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Introducción
La proximidad de
Andalucía al continente africano hace también que Andalucía
sea una zona de alto impacto de masas de aire de origen norteafricano con importante
carga de aerosoles. Su incidencia más inmediata es sobre la visibilidad
y sobre la salud humana, agravando los casos de insuficiencia respiratoria y
asmática. Entre los años 1996 y 2004, y quizás debido al
nuevo ciclo de sequía persistente que sufre Andalucía y el Sur
de Europa, el número e intensidad de las intrusiones de masas de aire
procedentes del desierto del Sahara-Sahel ha incrementado en gran medida, conllevando
un empeoramiento de la calidad del aire. De ahí que es de un gran interés
el seguimiento de estas masas de aire y su impacto en la Península Ibérica.
La caracterización
de estos eventos y el pronóstico de los mismos mediante modelos de transporte
y dispersión serán de gran ayuda con objeto de alertar a la población,
a través de la Administración, sobre estos fenómenos.
Objetivos:
- Desarrollar y
demostrar capacidad operacional para predecir cambios en la calidad del aire
mediante aplicaciones rutinarias y de emergencia utilizando el modelo HYSPLIT
como herramienta fundamental.
- Utilizar mediciones
de aerosoles tomadas en la Red de Calidad del Air de la Consejería
de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía para evaluar las predicciones
del modelo.
Metodología:
El modelo de dispersión
Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT, Draxler y
Hess, 1998) será utilizado como herramienta base para determinar la emisión,
transporte, dispersión y deposición de polvo originado en el norte
de África. El modelo HYSPLIT ha sido desarrollado por el Air Resources
Laboratory de NOAA, Maryland, EEUU, y su eficacia ha sido puesta de manifiesto
en alertas atmosféricas tales como erupciones volcánicas, accidentes
industriales y nucleares, pronostico de dispersión de aerosoles provenientes
de incendios forestales y seguimiento de masas de aire procedentes de tormentas
de polvo. En particular, este modelo ha sido previamente utilizado para determinar
el origen geográfico específico del material particulado en suspensión
proveniente del desierto del Sahara-Sahel en diferentes estaciones de medición
localizadas en la Península Ibérica (Escudero et al, 2006).
Emisiones
Las emisiones de
polvo han sido construidas utilizando el concepto de velocidad límite
de fricción, que depende de las características del suelo (Draxler,
et al, 2001). La emisión de polvo se calcula en cada celda del modelo
cuando la velocidad local del viento excede la velocidad límite dadas
las características del suelo en esa celda. En esta aplicación
se utilizan los usos de suelo del modelo HYSPLIT y se emite solamente desde
celdas caracterizadas como “desierto”. El flujo de material se basa
en la ecuación de Westphal et al (1987) y es proporcional a la velocidad
de fricción elevada a la cuarta potencia.
Transporte y
Dispersión
El modelo HYSPLIT
calcula el transporte de una parcela de aire que contiene PM10 suponiendo que
pasivamente es arrastrada por el viento (basado en un modelo meteorológico)
de tal modo que su trayectoria resulta solamente de la integración del
vector de posición en el tiempo y el espacio. Sin embargo cuando el viento
varía horizontal y verticalmente, una sola trayectoria no puede describir
la evolución de una nube de contaminantes. En estas circunstancias, se
necesita dividir la parcela en múltiples parcelas para describir en forma
adecuada la dispersión. Una descripción exhaustiva del modelo
se puede encontrar en Draxler and Hess (1998).
Datos Meteorológicos
Los datos meteorológicos
necesarios para el cálculo de transporte y dispersión que se utilizaran
para predecir los niveles de aerosoles con el modelo HYSPLIT estarán
basados en un modelo numérico de predicción de variables meteorológicas
a nivel global (Global Forecasting System (GFS)), con una resolución
horizontal de 50x50 km.
Paralelamente, también se pretende ensayar niveles más sofisticados
de implementación de este sistema, por ejemplo incrementando la resolución
horizontal de los datos meteorológicos utilizados en HYSPLIT. Se emplearán
los modelos Mesoscale Model version 5 (MM5) ó Hirlam, 5x5 km. Estos datos
meteorológicos serán facilitados diariamente a través de
ftp por el Servicio de Modelización del Instituto Nacional de Meteorología.
La utilización de un modelo mesoescalar se ve justificada por la necesidad
de incrementar la resolución espacial de tal manera de capturar los fenómenos
meteorológicos que influyen directamente en el transporte local de aerosoles
en la zona del sur de la Península Ibérica.
Deposición
El modelo incluye
tanto deposición seca como húmeda del material particulado. Se
considera que las partículas simuladas por el modelo tienen un diámetro
de 5 ?m (Escudero, et al 2006). Los parámetros de deposición húmeda
dentro de la nube y por debajo de la nube han sido establecidos en 3.2x105 L
L-1 y 3.0x 10-5 s-1 respectivamente. La velocidad de deposición seca
que se utilizara para las simulaciones es de 0.6 cm s-1.
Resultados previstos
El presente proyecto
pretende obtener los siguientes resultados:
- Instalación de los programas necesarios para la ejecución
del modelo de dispersión. En esta etapa se instalara el modelo HYSPLIT
junto con una serie de preprocesadores de datos meteorológicos y programas
de automatización para la adquisición de datos de entrada, ejecución
del modelo y postprocesado de los datos de salida de la simulación.
(1er trimestre)
- Implementación del sistema básico para intrusiones saharianas.
El sistema básico consistirá en ejecuciones diarias de pronósticos
de 72 horas de duración realizadas con el modelo HYSPLIT utilizando
datos meteorológicos con una resolución horizontal de 0.5 x
0.5 grados (aproximadamente 50x50 km.) (2do y 3er trimestres).
o Procedimiento
diario:
• Descarga
de datos del modelo meteorológico global
• Ejecución del modelo HYSPLIT
• Obtención de salidas y post-procesamiento
- Implementación
del sistema de alta resolución espacial. Este sistema utilizara los
datos meteorológicos provenientes de un modelo de mesoescala. e incluirá
tanto las emisiones saharianas como las emisiones de foco puntales e incendios
forestales.
- Almacenamiento de los resultados. Se pretende guardar aproximadamente 6
meses de datos de simulación para su posterior comparación con
mediciones en campo
- Desarrollo y utilización de herramientas estadísticas. Para
efectuar la comparación entre las mediciones de campo y los resultados
del modelo se requerirá de un conjunto de parámetros estadísticos
que permitan establecer la capacidad de esta herramienta de pronóstico.
Referencias
- Draxler, R.R.,
and G.D. Hess, 1998, An overview of the HYSPLIT_4 modelling system for trajectories,
dispersion, and deposition. Australian Meteorological Magazine, 47: 295-308.
- Draxler, R.R.,
Gillette D.A., Kirkpatrick J.S., and Heller J., 2001. Estimating PM10 air
concentrations from dust storms in Iraq, Kuwait, and Saudi Arabia, Atmos.
Environ., 35, 4315-4330.
- Escudero, M.,
A. Stein, R. R. Draxler, X. Querol, A. Alastuey, S. Castillo, and A. Avila,
2006. Determination of the contribution of northern Africa dust source areas
to PM10 concentrations over the central Iberian Peninsula using the Hybrid
Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model (HYSPLIT) model”.
J. Geophys. Res., 111, D06210, doi:10.1029/2005JD006395.
- Westphal, DL,
Toon OB, Carlson TN, 1987. A two dimensional numerical investigation of the
dynamics and microphysics of Saharan dust storms, J.Geophys. Res, 92(D3),
3027-3049.
Miembros
- Ariel F. Stein, ARL-NOAA, Maryland, EEUU.
- Jesús de la Rosa, Ana Sánchez
de la Campa, Yolanda González Castanedo y Manuel J. Millares, Universidad
de Huelva.
- Xavier Querol, Andrés Alastuey
y Miguel Escudero, Instituto Jaume Almera, CSIC, Barcelona.
- Enrique Mantilla, Fundación
CEAM, Paterna, Valencia.
- Dirección General de Prevención
y Calidad Ambiental. Consejería de Medio Ambiente. Junta de Andalucia,
Sevilla.
- Centro Internacional de Estudios y Convenciones Ecológicas y Medio ambientales (CIECEMA). Universidad de Huelva.
Pronósticos
Aquí prodrá encontrar el archivo de pronósticos
Enlaces de interes
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