Algunos aspectos de las aplicaciones de la meteorología

(1)

ALGUNOS ASPECTOS DE LAS APLICACIONES DE LA METEOROL,

Por: Jaime Miró-Granado. y Feo. Javier Mantero Los servicios meteorológicos tienen como base de sus actividades la obtención de los datos que caracterizan, en cada momento, el estado de la atmósfera. Las sucesivas elaboraciones y tratamientos que

con estos datos se realizan conducen a la obtención de unos productos de información que,servidos tanto en tiempo real como diferido,son de aplicación a diversidad de objetivos ·por multitud de usuarios. Tanto la variedad de aplicaciones, como la forma y abundancia con que los usuarios desean esa información meteoro-lógica, pone en grandes dificultades a los servicios meteorológicos,incluso a los mejor dotados y organizados del mundo que padecen, o han padecido, verdaderas crisis de crecimiento.

La Organización Meteorológica Mundial (O.M.M.) no ha completado hasta ahora la labor de dic-tar unas normas de aplicación general que permitan adecuar los métodos de observación y tratamiento de Jos datos con las necesidades de su aplicación sistemática por los usuarios.

Nuestro interés, en estas breves Notas, es el exponer cómo el Instituto l acional de Meteorología, por medio de los Centros Meteorológicos Zonales y de los organismos centrales, hace frente a la creciente

demanda de información específica.

Dejando aparte las aplicaciones meteorológicas a las marinas, mercante, de guerra, pesquera y deportiva, y a la aeronáutica, nos limitamos a exponer unos breves ejemplos de aplicación meteorológica.

l. Aplicaciones meteorológicas a las investigaciones sobre el aprovechamiento energético.

En este campo, es de día en día creciente la necesidad de elaborar parámetros climáticos sobre

bases físicas comprobadas al objeto de, entre otras cosas, poder calcular los factores condicionantes que influyen sobre edificios de viviendas e industriales, tales como temperatura, viento, nieve o hielo; determi-nar, desde el punto de vista del calor y la humedad, las características de lo5> edificios y de los sistemas de calefacción y de ventilación que permiten influir en la seguridad y durabilidad de las construcciones y mejorar la calidad de vida en ellas con el máximo ahorro de energía posible.

Aportando su esfuerzo en las investigaciones en la climatología aplicada a la ingeniería y a la

construcción, el Servicio de Aplicaciones de la Meteorología y del Medio Ambiente desarrolla un programa

sobre condiciones de diseño para cálculos de climatización, en colaboración con la Asociación Técnica Española de Climatización y Refrigeración (ATECYR), de cuyo programa presentamos un ejemplo de unos resultados.

Se trata de la determinación del número de "Grados-día" - GD-, mensuales y anual, calculados respecto a varias temperaturas base, partiendo de observaciones trihorarias, con datos originales del archivo del I.N.M.

Se calcula

GD

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Si T > TB

T

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(2)

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ESTACION:LA CORUNA

PERIODO: 1967-1976

Fuente:

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(3)

ESTACION: SANTIAGO

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PERIODO: 1967-1976

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-ESTACION: V 1 G O

PERIODO: 1967-1976

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TEMPERATURA BASE Ta •e

(5)

siendo T; las temperaturas trihorarias del día y T ₈la temperatura base qu_e se considere (se han tomado las

de 0°,6°,12°,15°,18°, 20° y 25°).

En los gráficos adjuntos se presentan los "grados-día versus temperaturas base" de La Coruña,

Santiago y Vigo. A su vez se representan las curvas del número de días N con

T

<

T ₈respecto a la

tempera-tura base (Figs. 1, 2 y 3).

Además de la importancia que para el aprovechamiento energético supone el conocimiento de

es-tos resultados a los efectos que ya hemos mencionado, resultan dichas curvas representativas de interesantes

particularidades climáticas específicas de cada punto de observación y de su entorno.

2. Aplicaciones meteorológicas en el campo de la contaminación atmosférica industrial.

V arias vertientes presenta este problema:

a) El conocimiento de los parámetros meteorológicos que influyen en la dispersión atmosférica de contaminantes en zonas industrializadas o de posible industrialización;

b) El desarrollo de modelos de contaminación atmosférica de origen industrial, y

e) El desarrollo de métodos de predicción de la contaminación potencial.

Exponemos como ejemplo, de forma breve y sintetizada, un caso de estudio meteorológico bás

i-co para estas aplicaciones, realizado en la Sección de Meteorologia Ambiental del l.N.M., el relativo a La

Coruña.

El estudio parte de las series de observaciones de La Coruña, Granja Agrícola, Betanzos y Mo

nte-ventoso, para fijar los valores climatológicos, de medias mensuales y anuales de un buen número de

varia-bles. Con los datos trihorarios de las observaciones de viento obtenemos, como base, un conjunto de rosas

de viento: mensuales, anual, anuales por horas, de velocidades medias, tratadas por procedimientos

homo-geneizantes, de contenido lógico y físico (Fig. 4).

Se construye una matriz tridimensional de estabilidades, utilizando las categorías de Pasquill y asignándolas a cada observación meteorológica según el criterio de Pasquill-Turner, basado en la veloci-dad del viento y en la radiación solar neta. El cuadro adjunto presenta la frecuencia relativa, en tantos por ciento, anual, de simultaneidad de dirección y velocidad de viento y categoría de estabilidad atmosférica

(Cuadro I, Fig. 5).

Para cada dirección y velocidad, esta categoría se presenta dispuesta en la forma:

A B C

D E F

correspondiendo a cada letra, de la A a la F, la frecuencia de ocurrencia de dicha estabilidad (Cuadros li y

III).

Se establecen tablas de persistencia de distintas condiciones meteorológicas que expresan la fre-cuencia o probabilidad ( 0_f

0 ) de que una determinada condición meteorológica se mantenga durante un

pe-ríodo N de horas, una vez que dicha condición meteorológica se haya establecido durante 1 hora. En

espe-cial, persistencia de vientos, de todas las direcciones y ciertas fuerzas y persistencia de estabilidades. una

grá-fica de esas tablas se presenta en la figura 6.

(6)

- 30

-MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES

INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA

SECCION DE METEOROLOGIA AMBIENTAL

AEROPUERTO DE LA CORUÑA

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(7)

MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES

SECCION DE METEORO OGIA AMBIENTAL

JULIO

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OCTUBRE

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(8)

- 32

-MINISTERIO DE TRANSPORTE, TURISMO Y COMUNICACIONES INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA

OBSERVATORIO AEROPUERTO DE LA CORUÑA

ROSA DE VIENTOS ANUAL

PERIODO OH 6-72 a 12-79

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Período: 6-72

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(10)

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SUBDIRECCION GENERAL DE PREDICCION Y CLIMATOLOGIA

SERVICIO DE APLICACIONES DE RECURSOS Y MEDIO AMBIENTE SECCION DE METEOROLOGIA AMBIENTAL

ESTACION 1-- AEROPUERTO DE LA CORUÑA

ROSA DE VIENTO DIRECCJON-VELOCIDAD-ESTABILIDAD ANUA!:_

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(11)

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A+B+C+D

A+B+C+D+E+F

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Fig. 5

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(12)

- 36

-CONDICIONES DE ESTABILIDAD DE PASQUILL

Categorla Estabilidad Altura de la capa de mezcla

A (1) Muy inestable 1.500 m.

s, e

(2,3) 1 nestable o ligeramente estable 1.000 m.

o

(4) Neutral 1.000. (60 %)- 650 m. (4D %)

E, F (5,6) Estable o muy estable 300m.

CUADRO 11

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-2-3 A-B A-B

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3-5 B B-C

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(13)

MINISTERIO DE TRANSPORTE, TURISMO Y COMUNICACIONES INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA

OBSERVATORIO AEROPUERTO DE LA CORUÑA

PERSISTENCIA DEL VIENTO

PERIODO OH 6 -72 a ~ 2 -79

ALTURA SOBRE H SUELO 10m

N

(14)

- 38

-que se han citado. Esta distribución permite determinar tanto la dirección como el módulo de los vientos modales o dominantes. En la figura 7 se presenta la rosa anual.

Se forman también cuadros con los parámetros de la distribución vectorial del viento, para valo-res mensuales y anual (de éste se presenta el gráfico, figura 8) en los que se incluyen: "velocidad media escalar", "velocidad media vectorial" y su "dirección", la "constancia", o relación entre las velocidades me-dias vectorial y escalar, y las "varianzas", sobre los ejes y la "covarianza" de la distribución. ·

Con centro en el extremo del viento vectorial medio, se considera una distribución elíptica

normal basada en la ec'!Jación

v;

v~

con V x y V los componentes del viento sobre los ejes de la elipse, cuyo eje mayor coincide con eÍ eje de

dispersión rr:áximo,

a;

y

a~

las varianzas de la distribución sobre los ejes de la elipse y

f

la función de

den-sidad de probabilidaU:

Se agrega al estudio una "rosa de visibilidad", obtenida en forma de matriz tridimensional, que

presenta la distribución anual de frecuencias de simultaneidad de la dirección, la velocidad del viento

y

6 intervalos de visibilidad.

Por último, se llega a la obtención de cuadros y gráficos correspondientes, con las concentrac

io-nes relativas, calculadas por la fórmula:

x

2,032 f exp(

-~)

Q x.u.a2 2a;

f frecuencia de dirección, velocidad y estabilidad (tantos por uno) de la matriz tridi-mensional.

u

velocidad media del intervalo de velocidad de la matriz.

x distancia a la fuente de emisión del volumen de contaminantes.

a z función de dispersión vertical, y h altura efectiva.

Se ha supuesto el suelo plano, x ~ 10 km, y el cálculo se ha hecho para distintas alturas efectivas

de emisión. Se presentan los gráficos para alturas de emisión de 30 y 100 metros (Figs. 9 y 10).

Estudios, como el presentado, s?n vinculantes para la planificación de industrias contaminantes

de la atmósfera.

3. Aplicaciones meteorológicas en el campo de los recursos hidráulicos y de la energía.

El aprovechamiento óptimo de los re<:ursos hidráulicos depende de una adecuada planificación

hidrológica. Ello implica un conocimiento exhaustivo del correspondiente ciclo hidrológico, algunos de cu-yos elementos pertenecen al área de aplicaciones de la meteorología. Para una cuenca hidrográfica, una

(15)

-MINISTERiO DE TRANSPORTE, TURISMO Y COMUNICACIONES

'INSTITUTO NACIONAL DE METEOROl..OGIA

SECCJON DE METEOROLOGIA AMBIENTAL

OBSERVATORIO AEROPUERTO DE LA COBUÑA

DistribuciÓn de denaldad de frecuencia por unidad de área. Rosa anual.

PERIODO

OH

s-72 a ~2-79

ALTURA SDBRE El SUHO 101

Ar•a unidad

(16)

- 40

-VIENTO VECTORIAL MEDIO MENSUAL Y ANUAL

PERIODO: 6-72 a 12-79 Fig.8

(17)

ALtURA DE EMISION: 30 metros

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EK.llllt IJIITAICIU IW.liU

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• . . Ht . . ,... 21M S5lt , ....

(18)

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N

AEROPUERTO DE LA CORUNA

CONCENTRACIONES RELATIVAS ANUALES

EMISION: 100 metros

w

1

~

11

1

1 A

1 \

1

1 1 11

E

X=

2.~32f e.xp(- h2 )

a~

~

Fig.10

EICAI.I lE tiiTAICI&I rtla.l

(19)

regwn, una comarca, motivo de planificacíóü o gestión de lo recursos hidráulicos, la medición o estima -ción de los elementos del ciclo hidroiógic co .du"~" a la ennsider-ación de un Lalance hídrico.•

Los métodos de evaluación de un balance hídrico pueden tener m1 g-ra .o e comp ejid d que sea

función del interés en que se consid re el c:ido motivo de estu io. Con 'recue cia,un balance hí rico

de tipo operativo que se obtenga en tiempo cas' ach - , aunque aumente la ímprecisió , siempre presente

en est_e tipo de cálculos, y reduzca el detalle en aras de urra ;.isióf! generaL puede su de interés a la vista de

toma de decisiones en materia, por ejemplo, i!e regdaioe, de regulación de c¡qudalcs, de alertas de incendios

forestales, etc.

_En ia Sección de Meteowlog:ía Hidrológica del I.N.M. viene desanc.Uándose, desde hace varios

años, un programa de Balance H ídrico Nacional, basado ún~camente en va.riables meteorológicas incluí das

en los partes sir ópticos de los observatorios españoles, portugueses y del sur de Francia, que son trans

mi-tidos por los sistemas de telecomunicación del I.N .l\ . y t atados en adec ados programas de ordenador.

El Meteorólogo Sr. Sánchez Munjosguren y la AyudaLte de Meteorologia, Sra. Durantez colaboraron

eficazmente en la ejecución del Prog-rama.

Presentamos, gráficamente en forma esquemática, los elementos de ' · la.'"lce, as fórmulas utiliza -das para el cálculo de la evapotranspir ción potencial, diaria y nor al, el balance hídrico "normal", de cada

punto a efectos de composición (en este caso corresponde al de La Coruña), el programa de ordenador, y

los productos resultantes (Cuadros IV y V; Fig. 11).

Algunos de éstos, obter.idos .;n d bahu.ce híd:icv corr~spun.::Lente al día 31 de mayo de 1.982, han sido aplicados al mapa de Galici.;:

·) La "pre ·pil:aeión acLm lad ·• - P'\- -" :"...:;: F de .;e? iembré

U\s

-

U).

b) La diferencia er.:c.e la ''precipi-ac~ón ~cu J:~bda" y la r: n;;ider:l:.lí. "non:J.al ;;cumulada",

P - PN A , h ~ta la feeha. Lo c¡ue uermil UEa e":ch.!lción d-é~ e~u \_, ,-,-= 2L~dii.--:.t;:, o atra:::o

A - •

de las lluvias, de

té:

sequí2, en su casu. ek (r;-:g. :~3).

e) El estado de hun edad del suelo, con ind!caci.ón .1:: l· ~ ·nni.ill e sun-... ' >upuesto saturado y

del voiumen probab.e de escc:-rentfa, o de seq•Jedaci ;;;e~ sudv lFig. 1':.-).

d) La diferencia er tre la '·evapotranspüaciór! pok lClal aet.m· 'ada' clC2d.e P de septiembre

y ,_a con · erada como .. norma evaporra .!3pi:ra-:;iün po_encial acur.~u!arla'' E A _

EN

,_

,

hasta

la fecha (Fig. 15).

En la misma Sección del I.N .l\'1. se trabaja intent.amente para poner a punto unos programas

de predicción de la precipitación cuantitativa, por zor..as o cuenca8 hidrográficas, que pueda esperarse en

próximos episodios lluviosos, deducida en gran parte con les productos recibidos del Centro Europeo

de Predicción a Plazo .Medio, e aplica iones obvias en recursos hidráulico y energéticos. ·

Ot as muchas aplicaciones de la meteoroiog:::a y de l<i ch;natologút son mohvo de tratami~nto

y difusión por parte del I.N .M .. con: o por ejemplo las ag:-arias, agrieoia.s y gan<.:.ueras, y las feno!égicas, las

(20)

- 44

-CUADRO IV

BALANCE HlDRICO DIARIO

l. Elementos del balance

p P-E- Q- Q . -6S-1'1 =O

" V l 'l

Si

Qvi

~ O ; r¡ ~ O (Errores)

IP-E-Q-6S=OI

P: Precipitación (mm).

E: .vapotran piración potencial (mm).

Q: Escorrentía (mm).

6S: Variación de la reserva de "c,Dlla en el suelo (mm).

6S

0 t=: má: ima estimada.

2. Datos ~á~.

Q

>O , Si P > E y 6:

=

6S0

3.

SYNOP-1800 y 1600. rupo: 7 RRTeTe

V .M.M

~{S

.B

.O}

S.B.T.

Estaciones Je España, Portugal y Sur de Francia.

---

+

-

-d -1 di a d

12 ₁₈

_o

6 12

1

Synop: 7RRTm Tm

RR

7 R R T

_m

₎

T _{R R}

m 7RRTmTm

_____

__,)

tM (O.~ J

P(mm)

) tm O

J

______ tM ...___ _ _ O _,j

1 1 1

RR: precipitación;

i

"

~

}

_Tempecat_u_ca {Máxima

mm l'tiinima

Fórmula.

tl2 (mm. día·l) (Thomthwaite).

e d

=

135

30

(

26,5

)

ed : evapotranspiración potencial no corregida.

a

=

12 .

0,92621

I = L:

2.42325 - log I

t,2 = tM (D-1)

+

2tmd + 2tMD 4

_ ( t ) 1 .S 14

! = _ n _

5

E: Evapotranspiración potencial diaria, corregida.

(m m.cll:.¡ l

(21)

CUADRO IV (Continuación)

4. Modelo "Normal" comparativo

a

De:

a) E₀ = l6K ₍lO¡

8\

-} (Thomthwaite and Holzman).

E₀ : evapotranspiración potencial "normal" mensual (Datos de 30 años).

b)

i\:

precipitación "normal" mensual (Datos de 30 años). e) K: coeficiente mensual medio de insolación.

Por medio de: _l ₃₆₅

Ao= 365

f

f (d)

2 365 2 d

A = - - l: f (d) COS n n

n 365 1 ₃₆₅

f(d) = Valor medio mens~al/número días del mes.

Bn = _2_~65 f(d)sen 2n n d

365 1 ₃₆₅

Se adopta como valor diario "normal".

6 2nnt 2nnt

y(t)= A0 +

r

(~cos ~+ Bn sen3()5"")

5. Productos obtenidos cada día.

E: Evapotranspiración potencial diaria.

EN: Evapotranspiración potencial diaria "normal".

P: Precipitación diaria.

PN: Precipitación diaria "normalizada".

P-E: Balance diario.

PN -EN: Balance diario "normalizado".

R: Reserva actual de agua en el suelo.

RN: R-RN: Q:

QN:

Q-QN:

D:

DN:

D-DN:

Reserva "normal" de agua en el suelo. Comparación actual de la reserva.

Escorrentía = P-E, si R ~ lOO mm. y P> E. Escorrentía acumulada "normal".

Indice del efecto de P, en suelos saturados.

"Déficit" de agua en el suelo, siR= O y P>E.

"Déficit" de agua en el suelo "normal'·.

lndice de sequía.

Decenalmente, se obtiene:

PA:

PN A: EA:

EN A:

Precipitación acumulada desde el comienzo del año hidrológico. Precipitación "normal" desde el comienzo del año hidrológico. Evapotranspiración acumulada día a día.

(22)

- 46

-CUADRO V

Instituto Nacional de Meteoro logia Sección de Meteorología Hidrológica

BALANCE HIDRICO DIARIO

-Desarrollo del Pr~rama- Periodi· Horario

cidad aprox.

1 Observación: SYNOP día d- l: 1800-7 RR TM T _M

día d : 0600-7 RR Tm Tm día d :1800-7 RR TM TM

ciones)

2 Tr!ll!!II!il!!ión: Teletipo (Sección Telecomuníca· 3 ~~ón: 3.1 Teletipo (Sección Telecomuníca 3.2 OrdP~ad0r (Secc. Cálculo Autom

ciones) ático)

4 Cálculo: 4.1. l er Control (Secc. Me t. Hidrológica)

4.2. Programa LMPREVI (Sec. C. Automático ) Almacenamiento

4.3. 2° Control (Secc. Me t. Hidrológica) (Corre gir y completar)

l

1

TTY

1

1 1

1

Depuración

Grabación c.m. MHSYNOP

Fecha, hora, indicativo, Grupo 7 , ...

Ficha Control:~

Posicionarla

cm. ANTONIO

i-c.m. auxiliar: DISPONIBLE

Comprobaciones: Fecha, hora, ...

Decodificación Grupo 7.

Ordenación cronológica y por

estaciones

---G-;:-ab~clÓ~~~¡r;lp~sió;;' ____

c.m. ANTONIO Listado ¡¡~a

correcc10n

Hoja Fortrán

Fichlll! perforadlll!

riCh~-W'n!;¿¡---

-para LMEZCL

+

Verificaciones-Ordenaciones

-·---

--Ordenación definitiva

4.4. Programa LMEZCL (Secc. C. Automático ) (Completar la información)

--(i;-;J;~ció~--T:---~-~;~~;ió~----cm. JUAN Listado completo 4.5. 3er Control (Secc. Met. Hidrciógica)

J

4.6. Programa FOURlER (Sec. Cál. Automátic o) 1°

_--

_-

Del

_---

listado Ficha Control

para LM IDRO

Grabación Disco m.:

4.7. Programa LMJORO (Sec. Cálculo Automát

Temp. medias; coef. Fourier

~

B.H. día anterior

). Cálculo del B.H. diario Lectura de datos

Cálculo de valores diari06 y

acumula-dores de todos los elementos del B.H.

Parámetros de Control.

---

-

---1-

·-

---Listado Grabación

con B.H. en Disco m.

4.8. Programa CHlDN A (Sec. Cálculo Automá tico)

,

Representación

l

gráfica decena!

5 fulotación: _5.1._Preparación_(S_ec._Met._Hidrol_ógica₎

1

De

Boletín decena!

Con Balance Hídrico y Maplll! isolíneas

¿ ~ ...

5.2. Impresión (Sec. Publicaciones)

Direc~ión,

q

.C.M '! Gruó.ls, Secc., Centros SMN

Usuanos: i'vhmsteno~: .P., Agric. etc ...

Predicción Hidrológica

6 Difusión: Reparto

Diari• 1

Diaria

1

'

1

cenal

7 Con troJ y archivo :

~

Di aria

Cuaderno de Control

Fichas primer control, etc.

(Sección de Meteorología Hidrológica)

8 Estudios: _(Se_cc_i_ó_n_d_e_M_eteorolog_{ja H}_idrológi_ca₎ Estudio Situaciones especiales

Comparación con situación de embalses, sequías, inundaciones

DI• d

Duración aprox.

A 60'

d +1

-09,00 15m

•

' 09,15

!(.

6m

i 09,30

1,\

gom

'11 11,00

~ , 1,30

1

4m

V 11,35

•

10m

~ 12,00

2m

VJ

4m

y

12,1 o

..

₁₂_,₃₀

sm

'

A 12,45

13,00

·~

: 1 i

(23)

ANEXO 3

mm

300

100

LA CORUNA 08001

(24)

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í

DIFERENCIA

ENTRE LA

PA.

V LA"NORMAL

PNA.

.¡:,

<.0

ACUMULADA

DESDE 01-09-80

HASTA 31-05-81

(mm.)

(26)

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96

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1

RA

.

RESERVA ACTUAL

DE HUMEDAD EN

EL SUELO.

31-05-81 (mm.)

(27)

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ENTRE LA11

EVA-POTRANSPIRACION

POTENCIAL ACU

-MULADA11 Y LA

NORMAL'

CORREs-PONOIENTE DESDE

01-09-80

HASTA

Jt-05-81

(mm-)

Fig-15