4.1 An´alisis de Incertidumbre de Modelo Meteorol´ogico WRF
4.1.1 Meteorolog´ıa de Superficie
Las variables meteorol´ogicas velocidad del viento y direcci´on del viento son relevantes para el modelo debido a que afectan de manera directa la forma en que se dispersan los contaminantes en la atm´osfera. Al respecto, se cuenta con datos observados de las estaciones JJ Latorre y Jard´ın Infantil Integra para el periodo en estudio y se proceder´a a comparar los valores observados en cada estaci´on con los valores modelados en el mismo punto para el periodo de estudio.
4.1.1.1. An´alisis Cualitativo Velocidad del viento:
En la Tabla4.1.3se presenta una comparaci´on entre el ciclo diario de velocidad del viento hecho a partir de los datos observados en la Estaci´on JJ Latorre y los valores modelados por el modelo meteorol´ogico para el mismo punto:
Observado Modelado
Tabla 4.1.1: Ciclo Diario de Velocidad del Viento - Estaci´on JJ Latorre
De la tabla anterior, se aprecia que el modelo meteorol´ogico tiende a representar de buena forma la forma del ciclo diario de la velocidad del viento respecto a lo observado, debido a que se manifiestan las menores velocidades de viento durante la ma˜nana de las 06:00 a las 10:00 horas y las mayores velocidades de viento durante la tarde y la noche desde las 16:00 horas en adelante, sin embargo, se ve tambi´en que en promedio el modelo sobreestima esta variable y lo hace en mayor medida en el periodo nocturno.
Para la Estaci´on Jard´ın Infantil Integra se presenta en la Tabla4.1.2una comparaci´on entre el ciclo diario de velocidad del viento hecho a partir de los datos observados en dicha estaci´on y los valores modelados por el modelo meteorol´ogico para el mismo punto:
Observado Modelado
Tabla 4.1.2: Ciclo Diario de Velocidad del Viento - Estaci´on Jard´ın Infantil Integra
De la tabla anterior, se aprecia que para esta estaci´on el modelo tiende a representar de buena forma en promedio la forma del ciclo diario de la velocidad del viento durante cierta parte del d´ıa, se aprecian las menores velocidades de viento en promedio durante la madrugada y la ma˜nana de las 03:00 a las 10:00 horas en ambos casos. Para el caso de las m´aximas velocidades de viento el modelo no logra representar lo observado durante el mismo horario, mientras el primero muestra que las mayores velocidades son entre las 16:00 y las 19:00 horas, el segundo lo muestra entre las 12:00 y las 15:00 horas.
Direcci´on del viento:
En la Tabla4.1.1se presenta una comparaci´on entre el ciclo diario de direcci´on del viento hecho a partir de los datos observados en la Estaci´on JJ Latorre y los valores modelados por el modelo meteorol´ogico para el mismo punto:
Observado Modelado
Tabla 4.1.3: Ciclo Diario de Direcci´on del Viento - Estaci´on JJ Latorre
De la tabla anterior se aprecia que para la Estaci´on JJ Latorre en general el modelo logra representar de muy buena manera el ciclo diario de la direcci´on del viento si se le compara con lo observado, sin embargo, en cuanto a la velocidad del viento el modelo tiende a sobreestimar la intensidad del viento en el periodo nocturno.
En cuanto a las direcciones de viento, se ve que durante horas de la madrugada ambos muestran vientos con componente sursureste y sur, para este horario el modelo tiende a sobreestimar la frecuencia de vientos en dicha direcci´on.
Durante horas de la ma˜nana ambos muestran vientos con componente noroeste y nor- noroeste, sin embargo, durante el medio d´ıa y el inicio de la tarde el modelo subestima vientos con esta componente al compararlo con lo observado.
Entrada la tarde, el modelo tiende a sobrestimar los vientos con direcci´on norte y norno- reste, que tambi´en se tienen en la figura observada pero con menor frecuencia.
Durante horas de la noche el modelo logra representar de muy buena manera la frecuen- cia de vientos sursureste y sur observados, pero tiende a sobreestimar vientos noreste y
estenoreste aunque con menor frecuencia.
Para la Estaci´on Jard´ın Infantil Integra se presenta en la Tabla4.1.2una comparaci´on entre el ciclo diario de la direcci´on del viento hecho a partir de los datos observados en dicha estaci´on y los valores modelados por el modelo meteorol´ogico para el mismo punto:
Observado Modelado
Tabla 4.1.4: Ciclo Diario de Direcci´on del Viento - Estaci´on Jard´ın Infantil Integra De la tabla anterior se aprecia que para la Estaci´on Jard´ın Infantil Integra en general el modelo logra representar de muy buena manera el ciclo diario de la direcci´on del viento si se le compara con lo observado.
Se ve que durante horas de la madrugada ambos muestran vientos con componente sur- sureste y sur, en particular a inicios de la madrugada el modelo tiende a sobreestimar los vientos con esta direcci´on.
Durante horas de la ma˜nana ambos muestran vientos con componente noroeste y nor- noroeste, sin embargo, durante el medio d´ıa y el inicio de la tarde el modelo subestima vientos con esta componente al compararlo con lo observado.
Entrada la tarde, el modelo tiende a sobrestimar los vientos con direcci´on norte , norno- reste y noreste, que tambi´en se tienen en la figura observada pero con menor frecuencia. Durante horas de la tarde y noche el modelo logra representar de muy buena manera la frecuencia de vientos sursureste y sur observados, pero tiende a sobreestimar vientos noreste y estenoreste aunque con menor frecuencia.
4.1.1.2. An´alisis Cuantitativo Velocidad del Viento
En la Tabla4.1.5se presentan los estad´ıgrafos coeficiente de correlaci´on (r), error cuadr´ati- co medio (ECM), error cuadr´atico medio normalizado (ECMN), sesgo fraccional (SF) e ´ındice de acuerdo (IA) calculados para cada estaci´on respecto a la variable meteorol´ogica velocidad del viento:
Tabla 4.1.5: Estad´ısticos de inter´es para la velocidad del viento observada y modelada.
Estaci´on r ECM ECMN SF IA
JJ Latorre 0,55 1,41 0,20 -0,40 0,44
Jard´ın Infantil Integra 0,40 1,23 0,14 -0,30 0,49
De la tabla anterior se puede concluir en forma cuantitativa que el modelo no logra repre- sentar de buena forma la variable meteorol´ogica velocidad del viento. Esto se explica en primer lugar por un bajo valor de coeficiente de correlaci´on, valores de error cuadr´atico medio y normalizados mayores a cero, sesgo fraccional menor a cero e ´ındice de acuerdo considerablemente menor a uno. Es importante mencionar que se pueden hacer modi- ficaciones a los par´ametros del modelo meteorol´ogico WRF con el fin de mejorar sus resultados y con ellos mejorar la modelaci´on meteorol´ogica, sin embargo, esto escapa del alcance de esta memoria.
Considerando que el presente estudio tiene por objetivo particular estudiar la formaci´on de ozono troposf´erico, resulta interesante estudiar en forma cuantitativa el comportamiento del modelo en horas del d´ıa, que es efectivamente cuando se forma este compuesto dada la radiaci´on solar como se explic´o en la secci´on 2.2.1. As´ı, se presenta en la Tabla4.1.6 un nuevo c´alculo de los estad´ıgrafos considerando esta vez para cada estaci´on el periodo comprendido entre las 09:00 horas ya las 18:00 horas:
Tabla 4.1.6: Estad´ısticos de inter´es para la velocidad del viento observada y modelada para el periodo diurno.
Estaci´on r ECM ECMN SF IA
JJ Latorre 0,82 1,19 0,14 -0,33 0,60
Jard´ın Infantil Integra 0,67 0,74 0,05 -0,14 0,71
De la tabla anterior se concluye que al considerar el periodo diurno de inter´es para este estudio, los estad´ısticos mejoran considerablemente, el coeficiente de correlaci´on aumenta
para ambas estaciones, el error cuadr´atico medio y normalizado disminuyen acerc´andose a 0, el sesgo fraccional aumenta tambi´en acerc´andose a 0, finalmente los ´ındices de acuerdo aumentan pero de todas formas siguen lejos de su valor ideal 1.
As´ı, se puede concluir de manera cualitativa y cuantitativa seg´un lo expresado en este inciso, que el modelo meteorol´ogico tiende a sobreestimar la variable meteorol´ogica velo- cidad del viento a lo largo del d´ıa, sin embargo, durante el d´ıa presenta la mejor predicci´on. Lo anterior es importante para el desarrollo de este estudio dada la relaci´on de la forma- ci´on de ozono troposf´erico con dichas horas del d´ıa. Respecto a la direcci´on del viento, en t´erminos generales el modelo logra representar de buena manera las direcciones a lo largo del d´ıa.