Ramírez Lara Evangelina, Vivanco Moreno Sonia Fabiola, Facultad de Ciencias Químicas UANL

Transcripción

1

2 ANÁLISIS DE PARÁMETROS METEOROLÓGICOS UTILIZANDO EL MODELO DE LA ROSA DE LOS VIENTOS Ramírez Lara Evangelina, Vivanco Moreno Sonia Fabiola, Facultad de Ciencias Químicas UANL Introducción La contaminación atmosférica se define como la presencia de sustancias en la atmósfera que al tener una larga presencia en ella, resulta dañino para los seres vivos, tanto animales como plantas, y que interfiere en el sano desarrollo de la actividad humana (Bishop, 2000). Es bien sabido que la contaminación en general produce muchos efectos nocivos para la salud, dañando lentamente el organismo en diferente proporción. Hay contaminantes tan dañinos que pueden llegar a ser mortales o causar daños congénitos, así como algunos otros que pueden ser fácilmente controlables y tratables. Los contaminantes se dividen en primarios y secundarios, siendo los primeros aquellos que son emitidos a la atmósfera del mismo modo en que se encuentran en ella, y los secundarios, aquellos que resultan de una o varias transformaciones químicas de los que originalmente se emitieron. Así mismo, algunos contaminantes no resultan nocivos en su estado original pero al transformarse o reaccionar con otros se vuelven tóxicos (Aguado et al. 2001). Cuando los contaminantes son emitidos a la atmósfera, ya sea desde una fuente móvil, fija o de otra índole, resulta casi imposible predecir su evolución dentro de la misma. Esto es debido a los complejos factores que inciden su ruta entre los cuales destacan los su fuente de origen, de proceso de emisión y meteorológicos. Los factores meteorológicos de interés para evaluar la dispersión de los contaminantes son: velocidad y dirección del viento, temperatura, humedad, turbulencia, estabilidad atmosférica y efectos topográficos (Kiely, 1999), estos parámetros varían de ciudad a ciudad e incluso muchas veces en las grandes ciudades llegan a variar de mes con mes. Rosa de los Vientos La distribución de los contaminantes en la atmósfera requiere del conocimiento de la frecuencia y distribución de la dirección y de la velocidad del viento.

3 El viento que prevalece en un rango de tiempo puede ser representado por medio de una rosa de los vientos, la cual indica el porcentaje de tiempo en el que el viento sopla de diferentes direcciones. La gráfica consiste en utilizar barras o extensiones que van desde el centro de un círculo hacia un punto determinado que ilustra la dirección del viento, la longitud de cada extensión indicará el porcentaje de tiempo en el que el viento se dirigió hacia esa dirección (Ahrens, 1998). Estas mediciones pueden presentarse ya sea en forma gráfica o tabular. Los datos se presentan en ocho direcciones primarias y ocho secundarias que son las siguientes: Primarias Secundarias N (norte) NNE (nor noreste) S (sur) ENE (este noreste) E (este) ESE (este sudeste) W (oeste) SSE (sud sudeste) NE (nordeste) SSW (sud sudoeste) NW (noroeste) WSW (oeste sudoeste) SE (sudeste) WNW (oeste noroeste) SW (sudoeste) NNW (nor noroeste) Por otro lado, la velocidad del viento se divide en rangos que se pueden dar en varias unidades, que van desde millas por hora a metros por segundo. Aunque también se pueden registrar periodos con velocidad cero, los cuales se reportan como calma. La dirección del viento también se puede ilustrar en grados como en una circunferencia con sus 360º. Estas direcciones están representadas por números los cuales varían de acuerdo a las manecillas del reloj iniciando con 360º en el norte, teniendo el este con 90º, el sur con 180º y el oeste con 270º. También existen otras direcciones como NE a la que pertenecen los 45º y así obtener los grados correspondientes a las demás direcciones del viento. La calma se expresa como 0º (Wark et al., 1998). Antecedentes La rosa de los vientos ha aparecido en gráficas y mapas desde los años 1300 a.c. cuando los mapas portolanos hicieron su primera aparición. El término rosa proviene de la flor que se utilizaba para señalar el norte en la rosa de los vientos.

4 En un inicio, fue utilizada para indicar la dirección de los vientos, pero los 32 puntos de la rosa provienen de los ocho principales puntos cardinales, los ocho secundarios y los 16 denominados como cuartos de puntos. En la Edad Media, los nombres utilizados para indicar los puntos cardinales provenían de los países que circundaban el Mediterráneo: Tramontana (N), Greco (NE), Levante (E), Siroco (SE), Ostro (S), Libeccio (SW), Ponente (W) y Maestro (NW), cuyas iniciales aún se pueden observar en los mapas portolanos (Thoen, 2001). Durante 1995 se monitorearon diferentes estaciones en Reino Unido durante los días en los que se presentaban eventos de ozono para crear las rosas de los vientos utilizando los promedios de emisión de estos días, y de esta manera mejorar el modelo ELMO (Edinburgh Lancaster Model for Ozone) el cual se ha empleado para predecir las concentraciones de ozono a nivel tierra (Strong et al., 2005). En el año 2004 se diseñó un sistema geográfico de información (GIS) para aeropuertos en el cual emplearon el modelo de rosa de los vientos para obtener los datos de dirección y velocidad del viento así como la ocurrencia de éste en la región estudiada. De esta manera se aplicaba el modelo en conjunto con otros estudios para lograr mayor cobertura y así resolver el problema que se presentaba en los aeropuertos para diseñar las rutas de los aviones con mayor facilidad (Asce et al., 2004). El modelo de rosa de los vientos también se ha utilizado para plasmar la distribución en horas de los eventos de lluvia helada, llovizna helada y granizo presentados en 207 estaciones ubicadas en diversos puntos de los Estados Unidos de América para explicar los máximos y mínimos en cuanto a heladas presentadas en los sitios CONUS (Continental United States) sondeados (Bernstein, 2005). En diferentes puntos de Atlanta, Georgia, se analizó el aire buscando contaminantes como SO2, CO, NOx, O3 y PM 2.5, empleando el diagrama de la rosa de los vientos para determinar el comportamiento de los diferentes contaminantes dentro de los puntos medidos y así determinar su probable procedencia y dirección (Wade, 2006). El modelo de la rosa de los vientos se ha empleado para analizar la dispersión de perfluorooctanoatos en los límites de una planta procesadora de fluoropolímeros con el fin de

5 comparar los valores monitoreados con los que se podrían llegar a deducir por medio del mismo modelo (Barton et al., 2006). Wrplot View WRPLOT View es un programa para Windows mediante el cual se generan gráficas de rosa de los vientos y gráficas para varios formatos de datos meteorológicos. Una rosa de los vientos muestra la frecuencia de ocurrencia de los vientos en cada una de las direcciones del viento proporcionadas y las clases de velocidad para tiempo y lugar específicos. Se considera que este programa es un sustituto a U.S. EPA DOS utility WRPLOT ( WRPLOT View se alimenta de datos guardados en archivos con formato SCRAM, CD144, SAMSON y datos meteorológicos ISC procesados anticipadamente. Produce rosas de los vientos con opciones de color, al mismo tiempo que crea tablas de distribución y estabilidad de clases ( Algunas de las funciones de este programa además de la creación de rosas de los vientos, son las múltiples opciones que presenta para mejorar la rosa de los vientos ya sea utilizando diferentes colores y fuentes especiales, revisar errores, guardar clases de los vientos para usos posteriores, importar fácilmente desde Excel y obtener vectores resultantes ( De acuerdo al Programa de Administración de la Calidad del Aire del Área Metropolitana de Monterrey, la dirección predominante que presenta el viento en esta área es de 90º azimutales, es decir, de este a oeste. Sin embrago, durante los meses de invierno, cuando se presentan masas de aire frío, los vientos provienen del norte y noroeste, lo que ocasiona que las fuentes de partículas localizadas al poniente del Área Metropolitana de Monterrey impacten en las concentraciones de partículas menores a 10 micras. Además de un cambio en la dirección de los vientos, se ha detectado una disminución de velocidad en la época invernal. La velocidad de los vientos disminuye considerablemente durante los meses de invierno, lo que ocasiona que se genere una mayor acumulación de contaminantes. En la zona centro los fenómenos de dispersión son lentos. Esto se explica por el hecho de que, debido a su situación geográfica, la zona centro es la que registra menores velocidades de viento. Los episodios con índices máximos de contaminación se presentan siempre bajo condiciones de baja velocidad del viento y la presencia de alta estabilidad atmosférica (SEMARNAP ).

6 Objetivo Analizar la dirección y la velocidad del viento predominantes durante los eventos de lluvia presentados en los meses de Enero del año 2005 a Diciembre de 2006 en la región noreste del Área Metropolitana de Monterrey. Materiales y Métodos -Se utilizaron datos de dirección y velocidad del viento proporcionados por el Sistema Integral de Monitoreo Ambiental (SIMA). -Se analizaron las fechas de los eventos de lluvia durante el periodo Enero 2005 a Diciembre 2006 en el Área Metropolitana de Monterrey. -Se creó un archivo en Excel utilizando los datos de dirección y velocidad del viento además de los milímetros de precipitación medidos en la estación meteorológica ubicada en la Facultad de Ciencias Químicas. Posteriormente se procede a importar el archivo de Excel a WRPLOT View y a correr las rosas de los vientos de los meses antes mencionados. -Finalmente se utilizaron las rosas de los vientos para analizar el comportamiento del aire durante los años 2005 y 2006 y se compararon tomando en cuenta los sucesos meteorológicos que se presentaron durante los diferentes meses. Resultados y Discusión En el bimestre Enero-Febrero del 2005 se observa una dirección del viento hacia el Este Noreste (WNW) con velocidades de viento bajas (Figura 1a), que se mantienen muy parecidas en el mismo periodo para el año 2006 con una dirección predominante hacia el Oeste (W), incluyendo el mes de marzo (Figura 1g). a) b) c)

7 d) e) f) g) h) i) Velocidad (m/s) Color j) >= Calmas: 0.00% Figura 1. Rosa de los vientos correspondientes a los meses de: a) enero de 2005, b) abril 2005, c) junio 2005, d) julio 2005, e) septiembre 2005, f) noviembre 2005, g) enero 2006, h) abril 2006, i) junio 2006 y j) septiembre 2006 Durante Marzo-Abril del 2005 se obtuvo el patrón WNW del bimestre anterior predomiando en su mayoría una dirección hacia el sur (S) con velocidades menores a 3m/s en general (Figura 1b). En el bimestre Mayo-Junio del 2005 se encuentra un viento con dirección WNW y W presentando un incremento en la velocidad considerable si es comparado con los meses anteriores (Figura 1c). Por su parte, el mes de julio presenta una velocidad de viento superior a los 5 m/s, así como una dirección S (Figura 1d).

8 Durante los meses de Agosto a Diciembre del año 2005 se presenta una dirección de viento hacia el Oeste y Nor Noroeste (Figura 1e), observando un descenso en la velocidad a partir del mes de octubre (Figura 1f). Del mismo modo, en los meses de abril a diciembre del 2006 se presenta un patrón repetitivo hacia el sudeste, predominando en los primeros tres meses hacia el Este (Figura 1h) y a partir de agosto hacia el Sur, pidiéndose observar cómo en el mes de julio la dirección del viento tiende hacia el sudeste sin inclinación al este ni al sur (Figura 1i). En cuanto a la velocidad del viento, se presenta un descenso en ella a partir del mes de septiembre, encontrando en el mes de junio las velocidades más elevadas del año (Figura 1j). Conclusiones De acuerdo con los resultados obtenidos se puede concluir que tanto la dirección como la velocidad del viento varían de acuerdo a las estaciones del año y presentan un comportamiento similar de un año a otro. Por otro lado, se registraron más huracanes durante el año 2005 que en el Durante el año 2005 se presentaron 42 mientras que en el año 2006 sólo 27, de los cuales el que más afectó al estado de Nuevo León fue Emily el ocurrido en el mes de julio del 2005, lo que se ve reflejado en la gráfica en ese mes con velocidades muy altas y predomiando dos direcciones. Finalmente, cabe mencionar que la dirección predominante de los dos años fue hacia el Este, incluyendo Este Sudeste (ESE) y Este Noreste (ENE); y que durante los meses de invierno se observan las menores velocidades mientras que en los meses de verano las velocidades aumentan ligeramente. Bibliografía 1. Bishop, Paul L. Pollution Prevention: Fundamentals and Practice. McGraw Hill International Editions. Singapore, ISBN Aguado, E.; Burt, J. E. Undersdtanding Weather And Climate. 2 nd edition. Prentice Hall. United States, ISBN Wark, K., Warner C.F., Davis, W.T. Air Pollution: Its origins and control. 3 rd edition. Addison Wesley Longman. United States, ISBN Ahrens, C.Donald. Essentials Of Meteorology: an invitation to the atmosphere. 2 nd edition. Wadsworth Publishing Company. United States, ISBN

9 5. Origins of the Compass Rose by Bill Thoen 6. Strong, J., Whyatt, J.D., Hewitt, C.N., Application of multiple wind-roses to improve the modeling of ground-level ozone in UK. Atmospheric Environment 40, Asce, A.M., Jia, X., Chung, D., Huang, J., Petrilli, M., The, L., ARO: Geographic Information Systems-Based System for Optimizing Airport Runway Orientation. Journal of Transportation Engineering September-October, Berstein, B.C., Regional and Local Influences on Freezing Drizzle, Freezing Rain, and Ice Pellet Events. Weather and forecasting 15, Wade, K.S., Mulholland, J.A., Marmur, A., Russell, A.G., Hartsell, B., Edgerton, E., Klein, M., Waller, L., Peel, J.L., Tolbert, P.E., Effects of Instrument Precision and Spatial Variability on the Assessment of the Temporal Variation of Ambient Air Pollution in Atlanta, Georgia Journal Air & Waste Management Association 56, Barton, C.; Buttler, L.; Zarzecki, C; Flaherty, J.; Kaiser, M., Characterizing Perfluorooctanoate in Ambient Air near the Fence Line of a Manufacturing Facility: Comparing Modeled and Monitored Values. Journal of the Air & Waste Management Association 56, weblakes.com/lakewrpl.html, Lakes Environmental. WRPLOT View, Wind Rose Plot for Meteorological Data HF-Fax Image Communication, WX Software The meteorological resource center. 14. Secretaría de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca (SEMARNAP) Programa de Administración de la Calidad del Aire del Área Metropolitana de Monterrey