Cartografía de exposición a riesgos tecnológicos mediante modelos de dispersión atmosférica y mapa de vientos

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1 Cartografía de exposición a riesgos tecnológicos mediante modelos de dispersión atmosférica y mapa de vientos Diego González Ferreiro Proyecto Fin de Carrera Ingeniería en Geodesia y Cartografía

2 UNIVRSIDAD D ALCALÁ D HNARS SCULA D ARQUITCTURA Y GODSIA INGNIRÍA N GODSIA Y CARTOGRAFÍA Trabajo Fin de Carrera CARTOGRAFÍA D XPOSICIÓN A RISGOS TCNOLÓGICOS MDIANT MODLOS D DISPRSIÓN ATMOSFÉRICA Y MAPAS D VINTOS Diego González Ferreiro 2006

3 SCULA D ARQUITCTURA Y GODSIA INGNIRÍA N GODSIA Y CARTOGRAFÍA Trabajo Fin de Carrera CARTOGRAFÍA D XPOSICIÓN A RISGOS TCNOLÓGICOS MDIANT MODLOS D DISPRSIÓN ATMOSFÉRICA Y MAPAS D VINTOS AUTOR: Diego González Ferreiro DIRCTOR: Joaquín Bosque Sendra TRIBUNAL: PRSIDNT: VOCAL 1º: VOCAL 2º: CALIFICACIÓN: FCHA: 3

4 Índice de contenidos Índice de contenidos... 4 Resumen Introducción Partes fundamentales Campo de aplicación y nivel de innovación Fases de desarrollo Conceptualización del riesgo en la geografía Conceptos involucrados Visión sistémica de los riesgos en cartografía mpleo de los S.I.G. como herramienta en estudios sobre riesgos tecnológicos studios realizados Importancia de los SIG en la gestión de riesgos Principios generales de la circulación atmosférica y el viento Circulación general de la atmósfera Formación y composición del viento: Los vientos teóricos Intensidad y dirección del viento: Vientos de altura y de superficie Los vientos locales Vientos de valle, de ladera y de montaña Brisas: Interfase agua-tierra Vientos en áreas urbanas l viento en la Península Ibérica Obtención y preparación de datos de base Técnicas e instrumentos de medida de viento Velocidad del viento Dirección del viento Tratamiento de la información de base studio de la información meteorológica Interpolaciones superficiales no lineales xposición metodológica Interpolación lineal: Medias móviles con distancia ponderada (IDW) Aplicación de la metodología Método de estimación y contraste de hipótesis Conclusiones sobre el mapa de vientos Análisis espacial de las interpolaciones Problemas y dificultades encontrados Problemas debidos a los datos de base Problemas debidos a la metodología Conclusiones finales Instalaciones potenciales de riesgo Tipología de sucesos y accidentes Los residuos urbanos

5 8.3. Los residuos peligrosos Clasificación de instalaciones Difusión de contaminantes atmosféricos Aspectos generales teóricos Modelos de dispersión de gases a la atmósfera Características generales Clasificación de los modelos de dispersión Modelo de dispersión gaussiano Hipótesis y formulación Clasificaciones de estabilidad l modelo de dispersión ALOHA Parámetros básicos del programa Datos de base: Inputs y variables Localización de la fuente emisora Tipo de edificio Tipo de compuesto químico Datos y condiciones meteorológicas Tipo de fuente y forma del foco Niveles de alerta: Levels of Concern Obtención de áreas expuestas a riesgos tecnológicos: Aplicación del Mapa de vientos y del Modelo de dispersión Selección y elaboración de huellas-tipo staciones de servicio Gasoductos Oleoductos Incineradora Residuos tóxicos y peligrosos Depósitos de combustible y aeropuertos Residuos sólidos urbanos Industria y polígonos industriales xportación de huellas contaminantes Rotación, traslación y cambio de escala Resultados y conclusiones finales Resultados obtenidos Conclusiones Bibliografía Anexos Índice de tablas Índice de figuras Relación de páginas web

6 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Resumen Resumen La línea de trabajo que se abordará en este proyecto de fin de carrera pondrá el énfasis en el concepto de exposición, es decir, el ámbito territorial susceptible de sufrir daño debido a la presencia de una actividad potencialmente peligrosa, o dicho de otro modo, el volumen de población, actividades o usos del suelo, que se encuentran en situación de ser directamente afectados por el riesgo (Bosque, et al., 2000). La cartografía se conforma como una herramienta imprescindible que permite mostrar de forma útil el escenario de riesgo y representar las áreas que corren peligro de sufrir consecuencias negativas debido a actividades nocivas o a accidentes. La característica principal de este trabajo sería la aplicación de una propuesta metodológica novedosa basada, no sólo en aspectos geométricos (alcance mediante la aplicación de buffers), sino también en condicionantes físicos fundamentales, como son la velocidad y dirección del viento sobre el terreno. Para poder llevar a cabo este método es imprescindible la realización de un mapa de vientos mediante la interpolación de datos proporcionados por estaciones meteorológicas, Lo que se pretende con este proyecto es realizar una nueva aproximación metodológica con respecto a la idea de alcance espacial aportada por los buffers con el fin de obtener esas áreas expuestas a riesgos tecnológicos. Las áreas de influencia (buffers) sólo contienen sentido geométrico y no tienen en cuenta condicionantes físicos. sta nueva metodología pretende llevar a cabo, mediante la utilización de herramientas de programación y SIG, la realización de un mapa de vientos que plasme la mayor incidencia, peligrosidad y exposición al riesgo tecnológico de las zonas situadas a barlovento de la instalación con respecto a las situadas a sotavento y, en última instancia, la aplicación del mapa de vientos a los modelos de dispersión atmosférica. n definitiva, el propósito último de este trabajo de fin de carrera de la Ingeniería en Geodesia y Cartografía es la realización de un método para establecer áreas de exposición a riesgos tecnológicos basado en la elaboración de un mapa de vientos realizado mediante la interpolación de datos, tanto de dirección como de velocidad, relativos a estaciones meteorológicas, dentro del ámbito de la Comunidad de Madrid. Posteriormente también se aplicarían las potencialidades aportadas por los modelos de dispersión atmosférica para, junto con los mapas de viento, elaborar una cartografía sobre exposición de riesgos tecnológicos. 6

7 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Introducción 1. Introducción De forma paralela al desarrollo económico e industrial, desde hace cuatro décadas, se han aumentado de forma vertiginosa las capacidades de almacenar y manipular cantidades cada vez mayores de sustancias peligrosas, así como también se ha incrementado el desarrollo de nuevos procesos productivos que conllevan, como efecto secundario no deseado, un riesgo para quien los maneja y para la población situada en los alrededor de esas instalaciones productoras. Después de los daños causados por incidentes como los de Bhopal (India) o Seveso (Italia) se ha incrementado mucho la toma de conciencia sobre los riesgos de origen antrópico relacionados con procesos industriales, los llamados riesgos tecnológicos. Las líneas de estudio y la investigación sobre riesgos ambientales, tanto naturales como tecnológicos han sido abordadas desde numerosos puntos de vista y se ha convertido en un importante análisis de investigación multidisciplinar. Un aspecto fundamental en este tipo de trabajos es el relacionado con la dimensión espacial del riesgo. La Geografía humana ha centrado sus esfuerzos, dentro de esta materia, en relacionar esa dimensión espacial con las implicaciones sociales. Nos encontramos, por ejemplo, dentro de la literatura, con investigaciones sobre la percepción del riesgo por parte de la sociedad, la toma de decisiones en la gestión del mismo, la evaluación del impacto, la implantación de medidas de protección o la localización de las actividades potencialmente peligrosas. n el proyecto de Propuesta metodológica para caracterizar las áreas expuestas a riesgos tecnológicos mediante SIG. Aplicación en la Comunidad de Madrid (Bosque et al., 2002) en la Universidad de Alcalá en el año 2002 se trató, mediante la utilización por parte de los SIG de áreas de influencia (buffers) y funciones de distancia, de establecer las zonas potencialmente expuestas a riesgos tecnológicos en el territorio. De esta forma, se pretendió determinar tres variables: zonas expuestas a algún riesgo, la intensidad de la exposición a riesgos en cada punto y la probabilidad espacial de ser afectado por algún peligro de tipo tecnológico en la Comunidad de Madrid. La delimitación de las áreas expuestas plantea un difícil problema de tipo metodológico cuando se pretende hacerlo operativo en la investigación empírica. La forma y tamaño de las posibles áreas expuestas a un accidente pueden ser tan diversos como tipos de sustancias tóxicas intervengan en el mismo, estado físico en el que sean liberadas estas sustancias, cantidades emitidas y comportamientos en su transporte y transmisión stos parámetros dependerán también del medio físico, es decir, aspectos como la topografía, o la dirección y velocidad de viento, se comportan como condicionantes que modifican la magnitud y el alcance espacial de las consecuencias de los accidentes. Desde el punto de vista geográfico, con el fin de delimitar las áreas expuestas, se puede recurrir a las herramientas propias de los SIG. Una primera aproximación nos remite al concepto de las cuencas visuales establecida desde la instalación que origina el peligro. Como segunda posibilidad se presenta la distancia desde la instalación (buffer), es decir, al aumentar ésta, la probabilidad de recibir daño disminuye. A este respecto, se deben buscar referencias externas para establecer las actividades potencialmente peligrosas, así como el alcance espacial y las áreas expuestas a la influencia de las mismas. l recurrir a la 7

8 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Introducción legislación vigente es un buen método para desarrollar lo anterior (Reglamento de Actividades Molestas, Insalubres, Nocivas y Peligrosas y la Normativa de Protección Civil). Lo que se pretende con este proyecto es realizar una mejora, utilizando herramientas de programación y SIG, a la hora de obtener esas áreas expuestas a riesgos tecnológicos, mediante la realización de un mapa de vientos que plasme la mayor incidencia, peligrosidad y exposición al riesgo tecnológico de las zonas situadas a barlovento de la instalación con respecto a las situadas a sotavento. Una vez realizada la interpolación no lineal, faltaría todavía aplicar el modelo de dispersión atmosférica (a partir de las potencialidades de los programas Aloha y Marplot), una vez introducidos los datos de viento, a todas las instalaciones de la Comunidad de Madrid, para ver como se comporta este nuevo método a la hora de mapificar las áreas expuestas a riesgos tecnológicos Partes fundamentales Las partes sobre las que girará la elaboración de este proyecto se condensan en estos aspectos principales: 1. Introducción al problema y descripción de la situación actual, tanto metodológica; con respecto a la investigación de riesgos tecnológicos, los modelos de dispersión atmosférica, las elaboraciones de mapas de vientos; como 2. xplicación metodológica, en donde se incluyen las definiciones de los conceptos involucrados, el tratamiento de los datos de base y el funcionamiento 3. Caracterización de los tipos de instalaciones potencialmente peligrosas. Clasificación de ellas según la forma del continente (lineales, Ubicación de las mismas dentro del territorio de la Comunidad de Madrid. 4. Realización de los mapas mensuales de interpolación de vientos y del mapa con valores medios anuales. 5. studio estadístico de la precisión de la interpolación de vientos. 6. Una vez realizada la interpolación no lineal, faltaría todavía aplicar el modelo de dispersión atmosférica (a partir de las potencialidades de los programas Aloha y Marplot), una vez introducidos los datos de viento, a todas las instalaciones de la Comunidad de Madrid, para ver como se comporta este nuevo método a la hora de mapificar las áreas expuestas a riesgos tecnológicos Campo de aplicación y nivel de innovación xiste una amplia gama de aplicaciones relacionada con la cartografía de riesgos y la interpolación de variables no lineales. Se presenta, de forma somera, una serie de estudios en los que tendría cabida el trabajo: 1. Planificación territorial 8

9 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Introducción 2. Actuación urbanística 3. Ordenación del territorio 4. Protección civil 5. Aportación conceptual y metodológica nueva en estos campos de investigación. n el dominio de los riesgos tecnológicos, la cartografía ha presentado una acusada escasez debido a un desarrollo histórico más reciente y a la dificultad de representar ciertos fenómenos como la difusión de elementos contaminantes en la atmósfera, de vertidos líquidos, etc. (Díaz, M. y Díaz, C., 2002). Creo que es un tema todavía novedoso a pesar de las investigaciones multidisciplinares llevadas a cabo hasta la fecha. Pienso que tiene aspectos de gran originalidad, que no se habían abordado antes, en los campos de la geografía y la cartografía. No existe casi literatura sobre aplicaciones geográficas y cartográficas relacionadas con representación espacial de riesgos tecnológicos junto con aplicaciones de mapas de interpolación de viento y modelos de dispersión atmosférica Fases de desarrollo Búsqueda y lectura bibliográfica sobre aplicaciones de los SIG en relación con la exposición y análisis de riesgos tecnológicos, modelos de dispersión atmosférica, interpolación de variables no lineales, etc. Obtención de la información de base a partir de datos de dirección y velocidad de viento de estaciones meteorológicas. Se consultarán datos de cuatro fuentes diferentes: 1. l Instituto Nacional de Meteorología 2. La Base de datos de calidad del aire del Ministerio de Medio Ambiente. 3. Red de Vigilancia de la Calidad Atmosférica del Ayuntamiento de Madrid. 4. Red meteorológica municipal del Ayuntamiento de Madrid. 5. s probable la obtención en un futuro cercano (y por tanto su inclusión en la base de datos del proyecto) de datos de dirección y velocidad de viento de estaciones meteorológicas que posee la Dirección General de Tráfico (DGT) a lo largo de las carreteras que discurren por la Comunidad de Madrid. Tratamiento de la información de base para obtener cifras representativas de dirección y velocidad de viento para cada uno de los meses del año. laboración de los mapas de viento interpolados a través de los algoritmos y procedimientos desarrollados. Comprobación de la precisión de los mapas de viento mediante la reserva, a modo de control estadístico, de ciertas estaciones meteorológicas. Selección y localización cartográfica de las instalaciones de tipo antropogénico, dentro de la Comunidad de Madrid, que sean susceptibles de ocasionar accidentes. 9

10 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Introducción Categorización de las mismas según tipo y forma de la fuente (depósito, tubería, edificio; cilíndrico, esférico ) y según tipo de contaminante liberado. Obtención, a partir del programa ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres), desarrollado conjuntamente por la PA (nvironmental Protection Agency) y NOAA (National Oceanic an Atmospheric Administration), de las huellas-tipo (plumas de viento o footprints) según tipo y forma de la fuente y contaminante liberado. Aplicación de las huellas-tipo, junto con los mapas de interpolación de vientos, a todas las instalaciones de riesgo potencial, para así obtener el deseado mapa de exposición a riesgos tecnológicos. 10

11 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Conceptualización del riesgo en la geografía 2. Conceptualización del riesgo en la geografía La investigación sobre riesgos ambientales, tanto naturales como tecnológicos, ha experimentado un enorme progreso paralelo a la percepción de riesgo por parte de la sociedad debida a casos como Chernobil, etc. Pero a pesar del aumento de estudios sobre análisis de riesgos desarrollados con tecnologías geográficas sigue existiendo cierta indefinición en relación a los conceptos involucrados. n los párrafos siguientes se tratará de clarificar los enunciados implicados en esta temática Conceptos involucrados La cartografía de riesgos constituye una línea de trabajo de larga tradición. Con respecto a los riesgos naturales, las investigaciones se han dirigido al estudio de los factores del medio físico que inciden en el desencadenamiento o en la inducción de los desastres, en la caracterización de la interferencia humana como potenciadota de sus consecuencias y en la identificación de la recurrencia temporal de los desastres, todo ello con el objetivo de definir el territorio potencialmente afectado y estimar los posibles daños. n el caso de los riesgos tecnológicos, los avances han sido menores y se han centrado fundamentalmente en los estudios de vulnerabilidad territorial y de distribución espacial de instalaciones o actividades potencialmente peligrosas. Riesgo tecnológico: Probabilidad de sufrir daños o pérdidas económicas, ambientales o humanas como consecuencia del funcionamiento deficiente o accidente de una tecnología aplicada en una actividad humana. Se considera consecuencia de la interacción de tres factores: Localización, volumen, probabilidad de ocurrencia de accidentes y características de peligrosidad de la actividad que se considera fuente de riesgo. Las dimensiones y características del área expuesta a un posible accidente. l grado de vulnerabilidad de los posibles receptores del daño. xposición: Hace referencia al ámbito territorial susceptible de sufrir daño en caso de desencadenarse un desastre natural o un accidente tecnológico como resultado de la presencia de una actividad peligrosa. Vulnerabilidad: La sensibilidad del territorio a sufrir daños a consecuencia de un elemento natural o de origen humano, que incide directa o indirectamente de forma negativa en el sistema territorial (Bosque, et al., 2000). n muchos casos esta vulnerabilidad viene dada por la inexistencia de formulas o métodos de protección ante peligros. n principio la vulnerabilidad está relacionada con el potencial de una población a sufrir daños (Díaz, 1995; Hewitt, 1997). Hay grupos de población más vulnerables (ancianos, niños, enfermos, marginados, etc.), o algunos medios, usos del suelo o equipamientos (hospitales, escuelas, determinados cultivos, etc.) también más sensibles a algún peligro (Hewitt, 1997). 11

12 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Conceptualización del riesgo en la geografía 2.2. Visión sistémica de los riesgos en cartografía l siguiente cuadro recoge los principales factores involucrados en la valoración de los riesgos tecnológicos. Para cada uno de ellos se pone de relieve su relación con los aspectos geográficos y espaciales gracias a los recursos propios aportados por la cartografía. Figura 1.- Línea de investigación de Riesgos Tecnológicos y posibilidades cartográficas RISGOS TCNOLÓGICOS VULNRABILIDAD Características del entorno receptor XPOSICIÓN ntorno afectado potencialmente PLIGRO Origen del riesgo FRAGILIDAD/ SNSIBILIDAD de los receptores SUSCPTIBILIDAD de los receptores ante un determinado peligro POLÍTICA D PROTCCIÓN de receptores de alto valor CUÁNTO? o Magnitud o Intensidad DÓND? o Área expuesta. Forma y alcance espacial CUÁNDO? o Impacto/Accidente TIPOLOGÍA n función del tipo de instalación, actividad, sustancias presentes NIVL D PLIGROSIDAD PROBABILIDAD RSPUSTA DOSIS MAPAS D VULNRABILIDAD Localización: Clasificación por tipos, por niveles de peligrosidad, etc. MAPAS D XPOSICIÓN Delimitación espacial del área expuesta según alcance y forma MAPAS D FUNTS D RISGO Caracterización del territorio según niveles de vulnerabilidad, etc. CARTOGRAFÍA D RISGOS TCNOLÓGICOS Fuente: Díaz Muñoz, M. A., Díaz Castillo, C., 1997 n este proyecto se centrará el estudio en el aspecto de la exposición. La columna central de este cuadro será la guía para la realización de los mapas de exposición, es decir, tal como está indicado en el propio cuadro, la delimitación espacial del área expuesta según el alcance y la forma. stos últimos aspectos están relacionados con los diferentes tipos de instalaciones involucrados potencialmente en los accidentes o en las emisiones, con los compuestos o gases expelidos desde esas instalaciones y con el tipo de accidente de que se trate. De las preguntas que se plantean en el recuadro central se tratará de definir el dónde?, el área expuesta, el alcance y la forma. 12

13 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos mpleo de los SIG como herramienta en estudios sobre riesgos tecnológicos 3. mpleo de los S.I.G. como herramienta en estudios sobre riesgos tecnológicos l estudio y gestión de los riesgos tecnológicos mediante la utilización de los SIG es relativamente reciente. Las aplicaciones y estudios llevados a cabo en este sentido tienen muy diversos orígenes científicos, pero la principal característica común a todos ellos es el carácter espacial de las investigaciones, de donde se desprende que los SIG tengan una importancia fundamental studios realizados Comenzando por los estudios realizados en el Departamento de Geografía de la Universidad de Alcalá de Henares, se presentan varios trabajos relacionados con el uso de los SIG en el análisis de riesgos. La problemática territorial de la gestión de residuos en la Comunidad de Madrid es un trabajo recopilando anteriores experiencias del Departamento en esta materia (Díaz, 1995; Salado et al., 1995, Bosque et al., 1995, 1999 y 2000; y Gómez, et al., 1999). Fue realizado por encargo del gobierno regional de Madrid y manifiesta la patente presencia de riesgos, percibidos y reales, a causa de la gestión de residuos en la Comunidad madrileña. n la investigación se muestra cómo la presencia de actividades e instalaciones de gestión de residuos es considerada como una actividad potencialmente peligrosa, y por lo tanto se hace necesario un análisis de riesgos. l estudio se centra en tres vías de investigación: por un lado la justificación de la peligrosidad de las principales instalaciones de tratamiento de residuos, llevando a cabo un análisis de riesgos sobre la población, usos del suelo e infraestructuras; por otro lado se realizó una encuesta para apreciar la respuesta de la población ante las instalaciones, de manera que se presentaba la percepción social ante instalaciones no deseadas o peligrosas; y por último se aplicó la metodología para la localización óptima de un centro de tratamiento de residuos, partiendo de los principios de eficiencia y justicia espacial (Bosque, et al., 1999). Tanto el análisis de riesgos como la localización óptima de los centros de tratamiento se realizan mediante SIG, de manera que los resultados son, en parte, cartográficos. Otro estudio, que toma los residuos como elementos peligrosos, es el desarrollado para deducir las rutas de mínimo coste y mínimo riesgo en el transporte de residuos tóxicos y peligrosos (Gómez, et al. 1999). Las rutas de transporte de los residuos tóxicos y peligrosos a lo largo del Corredor del Henares se realizan desde los centros productores hasta los centros de tratamiento, y los recorridos seguidos son tema de estudio. Mediante el empleo de un SIG (PC Arc/Info) se calculan las rutas en donde el transporte sea de mínimo coste, y por otro lado otros itinerarios que minimizaban el riesgo para la población. Los datos obtenidos se compararon con las rutas seguidas por los transportistas y establecidas por los organismos oficiales, llegando a una solución (ruta óptima). Los procesos de cálculo de estas rutas se llevaron a cabo mediante los SIG en su mayor parte. Otro estudio, realizado en.uu., es el presentado por Lowry en n él se pone de manifiesto la presencia de una zona industrial en la frontera entre México y los UU, y por consiguiente un riesgo potencial para las poblaciones de ambos lados. Para ello realiza mediante análisis SIG una cartografía para estimar el grado de riesgo en esta 13

14 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos mpleo de los SIG como herramienta en estudios sobre riesgos tecnológicos zona. A partir de una composición de zonas vulnerables y una estimación de zonas de exposición se crea un escenario de riesgo en el que se evalúan las zonas de mayor sensibilidad en caso de desencadenarse un accidente en esta zona industrial. n este estudio se presenta una metodología para el análisis de riesgo en el que se superponía una capa temática de zonas vulnerables contra otra de zonas de exposición. Dentro de los usos de los SIG para la evaluación, control o prevención de riesgos, se ha de destacar una serie de investigaciones y aplicaciones creadas para estos fines cuya aportación es el uso de los modelos de dispersión atmosférica. Como veremos, estos modelos son herramientas matemáticas con las que se pueden estimar las dispersiones de gases en la atmósfera. l uso de estos instrumentos de manera complementaria con los SIG ha permitido ofrecer muy buenos resultados en las investigaciones de riesgos atmosféricos, así como en la gestión de emergencias por este tipo de peligros. A continuación se muestran usos y aplicaciones donde intervienen los SIG y los modelos de dispersión. Utilizando un modelo de dispersión atmosférica y un SIG, Chakraborty y Armstrong tratan de estimar las zonas afectadas por riesgos tecnológicos mediante el método del análisis geográfico con plumas (Geographic Plume Analysis, Chakraborty, Armstrong, 1996 y 1997). l modelo de dispersión que utilizan es el ALOHA, con el que se crea una pluma o huella contaminante de dispersión de gases contaminantes. Una vez que se han creado las plumas de dispersión, las integran en el SIG y mediante el análisis de superposición estiman las zonas de exposición y la población afectada. l uso del modelo de dispersión atmosférica ALOHA se realiza independientemente del Sistema de Información Geográfico, por lo que el uso se reduce a la consecución de zonas de posible dispersión. Aplicaciones similares que tienen una componente geográfica importante es el paquete de programas CAMO (CAMO, 1999), programa de gestión de riesgos químicos, tanto a partir de derrames como a partir de escapes de gases, en el que se gestiona las emergencias y riesgos desde todos los ángulos (exposiciones, métodos de actuación de los equipos de emergencias, consecuencias posibles, etc.). Dentro de este conjunto de aplicaciones está el programa ALOHA (Areal Locations Hazardous Atmospheres) y el visualizador cartográfico MARPLOT, en donde se materializa espacialmente las gestiones y datos recabados por los programas iniciales. De este sistema, Chakraborty y Armstrong utilizaron el modelo de dispersión atmosférica ALOHA, como se ha señalado anteriormente Importancia de los SIG en la gestión de riesgos Los distintos usos que se dan a los SIG para la gestión de riesgos, ya sean en el ámbito de investigación o de aplicación práctica para las emergencias, presentan una incertidumbre a la hora de estimar los efectos reales de los peligros, aunque cada vez se buscan más y mejores técnicas para conseguir unas evaluaciones de riesgos más acertadas. Prueba de ello es la utilización de diferentes técnicas de modelado de dispersión atmosférico que existe en la literatura (para ampliar información sobre este tipo de modelos se remite al capítulo 10 donde se enumeran y detallan las características teóricas de los diferentes tipos existentes). s de destacar la importancia que tiene la informática en la implementación de la mayor parte de las herramientas relacionadas con este tipo de aplicaciones. mpezando por los SIG y siguiendo por los modelos de dispersión, los gestores de bases de datos, es palpable la interrelación existente entre todas estas herramientas y da cuenta del nivel que, 14

15 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos mpleo de los SIG como herramienta en estudios sobre riesgos tecnológicos en algunos casos (aplicaciones para emergencias principalmente), la ágil gestión de los datos de entrada, de las herramientas y de los resultados son determinantes para una gestión adecuada de los riesgos. Pero sin duda la idea principal es el carácter multidisciplinar de este tipo de investigaciones, que presenta una innumerable variedad de investigadores. Para la geografía y la cartografía esta característica de la investigación resulta muy adecuada, ya que esta última permite plasmar sobre el terreno los hechos geográficos más reseñables. 15

16 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Principios generales de la circulación atmosférica y el viento 4. Principios generales de la circulación atmosférica y el viento. l aire se mueve a fin de compensar los desequilibrios de la presión atmosférica producidos por la desigual insolación y calentamiento en distintos puntos de la Tierra. l viento sopla desde una determinada dirección en cada región y localidad en función de estos factores y de la influencia de la topografía de la zona. Por todo ello se hace imprescindible una visión teórica y global de la circulación general de la atmósfera, tanto en altura como en superficie, y de la formación y composición de los vientos. s fácilmente reconocible que los movimientos de la atmósfera son muy variables en el espacio y en el tiempo, especialmente en las latitudes medias, donde se encuentra Madrid. A pesar de ello, los estudios a largo plazo realizados hasta la fecha demuestran que existen unas grandes corrientes atmosféricas distribuidas en función de la latitud. La Tierra tiene dos zonas frías, los polos, y una zona caliente, el ecuador; si los polos se consideran como focos fríos y el ecuador como un foco caliente, el aire recorre el trayecto entre ambos en un funcionamiento similar al de una máquina térmica de bajo rendimiento, en la que la energía calorífica absorbida en el foco caliente se cede casi en su totalidad al foco frío. n la circulación general de la atmósfera intervienen diversos factores, entre los que destacan: la distribución de las presiones, la distribución de las temperaturas y la rotación de la Tierra. De estos factores dependerán la dirección y la velocidad de los vientos a nivel global. Para satisfacer el equilibrio térmico en la Tierra entre las zonas deficitarias, los polos, y la zona excedentaria, el ecuador, existe un flujo energético del ecuador a los polos a través de dos fluidos, como son el aire y la masa oceánica Circulación general de la atmósfera Los flujos y la circulación del aire que se originan en la troposfera dan lugar a masas de aire que pueden ser muy distintas entre sí, dependiendo del lugar de origen, de la trayectoria seguida o de la resistencia encontrada en ese camino. Por tanto, podemos definir las masas de aire como grandes flujos de aire que comparten las mismas características en relación a los factores climáticos que la componen, tales como humedad o temperatura. stas masas de aire se separan unas de otras por medio de superficies frontales, y cuando se encuentran a nivel de la superficie terrestre hablamos de frentes. Desde un punto de vista general, atendiendo a la circulación general de la atmósfera, se observa que las regiones alrededor del ecuador, a 0º de latitud, son calentadas por el Sol más que las zonas del resto del globo. l aire caliente que se encuentra en esta zona es más ligero que el aire frío que envuelve las regiones de mayor latitud. se aire caliente subirá hasta alcanzar una altura aproximada de 10 kilómetros y se extenderá hacia el norte y el sur. Si el globo no rotase, el aire simplemente llegaría al Polo Norte y Polo Sur, para posteriormente descender y volver al ecuador. 16

17 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Principios generales de la circulación atmosférica y el viento l examen del esquema de la circulación atmosférica muestra en ambos hemisferios tres cinturones de viento. Para el hemisferio norte, entre el ecuador y los 30º de latitud el viento sopla del N, son los famosos vientos alisios; entre los 30º y los 60º son vientos del SO los que predominan y, finalmente, entre los 60º y el Polo reaparecen los vientos del N. Figura 2.- Circulación general de la atmósfera Fuente: Strahler (1994) A esta circulación general atmosférica teórica le corresponde la siguiente distribución de la presión atmosférica sobre el hemisferio norte: la presión aumenta desde el cuador, donde existe un cinturón de bajas presiones, hacia el norte, para alcanzar un valor máximo alrededor del paralelo 30º donde, aparece un cinturón de altas presiones; luego disminuye al aumentar la latitud hasta alcanzar un nuevo mínimo al llegar a la región del frente polar (entre 50º y 60º de latitud), para volver a aumentar hasta alcanzar un valor máximo secundario sobre el Polo. Las masas de aire tienen su origen en unas regiones determinadas que se llaman regiones fuente o manantial. stas regiones se encuentran principalmente en desiertos, regiones polares y grandes llanuras, es decir, en zonas estables y uniformes en cuanto a humedad y temperatura y con mínimas variaciones en su superficie. n cambio, las latitudes medias, donde nos encontramos, se caracterizan por las continuas variaciones de tiempo debido al choque de masas de aire frías y calientes. xisten dos criterios para clasificar las masas de aire: la temperatura y la humedad. Según la temperatura de la región fuente sobre la que se han formado, las masas de aire pueden ser polares, tropicales, ecuatoriales, árticas o antárticas. Según la humedad adquirida por el tiempo que hayan estado en contacto con océanos o continentes, pueden ser continentales o marinas. Las características mencionadas hacen que las masas de aire puedan dividirse en dos tipos: masas de aire frías (secas y estables o húmedas e inestables) y calientes (secas, 17

18 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Principios generales de la circulación atmosférica y el viento inestables en superficie y estables en altura, húmedas e inestables). También puede establecerse una clasificación atendiendo a la temperatura terrestre circundante. Tabla 1.- Clasificación de las masas de aire Masa de Temperatura Humedad Origen Nombre Características aire media absoluta Ártica Indistinto A Muy fría y seca -46 ºC 0,1 g/m3 Polar Continental PC Fría y seca -11 ºC 1,4 g/m3 Polar Marítimo PM Fría y húmeda 4 ºC 4 g/m3 Tropical Continental TC Cálida y seca 24 ºC 11 g/m3 Tropical Marítimo TM Cálida y húmeda 24 ºC 17 g/m3 cuatorial Indistinto Cálida y húmeda 28 ºC 19 g/m3 n función de las características de las regiones fuente y de las características de humedad, temperatura, estabilidad, etc. de las zonas por donde pasan esas masas de aire, tendremos un tiempo determinado en las regiones por las que se desplazan, siendo en las latitudes medias donde hay mayores variaciones y cambios de tiempo. Como se ha dicho, todas estas variaciones se deben a los choques de masas de aire, es decir, los frentes. n los frentes fríos la masa de aire frío avanza y desplaza la masa de aire cálido, y como aquélla es más densa iniciará un movimiento por debajo de ésta a lo largo de una pendiente muy reducida, haciendo que la masa cálida sea obligada a ascender rápidamente, originando nubes, lluvia y viento. l frente cálido se forma cuando es el aire frío el que se ve obligado a retroceder por la masa cálida. n este caso, al igual que en el anterior, la masa de aire cálido asciende y origina nubes y posteriormente precipitaciones en una banda de mal tiempo mayor que en el primer caso. Cuando emergen dos frentes, uno frío y otro cálido, y el frente frío se impone al cálido, se forman frentes ocluidos. Los frentes ocluidos pueden ser llamados oclusiones de frentes cálidos o fríos. Sin embargo, cualquiera sea el caso, una masa de aire más fría predomina sobre una no tan fría. Las regiones en las que predominan los frentes ocluidos presentan pocas nubes, cantidades mínimas de precipitaciones y pequeños cambios diarios de temperatura. l último tipo de frente es el estacionario. Como su nombre lo indica, las masas de aire alrededor de este frente no se encuentran en movimiento. Será semejante al frente cálido y producirá condiciones climáticas similares. Un frente estacionario puede provocar malas condiciones climáticas que persistan durante varios días. ste tipo de frente es el que provoca las peores condiciones en relación a contaminación atmosférica y permanencia de emisiones en el terreno Formación y composición del viento: Los vientos teóricos Todas las fuentes de energías renovables, excepto la maremotriz y geotérmica, e incluso la energía de los combustibles fósiles, provienen, en último término, del Sol. Aproximadamente, alrededor de un 1 a un 2 por ciento de la energía proveniente del Sol es convertida en energía eólica. sto supone que la Tierra recibe 1,74 x W de potencia por hora a través del Sol. 18

19 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Principios generales de la circulación atmosférica y el viento l viento es un desplazamiento del aire predominantemente horizontal. n las áreas montañosas el relieve determina en gran parte la importancia de los componentes no horizontales. La velocidad del viento real es la resultante de tres fuerzas llamadas: viento de gradiente (proporcional al gradiente barométrico), fuerza geostrófica (debida a la rotación de la Tierra y al efecto de Coriolis o fuerza de Coriolis que resulta de ella), fuerza ciclostrófica (fuerza centrífuga que actúa, sobre todo, sobre los vientos ciclónicos de fuerte curvatura). n latitudes medias (30º a 70º) donde la fuerza ciclostrófica es débil en relación con las otras dos (centros de acción de gran diámetro = fuerza de Coriolis alta a causa de la latitud), se llama viento de gradiente aquel cuya velocidad se calcula a la vez en función del gradiente y de la fuerza de Coriolis. l gradiente barométrico es la diferencia de presión expresada en milibares, medida sobre una línea perpendicular a las isobaras, entre dos puntos distantes entre sí un grado de meridiano (aproximadamente 111 Km.). Los vientos corresponden a traslados de aire cuyo resultado general es estudiado bajo el nombre de circulación atmosférica, en la que se puede dividir en flujos permanentes y estacionales. Un flujo es la resultante estacional o anual de los vientos en una zona o dominio climático. xisten flujos meridianos orientados en el sentido norte sur o sur norte como, por ejemplo, los monzones de China y Japón, y flujos zonales orientados en el sentido de los paralelos, oeste este (westerlies, monzón ecuatorial) o este oeste (alisios). Sobre los grandes océanos, alrededor de los anticiclones subtropicales (anticiclón de las Azores) se organiza una circulación celular caracterizada por flujos zonales y meridianos que trazan un circuito en torno a las altas presiones. La circulación zonal rápida que es dominante en las capas altas de la troposfera es denominada circulación planetaria. Los vientos violentos localizados en una sección reducida de la atmósfera, un poco debajo de la tropopausa, se llaman corrientes de chorro (jet-stream). n circulación libre el flujo zonal es rápido y poco sinuoso; en circulación bloqueada, el flujo zonal deja lugar localmente a un flujo meridiano, donde la circulación atmosférica es entonces muy sinuosa. l desplazamiento de las masas de aire está provocado por las diferencias de presión y temperatura entre unas zonas y otras, y por una serie de fuerzas, como se acaba de comentar, a las que está sometida cada partícula de aire. stas fuerzas se pueden resumir, ahora de forma más esquemática, en las siguientes: 1. Fuerza de la gravedad 2. Fuerza de presión (arrastra hacia la depresión o núcleo de bajas presiones) 3. Fuerza de Coriolis (perpendicular al movimiento de la partícula) 4. Fuerza centrífuga (si las isobaras son curvas) 5. Rozamiento (opuesto a la velocidad) La aceleración de una partícula, si consideramos la aceleración local (variación del vector viento por unidad de tiempo), se puede expresar así: d v = Aceleración total dt v = Aceleración local t dv dt v = + ( v )v t 19

20 xposición a riesgos tecnológicos mediante mapa de interpolación de vientos Principios generales de la circulación atmosférica y el viento ( v )v = Aceleración advectiva, causada por el proceso de transferencia provocado por el movimiento de la masa de aire Si consideramos que la velocidad del viento tiene como componentes: u = u + u' v = v + v' w = w + w' siendo u, v y w las componentes según los ejes x, y, z y u, v y w las fluctuaciones aleatorias de las mismas, de valor medio igual a cero. dw Y si consideramos además que la aceleración según el componente w,, se dt puede despreciar respecto a g (aceleración de la gravedad), tendremos que la aceleración del viento con relación al movimiento en cada uno de los ejes del espacio tridimensional x, y, z respectivamente, será: du dt dv dt 1 P = + ρ x 1 P = ρ y 1 fv + ρ 1 fu + ρ dw 1 P = 0 = g dt ρ z Donde: F x, F y = Componentes del vector o fuerza de rozamiento por unidad de volumen ρ = Densidad F z = Componente vertical de F, de escaso valor al lado de g, por lo que se desprecia para la última ecuación y no se incluye. n cada una de las tres ecuaciones, el primer sumando de la parte derecha representa la fuerza neta de presión por unidad de masa en las direcciones de los ejes x, y, z respectivamente. Por otra parte, como la atmósfera puede ser considerada como un gas perfecto, dentro de situaciones más o menos normales, no extremas, habrá que tener en cuenta, además de las tres ecuaciones anteriormente indicadas, la correspondiente ecuación de estado de un gas ideal y la de continuidad, cuyas expresiones se muestran seguidamente: Donde: ρ + t ( ρv) = 0 F x F y P = ρrt R = Constante propia del gas (aire) ρ = Densidad T = temperatura en grados Kelvin (K). La fuerza de Coriolis, llamada así debido al matemático francés Gustave Gaspard Coriolis ( ), impone una desviación a los flujos atmosféricos en la superficie terrestre en razón de la rotación del globo. Se calcula a partir de la fórmula siguiente: F = 2 ω V seno (ς) donde: 20

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