EFECTO DE LA CIUDAD DE BUENOS AIRES SOBRE LA VELOCIDAD DEL VIENTO Y LA NUBOSIDAD Patricia I. Figuerola y Nicolás A. Mazzeo Departamento de Ciencias de la Atmósfera, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires Pabellón 2, 2do. Piso, (1428) Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina ABSTRACT The hourly temperature differences between Buenos Aires city and Ezeiza Airport were calculated using 3 years of data. The average month values of the hourly heat island were studied by different conditions of cloud cover and wind speed. There is a pronounced weakening with the least favourable local weather conditions. Also, we compared the cloudiness between Buenos Aires city and Ezeiza Airport. The results shows that there is a relation at night between the well developed urban heat island and the most frequent occurrence of lower clouds in the city. 1. INTRODUCCIÓN Las construcciones, el pavimento y la actividad del hombre en una ciudad entre otros aspectos contribuyen a una profunda alteración de la superficie natural originando un gran número de microclimas. La existencia de la isla urbana de calor y de la isla fría, en algunas circunstancias, es una de las consecuencias de un asentamiento urbano. La ciudad de Buenos Aires (34 o S, 58 o W), que tiene una importante actividad comercial y administrativa, esta ubicada como la novena aglomeración urbana del mundo y la segunda en Sudamérica (Mage y otros, 1996). Estudios previos han puesto en evidencia la presencia de la isla urbana de calor (Barros y Camilloni, 1994; Rusticucci y Vargas, 1991; Camilloni y Mazzeo, 1987). El presente trabajo tiene como objetivo estudiar el efecto de la isla urbana sobre parámetros tales como la velocidad del viento, la nubosidad y la precipitación. La isla urbana de calor es estudiada utilizando datos del Observatorio Central de Buenos Aires (OCBA) ubicado en la ciudad y del Aeropuerto Internacional de Ezeiza ubicado aproximadamente a 3 km. hacia el sur del área urbana. Fueron utilizados datos horarios de temperatura, nubosidad, velocidad del viento y tiempo presente correspondiente al período mayo de 1994 a febrero de 1997. La diferencia horaria de la temperatura entre la ciudad y el área rural fue calculada, obteniendo valores horarios de la isla urbana de calor (T u-r ). 2. ISLA DE CALOR: SU RELACIÓN CON LA VELOCIDAD DEL VIENTO Y LA NUBOSIDAD La nubosidad y la velocidad del viento influyen sobre el valor máximo de la isla de calor (ver Figuerola y Mazzeo, 1998). La más débil velocidad de viento en la ciudad (< 5 m s -1 ) ocurre más frecuentemente en otoño (82%) y la más fuerte se presenta en verano (1% más casos que en invierno). Por otra parte, la ocurrencia de una cobertura nubosa total mayor que 5/8 fue 1% más frecuente en invierno que en verano. En la Figura 1 se presentan las isolíneas de T u-r, son los valores medios mensuales de T u-r para cada hora, correspondiente a cuatro combinaciones de nubosidad y velocidad del viento. Las condiciones más favorables para el control local de la temperatura es la de la Fig. 1a y la menos favorable corresponde a la Fig. 1d. Se observa un pronunciado debilitamiento cuando las condiciones son de mayor nubosidad y viento fuerte. Al comparar las isolíneas de T u-r, antes del amanecer de las Fig. 1a y la Fig. 1d, su valor disminuye aproximadamente en 1.5 o C. En la Fig. 1b con nubosidad 5/8 y velocidad 5 m s -1, se presenta un campo uniforme de T u- r después de la salida del sol y un valor mínimo de T u-r con una pronunciada tendencia entre el último período de la primavera y principios del otoño. También, un mayor T u-r ocurre en invierno después de la puesta del sol comparado con las primeras de la mañana. Durante la mañana la isolínea de T u-r = 1 o C está desplazada hacia la línea de salida del sol (Fig. 1b) comparada con lo que se presenta en la Fig. 1a.
En condiciones de mayor nubosidad y viento débil (Fig. 1c) el comportamiento es algo similar al de la Fig. 1a, pero con T u-r más bajo durante la mañana y ocurre el menor valor después del mediodía entre el verano y el principio del otoño. En condiciones de mayor nubosidad y velocidad (Fig. 1d) una isolínea de T u-r = o C ocurre luego del mediodía entre el invierno y el principio de la primavera, no observada en las anteriores combinaciones. La isolínea T u-r = 1 o C (Fig. 1d) está desplazada casi en forma similar al caso de velocidades más altas. En la Fig. 1d, la amplitud diurna de T u-r es aproximadamente 1 o C, mientras que en la Fig. 1a es de 2 o C. Se evaluó la diferencia de velocidad del viento entre la ciudad y la zona rural cuando se presenta el valor máximo de la isla urbana de calor. En invierno, cuando el flujo es débil (< 5 m s -1 ) se presenta el 55% de las veces con velocidad en la ciudad menor que en la zona rural. En verano, el 6% de las veces la velocidad en la ciudad fue mayor que en la zona rural. Por lo tanto los flujos débiles tienden a hacer acelerados en la ciudad en verano y esto podría deberse al gradiente horizontal de presión asociado con la ocurrencia de la isla de calor. El aumento de la turbulencia térmica es un factor importante que incrementa la temperatura urbana durante la noche en comparación con el área rural donde las inversiones son más frecuentes (Fig. 1a). En condiciones de velocidades de viento altas ( 5 m s -1 ), la velocidad del viento en la ciudad es más baja que en la zona rural, casi el 7% de las veces en invierno y un 55% de las veces en verano. Existe una tendencia a que flujos fuertes sean desacelerados por el aumento de la fricción. Luego del mediodía es frecuente la ocurrencia de la anti-isla de calor (la temperatura de la ciudad es menor que la de la zona rural) y en estas circunstancias las diferencias de velocidades de viento entre la ciudad y la zona rural, presenta flujos desacelerados en la ciudad en un 75% (invierno) y un 65% (verano). 3. NUBOSIDAD Y PRECIPITACIÓN Landsberg (1981) cita algunos factores como los más importantes en el aumento de la precipitación en áreas urbanas. El primero es la isla urbana de calor, asociada con el movimiento local vertical del aire sobre la ciudad. El segundo factor es el efecto de obstrucción, pues la rugosidad aerodinámica de la estructura urbana impide el progreso de los sistemas de tiempo y estos pueden retardarse más sobre zonas urbanas que en zonas rurales donde los frentes y oclusiones se mueven más rápidamente. El tercer factor citado es la emisión de contaminantes. Esto pude contribuir a la formación de nubes como también promover o inhibir la precipitación. En la estación del Observatorio Central de Buenos Aires el valor medio anual de precipitación es de 1214 mm, en tanto que en Ezeiza es de 122.4 mm (Servicio Meteorológico Nacional, 1992). En el mismo período de observación (1981-199), la nubosidad es mayor en Ezeiza que en OCBA durante todos los meses del año. Landsberg (1981) compara tres grados de nubosidad en la ciudad de Nueva York y el Aeropuerto Kennedy encontrando mayor frecuencia de nubosidad en la ciudad durante el verano en el mediodía, indicando la influencia de la convección y mayor presencia de núcleos de condensación. Con la finalidad de estudiar las diferencias de nubosidad entre la ciudad y Ezeiza se utilizaron los datos de cantidad y tipo de nubosidad. En la ciudad de Buenos Aires, no se observó la situación señalado por Landsberg (1981). Similar tratamiento fue realizado para la nubosidad media y baja correspondiente a tres niveles (1er.: entre y 2/8, 2do.: entre 3/8 y 5/8, 3er.: entre 6/8 y 8/8). La Fig. 2 muestra que la cantidad de nubosidad media y baja es mayor en la ciudad que en Ezeiza para el nivel entre 6/8 y 8/8, tanto en invierno como en verano. Este aumento de nubosidad media y baja es posible asociarlo con la mayor permanencia de la nubosidad en la ciudad por efecto de la rugosidad aerodinámica de ésta sobre el viento y no así por la presencia de zonas industriales en las cercanías del OCBA. Los datos disponibles permitió analizar la frecuencia de ocurrencia de diferentes tipos de nubosidad baja. La Tabla I, presenta el porcentaje de nubes bajas. Se puede destacar los Stratus en OCBA ocurren casi el 21% de las veces en invierno, y también tanto en invierno como en verano son más frecuentes en la ciudad que en Ezeiza. Landsberg (1981) cita la presencia de Stratus durante el invierno en varias ciudades de latitudes altas y no así en su vecindad, mencionando que una de las fuentes de los núcleos de condensación es la emisión de partículas provenientes de la combustión de
los automóviles, los cuales se activarían a varias temperaturas. Por otra parte, en la Tabla I se observa que la nubosidad baja tipo Cúmulus o Cúmulus Congestus es más frecuente en Ezeiza. Este tipo de nubosidad se desarrolla entre la salida y puesta del sol, primero en Ezeiza y luego en OCBA. La convección más severa se produciría en verano, aunque con menor probabilidad y su manifestación como Cumulonimbus Calvus y Capilatus es más frecuente en la ciudad entre la salida y puesta del sol, como así también los Stratuscumulus, siendo el período de máximo calentamiento y de más fuerte precipitación (Schickedanz, 1974). La más clara relación entre la nubosidad baja y la isla urbana de calor se presenta en la Fig. 3, correspondiente al verano (algo similar ocurre en invierno) mostrando el porcentaje de ocurrencia de nubosidad baja (incluye Cúmulus, Cúmulonimbus, Stratocúmulus, Stratus, Fracto Cúmulus, Fracto Stratus). El período de ocurrencia del máximo de la isla de calor es de esperarse en verano entre las 21 hs y las 6 de la mañana (hora local) en esta circunstancia la dirección del viento más frecuente es desde la zona rural hacia el área urbana (ver Figuerola y Mazzeo, 1998), resultando en una convergencia hacia la ciudad. Se podría sugerir coincidiendo con Schickedanz (1974) que en algunos casos la inestabilidad atmosférica en niveles bajos es mayor sobre la ciudad durante la noche que en los alrededores y la mayor inestabilidad indica movimientos de ascenso y transporte vertical tal como calor, humedad y contaminantes. Este movimiento de ascenso podría ser suficiente para producir celdas de convección. El porcentaje de nubosidad tipo Altostratus, Altocumulus, Cirrus y Cirrustratus fue encontrado que disminuye en la ciudad. En el período 1981-199 (Servicio Meteorológico Nacional, 1992), se encontró que en los meses de verano (diciembre, enero y febrero) la precipitación en OCBA es 347.4 mm, 5 mm más que en Ezeiza; mientras que en invierno (junio, julio y agosto) fue de 166.1 mm, 34.4 mm más que en Ezeiza. La información horaria de tiempo presente permite conocer la ocurrencia de fenómenos meteorológicos significativos. La forma de precipitación más frecuente en verano en la ciudad es tipo lluvia, mientras que en invierno resulta ser tipo llovizna. En la Fig. 4 se muestra el porcentaje de ocurrencia de precipitación (incluye lluvia, llovizna, tormenta, chaparrón) correspondiente al verano. En la ciudad la mayor probabilidad de ocurrencia de precipitación es entre las 6 a 8 hs. (hora local), resultando estar bien relacionada con la hora de mayor frecuencia de ocurrencia del máximo de la isla urbana de calor que se observó a las 6 hs. (ver Figuerola y Mazzeo, 1998). Por lo tanto, en diferentes oportunidades los movimientos de ascenso en las primeras de la mañana parecerían ser suficiente para favorecer la ocurrencia de precipitación. Esto también parece ser confirmado según se observa en la Fig. 5, en la cual se muestra la probabilidad de ocurrencia de tormentas en verano. Si bien en Ezeiza es mayor la ocurrencia de tormentas, es significativa la mayor ocurrencia relativa de tormentas en la ciudad entre las 6 y 8 hs. En los meses de invierno esta relación no pudo ser encontrada. 4. CONCLUSIONES La isla urbana de calor depende fuertemente de las características locales, la capacidad de calor de la superficie, la cantidad y tipo de construcciones. La cuestión es cuán representativo es el Observatorio Central de Buenos Aires como lugar de medición de la temperatura urbana. Podemos decir que los alrededores del OCBA está constituido por bajas construcciones y con un área verde, siendo bastante común en esta ciudad, pero este sitio no representa el centro de la ciudad donde la densidad de altas construcciones y el uso del suelo es más elevada. La mayor nubosidad y velocidad del viento fuerte afectan la isla de calor, en intensidad y amplitud, observándose en promedio una mayor ocurrencia de T u-r o C durante casi todo el año bajo estas condiciones. La variación temporal de T u-r se observa más afectada por el aumento de la velocidad del viento que por la nubosidad. La turbulencia térmica parece ser responsable del relativo aumento de la velocidad del viento en la ciudad comparado con la zona rural, bajo condiciones de flujos débiles en verano. La mayor temperatura en la ciudad que en el área rural entre la puesta y salida del sol, presentan condiciones de mayor inestabilidad en la zona urbana, favoreciendo la mayor ocurrencia de nubosidad
baja. En verano, la ocurrencia de precipitación en la ciudad está bien relacionada con la presencia del máximo de la isla urbana de calor, lo cual favorece los movimientos de ascenso sobre la ciudad. Agradecimiento: Este trabajo fue financiado por el Proyecto: Estudio de la atmósfera de la ciudad de Buenos Aires BIBLIOGRAFÍA Barros, V. y Camilloni,., 1994: Urban-biased trends in Buenos Aires mean temperature.clim. Res., 4, 33-45. Camillioni,. y Mazzeo, N., 1987: Algunas características térmicas de la atmósfera urbana de Buenos Aires. Preprints of II Congreso Interamericano de Meteorología y V Congreso Argentino de Meteorología, 14, 2, 1-5. Figuerola, P. y Mazzeo N., 1998: Urban-rural temperature differences in Buenos Aires (Argentina) (en prensa) Journal International of Climatology. Landsberg, H. E., 1981: The urban climate, Academic Press, pag.277 Mage, D., Ozolins, G., Peterson, P., Webster, A., Orthofer, R., Vandeweerd, V. and Gwynne, M., 1996: Urban air pollution in megacities of the world. Atmos. Environ., 3, 5, 681-686. Rusticucci, M. y Vargas, W., 1991: Efecto de la ciudad y el río sobre la temperatura de superficie en Buenos Aires. GEOACTA, 18, pp. 35-48. Schickedanz, P, 1974: Inadvertent rain modification as indicated by surface raincells.j. Appl. Met.,13, 891-9 Servicio Meteorológico Nacional, 1992: Estadisticas Climatologicas 1981-199, Serie B, N o 37, Bs. As, 1er. Ed. % frecuencia 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 % frecuencia 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 Figura 2: porcentaje de ocurrencia de nubosidad baja Figura 3: porcentaje de ocurrencia de nubosidad y media entre 6/8 y 8/8. Área azul: mayor nubosidad baja, línea llena: en la ciudad, línea de puntos: en la ciudad en invierno, área roja: en verano. en Ezeiza. %frecuencia 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 Figura 4: porcentaje de ocurrencia de precipitación en Figura 5: porcentaje de ocurrencia de tormenta en verano, línea llena: en la ciudad, línea de puntos: en verano, línea llena: en la ciudad, línea de puntos en Ezeiza Ezeiza. % frecuencia 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22
Tabla I: porcentaje de tipo de nubes bajas: Cúmulus (CU), Cúmulonimbus (CB), Stratocúmulus (SC), Stratus (ST), Fracto Cúmulus (FC), Fracto Stratus (FS), en el Observatorio Central de Buenos Aires (OCBA) y en el Aeropuerto de Ezeiza (Ez.), en Invierno y en Verano. sin SC, ST,CU,CB CU Humilis CU Congestus CB Calvus SC Cumulogenitus SC ST FS y/o FC CU y SC CB Capilatus OCBA Ez. OCBA Ez. OCBA Ez. OCBA Ez. OCBA Ez. OCBA Ez. OCBA Ez. OCBA Ez. OCBA Ez. OCBA Ez. Inv. 65.8 67.7.8 2.9.3.7.2.8.4 8.9 1.5 2.8 1.6.8 2.5 1.1 3.2.6 1.2 Ver. 59.2 54. 2.7 9.9 5.6 1.3 1.8 2. 1.8 1.4 1.5 8.4 9.9 3.7 1.8 1. 3.8 5.9 2.9 3.5
a (a) cantidad total de nubosidad 5/8; velocidad del viento < 5 m s -1 ; salida y puesta del sol 1 (b) cantidad total de nubosidad 5/8; velocidad del viento 5 m s -1 salida y puesta del sol (c) cantidad total de nubosidad > 5/8; velocidad del viento < 5 m s -1 ; salida y puesta del sol (d)cantidad total de nubosidad > 5/8; velocidad del viento 5 m s -1 ; salida y puesto del sol. Figura 1: Contorno del promedio horario de diferencias de temperatura entre el Observatorio Central de Buenos Aires y el Aeropuerto de Ezeiza (T u-r ), como función de los meses y de las, para datos clasificados según la cobertura nubosa y la velocidad del viento.