the intrusion of westerly winds along the west side of the central Andes at upper and medium levels of the atmosphere. At meso-scale, apparently, two important moisture fluxes from opposite directions are filtered through the passes along the Andes: one from the north-west and the other from the south-east directions converge and trigger the deep convection into the Mantaro valley. These moisture fluxes are generated by the intrusion of the sea-breeze from the Pacific ocean along the west of the Andes coupling with upper and middle westerly winds and by the thermally induced moisture fluxes coming from the South American low level jet at the east side of the Andes. At the local scale, there is a low-level conditional instability in the previous hours as well as during the occurrence of the TSs above the Huancayo observatory. In addition, the simulation results indicated the possibility of generation of inertial gravity waves in the Amazon basin, associated with geostrophic adjustment which transports energy and moisture into the central Andes plateau and consequently intensifies the thunderstorms above the Mantaro valley.Item Open Access Características microfísicas de la precipitación en el valle del Mantaro, Junín(Instituto Geofísico del Perú, 2020-06) Villalobos Puma, Elver Edmundo; Silva Vidal, YaminaLa distribución del tamaño de las gotas (DSD, por sus siglas en inglés) es un parámetro importante para entender los procesos físicos en la formación de las precipitaciones; por ello, el objetivo de este estudio es entender la microfísica de la precipitación sólida y líquida con el fin de mejorar la estimación de precipitación por radares en la superficie y los satélites. Los resultados muestran que, durante la tarde y noche, entre las 15:00 y 20:00, hora local (HL), las precipitaciones ocurren con partículas que tienen diámetros grandes y una concentración baja. Las precipitaciones, tanto sólida (granizo) como líquida, tienen características microfísicas diferenciadas: la primera tiene dos modas en el promedio del espectro con tamaños más grandes que pueden alcanzar hasta 7 mm de diámetro, mientras que la segunda tiene una sola moda que decae más rápido con el aumento del diámetro. Se afirma que las lluvias en el valle ocurren principalmente en horas de la tarde, asociadas a una convección profunda y nubes frías embebidas de cristales de hielo y gotas grandes.Item Open Access Dataset on raindrop size distribution, raindrop fall velocity and precipitation data measured by disdrometers and rain gauges over Peruvian central Andes (12.0°S)(Elsevier, 2020-04) Valdivia Prado, Jairo Michael; Contreras, Kevin; Martínez Castro, Daniel; Villalobos Puma, Elver Edmundo; Suárez Salas, Luis; Silva Vidal, YaminaThis dataset includes data obtained at the Atmospheric Microphysics and Radiation Laboratory (LAMAR) of the Huancayo Observatory (12.04° S, 75.32° W, 3313 m ASL). Two Parsivel2 and two tipping bucket rain gauges are used in this dataset which are operating together since 2018. Data is given in NetCDF format, including two types of files, one NetCDF for precipitation totals and another which contains Parsivel2 data. This data set was collected in the complex topography conditions of the tropical Andes, and its potential use is to study the microphysics of orographic rainfall, atmospheric models and rainfall estimation algorithms.Item Open Access Dataset on the first weather radar campaign over Lima, Perú(Elsevier, 2021-04) Valdivia Prado, Jairo Michael; Scipión, Danny; Milla, Marco; Prado, Josep J.; Espinoza, Juan C.; Cordova, Darwin; Saavedra Huanca, Miguel; Villalobos Puma, Elver Edmundo; Callañaupa Gutierrez, Stephany Magaly; Silva Vidal, YaminaThe first weather radar campaign over Lima, the capital of Peru, a desertic area on the western side of the Peruvian Andes, was carried out to study the occurrence of rain events in summer 2018. The weather radar was installed strategically and was able to overlook three river basins: Rimac, Chillón, and Lurin. An X-band radar (PX-1000) was used, which operates at 9.55 GHz. PX-1000 was built by the Advanced Radar Research Center (ARRC) at the University of Oklahoma (U.S.A.). The radar operated from January 26th to April 1st, 2018, at Cerro Suche located 2910 m ASL and 55 km from the city of Lima. The PX-1000 performed plan-position indicators (PPI) for elevations starting at 0° up to 20°. The data presented here were obtained using a three-dimensional constant-altitude plan position-indicator (3D CAPPI), which was generated by high resolution (250 m) nearest point algorithm.Item Open Access Diurnal cycle of raindrops size distribution in a valley of the Peruvian central andes(MDPI, 2020) Villalobos Puma, Elver Edmundo; Martínez Castro, Daniel; Flores Rojas, José Luis; Saavedra Huanca, Miguel; Silva Vidal, YaminaIn the Central Andes of Peru, convective and stratiform rainfall occurs, frequently associated with convective storms. The raindrop size distributions (RSD), measured by a Parsivel-2 optical disdrometer, were characterized by the variation of their normalized parameters. The RSD dataset includes measurements corresponding to 18 months between 2017 and 2019. As a result, it was found that the mass-weighted mean diameter Dm and the Nw parameter present respectively high and low values, in the interval of 15–20 LST (local standard time), wherein deeper and more active clouds appear. The events including convective rainfall contribute 67.5% of the accumulated total, wherein 92% corresponds to the 15–20 LST interval. It is concluded that the spectral variability of the RSD is strongly controlled by the cloudiness configuration field developing over the west (convection over highlands) and east (convection over Amazon) sides of the valley. In the afternoon, clouds develop and drift to the east, over the Andean valleys and towards the Amazon, intensified by local orographic circulation. The opposite happens at night, when the stratiform rainfall is dominant and it is controlled by clouds, located in the Inter-Andean valley, generated by the convection fields formed over the Amazon forest.Item Open Access Estudio de las tormentas convectivas a través de observación instrumental y modelado numérico en los Andes Centrales del Perú(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2019) Villalobos Puma, Elver Edmundo; Martínez Castro, Daniel; Kumar, Shailendra; Silva Vidal, YaminaLa agricultura local en los Andes Centrales del Perú es sensible a episodios extremos, por ejemplo, la precipitación intensa asociada a tormentas convectivas perjudican los sembríos por el exceso de agua, mientras que los granizos rompen las hojas de los cultivos cuando alcanzan el suelo. Aquí se estudió la distribución espacial y la estructura vertical de las tormentas convectivas mediante el método del análisis complejo. El área de estudio se fraccionó en 4 sub-áreas (3 áreas sobre los Andes y una que comprende la transición Andes-Amazonía), en los cuales se realizó la estadística de la reflectividad, la intensidad de lluvia y los parámetros microfísicos, determinados usando los sensores del PR-TRMM, el núcleo GPM, y el modelo WRF. Como resultado se tiene que en las regiones de los Andes ocurren sistemas de nubes convectivas más profundas que en la región de transición Andes-Amazonía. De modo que la diferencia del promedio vertical de la reflectividad presenta alrededor de 5dBZ entre Andes y Amazonía-Andes. El ciclo diurno de la lluvia es diferente entre las regiones de Andes y Amazonía-Andes. En promedio llueve en los intervalos 13-23 horas local y 18-6 horas local respectivamente. Los porcentajes de ocurrencia de precipitación convectiva y estratiforme en áreas de los Andes están en proporción 30% y 70% respectivamente y sus contribuciones relativas a la lluvia acumulada son equivalentes, en cambio en la transición Amazonía-Andes los porcentajes de ocurrencia son 31% y 69% y sus contribuciones acumulativas a la lluvia son 53% y 47% respectivamente. Se concluye que la precipitación convectiva en las sub-áreas de los Andes dependen fundamentalmente del mecanismo de forzamiento orográfico que fortalece el crecimiento de los hidrometeoros por encima del nivel de congelación entre 6 y 12km de altura y propicia mayor acumulado de lluvia.Item Open Access Estudio de tormentas convectivas sobre los Andes Centrales del Perú usando los radares PR-TRMM y KuPR-GPM(Instituto de Meteorología de Cuba, 2019) Villalobos Puma, Elver Edmundo; Martínez Castro, Daniel; Shailendra, Kumar; Silva Vidal, Yamina; Fashe, OctavioLas precipitaciones convectivas asociadas a tormentas ocurren frecuentemente en los Andes Centrales del Perú. Para estudiar estos eventos se determinaron estimadores estadísticos de la reflectividad tri-dimensional, la intensidad de lluvia y parámetros microfísicos usando la información de radares abordo en los satélites del TRMM y el núcleo GPM. Como resultado se encontró que en las regiones de los Andes ocurren sistemas de nubes más profundas que en la región de transición Amazonia-Andes. De tal manera la diferencia del promedio vertical de la reflectividad presenta valores de alrededor de 5 dBZ entre ambas regiones. El ciclo diurno de la lluvia también es diferente, ya que llueve preferentemente en los intervalos 13-23 horas local y 18-06 hora local respectivamente. Los porcentajes de ocurrencia de precipitación convectiva y estratiforme en las áreas de los Andes son 30% y 70% respectivamente y sus contribuciones acumulativas a la lluvia son 63.3% y 36.7% respectivamente; en cambio en la región de transición Amazonia-Andes, los porcentajes de ocurrencia son 31% y 69% y sus contribuciones acumulativas a la lluvia son equivalentes. Se concluye que la precipitación convectiva en las áreas de Andes se intensifica con el mecanismo de forzamiento orográfico, lo que fortalece el crecimiento de los hidrometeoros por encima de la altura del nivel de congelación entre 6 y 12 km de altura y propicia mayores acumulados de lluvia.Item Restricted Evaluation of GPM Dual-Frequency Precipitation Radar algorithms to estimate drop size distribution parameters, using ground-based measurement over the Central Andes of Peru(Springer, 2021-09) Del Castillo-Velarde, Carlos; Kumar, Shailendra; Valdivia Prado, Jairo Michael; Moya Álvarez, Aldo Saturnino; Flores Rojas, José Luis; Villalobos Puma, Elver Edmundo; Martínez Castro, Daniel; Silva Vidal, YaminaThe raindrop size distribution (DSD) parameters, which consists of the mass-weighted average diameter (Dm) and the scaling parameter for the concentration (Nw) are essential to estimate precipitation in numerical modelling and other research areas such as the Global Precipitation Measurement (GPM) core satellite. In the present work, we used the GPM Dual-Frequency Precipitation Radar algorithms (GPM-DPR), single (SF) and dual (DF) frequency, and in situ observations to derive the DSD parameters and evaluate the performance of algorithms under the complex orography and climate regime of the central Andes. We used data from optical disdrometer and Ka-band profiler radar over Huancayo Observatory during the austral summer monsoon. Our results indicate that the GPM-DPR algorithms have problems to correctly estimate the DSD parameters of convective rains due to the high variability in time and space of this type of rain and is the result of fixing the shape parameter (µ). The estimation of DSD parameters in stratiform rains, which are very common in the central Andes, is strongly affected by the limitation of the DF algorithm in light rain rates caused by its inability to estimate Dm < 1 mm.Item Open Access Extreme Rainfall Forecast with the WRF-ARW Model in the Central Andes of Peru(MDPI, 2018-09-18) Moya Álvarez, Aldo Saturnino; Gálvez, José; Holguín, Andrea; Estevan, René; Kumar, Shailendra; Villalobos Puma, Elver Edmundo; Martínez Castro, Daniel; Silva Vidal, YaminaThe ability of the WRF-ARW (Weather Research and Forecasting-Advanced Research WRF) model to forecast extreme rainfall in the Central Andes of Peru is evaluated in this study, using observations from stations located in the Mantaro basin and GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) images. The evaluation analyzes the synoptic conditions averaged over 40 extreme event cases, and considers model simulations organized in 4 nested domains. We first establish that atypical events in the region are those with more than 27 mm of rainfall per day when averaging over all the stations. More than 50% of the selected cases occurred during January, February, and April, with the most extreme occurring during February. The average synoptic conditions show negative geopotential anomalies and positive humidity anomalies in 700 and 500 hPa. At 200 hPa, the subtropical upper ridge or “Bolivian high” was present, with its northern divergent flank over the Mantaro basin. Simulation results show that the Weather Research and Forecasting (WRF) model underestimates rainfall totals in approximately 50–60% of cases, mainly in the south of the basin and in the extreme west along the mountain range. The analysis of two case studies shows that the underestimation by the model is probably due to three reasons: inability to generate convection in the upstream Amazon during early morning hours, apparently related to processes of larger scales; limitations on describing mesoscale processes that lead to vertical movements capable of producing extreme rainfall; and limitations on the microphysics scheme to generate heavy rainfall.Item Open Access El impacto de la parametrización de procesos microfísicos en la simulación de dos eventos de lluvia convectiva sobre los Andes centrales del Perú usando el modelo numérico WRF-ARW(Instituto Geofísico del Perú, 2020-09) Martínez-Castro, Daniel; Kumar, Shailendra; Flores Rojas, José Luis; Moya Álvarez, Aldo Saturnino; Valdivia Prado, Jairo Michael; Villalobos Puma, Elver Edmundo; Del Castillo Velarde, Carlos; Silva Vidal, YaminaEl presente estudio explora el impacto del método de expresar los procesos microfísicos en las nubes en la simulación numérica de eventos de lluvia convectiva sobre los Andes centrales, utilizando el modelo numérico de Investigación y Pronóstico del Tiempo (WRF, por sus siglas en inglés). Se probaron seis métodos de parametrización de los procesos microfísicos, a partir de la anidación sucesiva unidireccional de cuatro dominios (18, 6, 3 y 0.75 km de resolución). Las parametrizaciones de otros procesos físicos se mantuvieron invariables en los diferentes experimentos. Se integró durante 36 h con los datos globales del Centro Nacional de Predicción Ambiental de Estados Unidos (NCEP, por sus siglas en inglés) con condiciones iniciales de las 07:00, hora local (GMT-5). Las simulaciones se verificaron utilizando datos de satélite GOES, información del radar perfilador de nubes de banda Ka instalado en el Observatorio de Huancayo y variables meteorológicas medidas en superficie. Todas las parametrizaciones microfísicas describieron aproximadamente el comportamiento de la temperatura durante el paso del sistema, aunque en uno de los casos se subestimó la temperatura y en otros dos se subestimó la precipitación acumulada en 24 h. En particular, las configuraciones del modelo con parametrizaciones de Morrison y Lin reprodujeron la dinámica general del desarrollo de los sistemas de nubes para los dos estudios de caso. No obstante, el análisis del campo horizontal y los perfiles verticales de la masa de agua del sistema, así como los diferentes hidrometeoros muestran que la parametrización de Morrison reprodujo los sistemas convectivos de manera más consistente con las observaciones que los otros métodos.Item Restricted On the dynamic mechanisms of intense rainfall events in the central Andes of Peru, Mantaro valley(Elsevier, 2021-01-15) Flores Rojas, José Luis; Moya Álvarez, Aldo Saturnino; Valdivia Prado, Jairo Michael; Piñas-Laura, Manuel; Kumar, Shailendra; Karam, Hugo Abi; Villalobos Puma, Elver Edmundo; Martínez Castro, Daniel; Silva Vidal, YaminaThe present study was aimed at analysing the main atmospheric dynamic mechanisms associated with the occurrence of intense rainfall events above the Huancayo observatory (12.05°S, 75.32°W, 3313 m asl) in the central Andes of Perú (Mantaro valley) from January 2018 to April 2019. To identify the rainfall events, we used a set of instruments from the laboratory of physics, microphysics and radiation (LAMAR) composed by in-situ pluviometric observations, satellite remote sensing data (GPM), Cloud Radar (MIRA-35c), Boundary Layer Tropospheric Radar (BLTR) and downscaling model simulations with WRF (resolutions: 18 km, 6 km and 2 km) and ARPS (0.5 km) models to analyse the dynamics of the atmosphere for the synoptic, meso and local processes that control the occurrence of these rainfall events. The results showed that all intense rainfall events are associated with the presence of thermal meso-scale circulations that transport moisture fluxes through passes with gentle slopes along both sides of the Andes. The easterly moisture fluxes come in from the South America Low Level Jet (SALLJ) and the westerly moisture fluxes from the Pacific Ocean. The arrival of these moisture flows to regions within the Mantaro valley depends on their coupling with the circulations at medium and high levels of the atmosphere. At the synoptic scale, the results show that the rainfall events can be separated into two groups: the first one associated with westerly circulations (WC) at the mid and upper levels of the atmosphere, generated by the weakening and eastern displacement of the anticyclonic Bolivian high-North east low (BH-NE) system, and the second associated with easterly circulations (EC) at the mid and upper levels of the atmosphere, generated by the intensification of the BH-NE system. The observed and simulated results showed that multicell convective systems of WC events are more extensive and deeper than EC events. This situation can be explained as the convergence of moisture fluxes from opposite directions occurred within the Mantaro basin for WC events. In contrast, for EC events, the convergence develops at the east Andes mountain range, following which the multicell storm system propagates westward, driven by easterly circulations. The EC events occur mostly in the summer months, while the WC events occur mostly in the autumn and spring months. Moreover, apparently the inertia gravity waves (IGWs) formed in the Amazon basin transport moisture and energy to the central Andes plateau and intensify the convection processes.Item Open Access The impact of microphysics parameterization in the simulation of two convective rainfall events over the Central Andes of Peru using WRF-ARW(MDPI, 2019-08-01) Martínez Castro, Daniel; Kumar, Shailendra; Flores Rojas, José Luis; Moya Álvarez, Aldo Saturnino; Valdivia Prado, Jairo Michael; Villalobos Puma, Elver Edmundo; Del Castillo Velarde, Carlos; Silva Vidal, YaminaThe present study explores the cloud microphysics (MPs) impact on the simulation of two convective rainfall events (CREs) over the complex topography of Andes mountains, using the Weather Research and Forecasting- Advanced Research (WRF-ARW) model. The events occurred on December 29 2015 (CRE1) and January 7 2016 (CRE2). Six microphysical parameterizations (MPPs) (Thompson, WSM6, Morrison, Goddard, Milbrandt and Lin) were tested, which had been previously applied in complex orography areas. The one-way nesting technique was applied to four domains, with horizontal resolutions of 18, 6, and 3 km for the outer ones, in which cumulus and MP parameterizations were applied, while for the innermost domain, with a resolution of 0.75 km, only MP parameterization was used. It was integrated for 36 h with National Centers for Environmental Prediction (NCEP Final Operational Global Analysis (NFL) initial conditions at 00:00 UTC (Coordinated Universal Time). The simulations were verified using Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES) brightness temperature, Ka band cloud radar, and surface meteorology variables observed at the Huancayo Observatory. All the MPPs detected the surface temperature signature of the CREs, but for CRE2, it was underestimated during its lifetime in its vicinity, matching well after the simulated event. For CRE1, all the schemes gave good estimations of 24 h precipitation, but for CRE2, Goddard and Milbrandt underestimated the 24 h precipitation in the inner domain. The Morrison and Lin configurations reproduced the general dynamics of the development of cloud systems for the two case studies. The vertical profiles of the hydrometeors simulated by different schemes showed significant differences. The best performance of the Morrison scheme for both case studies may be related to its ability to simulate the role of graupel in precipitation formation. The analysis of the maximum reflectivity field, cloud top distribution, and vertical structure of the simulated cloud field also shows that the Morrison parameterization reproduced the convective systems consistently with observations.Item Open Access Validación del algoritmo de estimación de precipitación del radar de frecuencia dual (DPR) abordo del satélite GPM, usando datos de precipitación in situ sobre el valle del río Mantaro(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, 2016) Villalobos Puma, Elver Edmundo; Fashe Raymundo, Octavio; Silva Vidal, Yamina; Chávez Jara, Steven PaulLa medición del factor de reflectividad (Z) a través de sensoramiento remoto por radares es de gran interés, ya que a partir de ello se determina la razón de lluvia (R), sin embargo estas mediciones están sujetos a incertidumbre, debido a que para estimar la razón de lluvia en la superficie, el satélite utilizó el valor de Z medida a una altura cercana a la superficie, y considera que Z no varía hasta el suelo. Las estimaciones de R y Z proporcionado por el Dual-frequency Precipitation Radar (DPR) que se encuentra abordo del satélite Global Precipitation Measurement (GPM), ha sido comparado y validado con los datos in situ del disdrómetro óptico y el radar Mira35C en la banda Ka, así mismo para la validación se realizaron experimentos utilizando la técnica de papel del filtro para obtener la Drop Size Distribution (DSD) a partir de 40 muestras para diferentes eventos de lluvia. El área de estudio corresponde para el valle del río Mantaro localizado en los Andes centrales del Perú en América del Sur, donde ocurren eventos meteorológicos como lluvias intensas, heladas y granizadas. Asimismo, el periodo de estudio corresponde desde noviembre a diciembre de 2014, enero a marzo y noviembre a diciembre de 2015 y enero a marzo de 2016. Se empleó el método de regresión lineal entre R y Z para encontrar los parámetros a y b de la relación empírica (R = aZb) propuesto por Marshall and Palmer (1948). Como resultado se obtuvo valores de a y b para precipitación estratiforme: para la banda Ku a=0.020 y b=0.669, para la banda Ka a=0.015 y b=0.675, mediante la técnica de papel de filtro a=0.017 y b=0.671, con el disdrómetro óptico a=0.027 y b=0.698 y con el radar Mira35C a=0.015 y b=0.623. Así mismo, para precipitación convectiva, usando la banda Ku se obtuvo a=0.033 y b=0.595 y con el disdrómetro óptico a=0.030 y b=0.695. Se concluye que los parámetros a y b utilizados por los radares de banda ka y ku abordo del GPM son muy cercanos a los obtenidos con el papel del filtro y el disdrómetro óptico para precipitación estratiforme lo cual valida las estimaciones de razón de lluvia en la superficie. En el caso de la lluvia estratiforme se conoce que es más uniforme a nivel espacial y también presenta pocas variaciones en el tiempo. En cambio la precipitación del tipo convectiva es más variable en el espacio, inclusive no siempre cubren el área total del pixel (25km2), y son mucho más variables en el tiempo lo cual hace más complicada su correcta estimación.