Modelamiento híbrido físico-estadístico de heladas, inversiones térmicas y evapotranspiración en valles altoandinos del Perú (Frost-Andes)

Este proyecto tiene como objetivo generar conocimiento científico avanzado sobre los mecanismos físicos que controlan la formación, intensidad y variabilidad de las heladas en los Andes Centrales del Perú, donde este fenómeno afecta de manera recurrente a más del 70 % de las comunidades rurales (Torres-Cruz et al., 2025). A diferencia de estudios centrados principalmente en impactos, esta investigación aborda el problema desde una perspectiva físico-dinámica, enfocándose en la formación, evolución y colapso de las inversiones térmicas nocturnas (ITN) en topografía compleja, así como en el rol del estado termodinámico previo de la capa superficial —en particular su contenido de vapor de agua— en la modulación del enfriamiento radiativo nocturno. Desde esta perspectiva, la evapotranspiración diurna no se considera solo una variable hidrológica, sino un mecanismo de preacondicionamiento que controla la humedad en la capa límite baja y, por tanto, la eficiencia del enfriamiento radiativo, la magnitud de la radiación de onda larga entrante y la posible liberación de calor latente por condensación nocturna. Esta interacción ayuda a explicar las diferencias entre heladas secas (“negras”) y húmedas (“blancas”), y posiciona a la evapotranspiración real (ETa) como un componente dinámico clave en la predicción de heladas. El estudio se desarrollará en un valle altoandino cerrado del Valle del Mantaro, instrumentado con una torre micrometeorológica de 30 m que permite caracterizar con alta resolución vertical la estructura de la capa límite superficial estable mediante perfiles de temperatura, humedad y viento. Esta infraestructura ofrece una base sólida para evaluar rigurosamente el desempeño del modelo WRF con downscaling dinámico hasta 333 m, así como para desarrollar esquemas de corrección post-proceso orientados a capturar procesos sub-resueltos como drenaje katabático, acumulación de aire frío y heterogeneidad superficial. Las mediciones de flujos turbulentos mediante Eddy Covariance serán corregidas por cierre del balance de energía residual; no obstante, se reconoce que bajo fuerte estabilidad estos flujos presentan magnitudes reducidas y limitaciones instrumentales. Por ello, su uso se orientará principalmente a la calibración del modelo de superficie terrestre (Noah-MP) y a la validación diurna de la partición energética. La ETa se estimará mediante un esquema de fusión jerárquica que integra datos Eddy Covariance corregidos, productos satelitales y balance hídrico del suelo, garantizando coherencia física multiescala. La aproximación metodológica es híbrida, físico–estadística, y comprende seis etapas: (1) Identificación y caracterización física de eventos de helada (radiativos, advectivos y mixtos) a partir de la base observacional 2018–2025; (2) Simulación de estos eventos con WRF forzado con ERA5, utilizando dominios anidados hasta 333 m y configuración optimizada para capa límite estable y topografía compleja; (3) Evaluación detallada de perfiles verticales observados en la torre de 30 m; (4) Desarrollo de un módulo de corrección post-proceso basado en aprendizaje automático para corregir la temperatura a 2 m (T2) y la tendencia de enfriamiento nocturno, empleando predictores dinámicos, termodinámicos, radiativos y topográficos; (5) Validación estricta mediante particiones por bloques de eventos, prueba ciega interanual y evaluación por régimen físico; y (6) Evaluación de la transferibilidad espacial inter-valle con cinco estaciones adicionales en el Valle del Mantaro, analizando la degradación del desempeño según gradientes topográficos y uso del suelo. El proyecto busca explicar y reducir, de manera físicamente consistente, los sesgos sistemáticos en la simulación de la temperatura mínima bajo estabilidad nocturna, integrando la memoria energética e hidrológica del sistema superficie–atmósfera en el diagnóstico y corrección del modelo. Se espera mejorar la precisión determinista (RMSE objetivo = 1.5–1.7 °C) y avanzar