Sensitivity Analysis of the WRF Model to Simulate Precipitation in the Metropolitan Area of the Valley of Mexico for the Period June-September 2019 Translated title: Análise de sensibilidade do modelo WRF para simular precipitação na área Metropolitana do Vale do México para o período Junho-Setembro de 2019

Abstract

Abstract Every rainy season, it is common for the Metropolitan Zone of the Valley of Mexico to be affected by extreme weather. The objective of this work was to carry out a sensitivity analysis combining the different schemes of physical processes incorporated in the WRF and find the optimal scheme to carry out the weather forecasting of rainfall at high spatial resolution in a densely urbanized zone. For this purpose, rainfall during four months in 2019 (jun-sep), were simulated with 40 different combinations of physical parameters. The performance of the model was evaluated through the Efficiency Multiparametric Index, considering as complementary statistical metrics Bias Percentage, Mean Absolute Error, Mean Square Error, Nash-Sutcliffe Index, and Pearson's Correlation. The results of the model were compared with the observation records, considering five thresholds of rainfall. The sensitivity analysis suggests that there are specific WRF configurations that can predict most rainfall features in the study area, such as the use of Milbrandt Yau Double Moment microphysics, MYNN Level 2.5 planetary boundary layer, and Betts Miller Janjic as cumulus parameterization, this for precipitation thresholds greater than 20 mm. Finally, the applied methodology made it possible to identify the experiment with the best performance and consistency in the different analysis thresholds for the metropolitan zone.

Translated abstract

Resumo Durante a estação chuvosa, é comum que a Zona Metropolitana do Vale do México seja afetada por eventos climáticos extremos. O objetivo deste trabalho foi analisar a sensibilidade de diferentes tipos de processos físicos no modelo WRF e encontrar o melhor esquema para prever o período de chuvas em alta resolução espacial em uma área densamente urbanizada. Para este propósito, as chuvas durante quatro meses em 2019 (jun-sep), foram simuladas com 40 combinações diferentes de parâmetros físicos. O desempenho do modelo foi avaliado através do índice de Eficiência Multiparamétrica, considerando as métricas estatísticas complementares Viés Percentual, Erro Absoluto Médio, Erro Quadrático Médio, índice Nash-Sutcliffe, e Correlação de Pearson. Os resultados do modelo foram comparados com os valores observados, considerando cinco limiares de precipitação. A análise de sensibilidade sugere que existem configurações específicas do modelo WRF que podem prever a maioria das características de chuva na área de estudo, como utilizar a microfísica de Milbrandt Yau Double Moment, a camada limite planetária MYNN Level 2.5 e Betts Miller Janjic como parametrização cumulus, isto para limiares de precipitação superiores a 20 mm. Finalmente, a metodologia aplicada permitiu identificar o experimento com melhor desempenho e consistência nos diferentes limiares de análise para toda a zona metropolitana.