Scielo RSS <![CDATA[Atmósfera]]> http://www.scielo.org.mx/rss.php?pid=0187-623620140004&lang=es vol. 27 num. 4 lang. es <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.org.mx/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.org.mx <![CDATA[<b>Limitations and improvements of the energy balance closure with reference to experimental data measured over a maize field</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362014000400001&lng=es&nrm=iso&tlng=es El uso de datos del flujo de energía para validar modelos de superficie requiere que se satisfaga el cierre del balance de energía; sin embargo, esta condición no suele verificarse cuando la energía disponible es mayor que la suma de los flujos turbulentos verticales. Este trabajo presenta una evaluación de los problemas relacionados con el cierre del balance de energía. Los datos evaluados corresponden a una base de datos de 2012 de Livraga, Italia, obtenidos en una estación micrometeorológica de covarianza eddy localizada en un campo de maíz del valle del Po. El cierre del balance de energía se calcula mediante la regresión estadística de flujos turbulentos de energía y flujos de calor en el suelo. Por lo general, los resultados indican ausencia de cierre con un desequilibrio medio del orden de 20%. Las condiciones del almacenaje son la razón fundamental de la ausencia de cierre del balance, pero las condiciones de mezcla de flujos turbulentos también desempeñan un papel importante en las estimaciones confiables de estos flujos. Recientemente se ha introducido en la literatura el estudio del balance de energía, como un problema de escala. Aquí se ha analizado un área de origen representativa para cada flujo de energía que interviene en el balance, y el cierre se ha realizado en función de las áreas con huellas de flujos turbulentos. También se han estudiado los efectos de la heterogeneidad de la superficie y la estacionalidad para comprender la influencia del crecimiento de la cubierta vegetal en el cierre del balance de energía. Se han utilizado datos de alta frecuencia para calcular funciones coespectrales y de ojiva, los cuales sugieren que un periodo medio de 30 min puede perder las escalas temporales que contribuyen a la existencia de flujos turbulentos. Por último, se calculan las estimaciones de errores aleatorios de calor sensible para proporcionar información sobre deficiencias en el sistema de medición y el transporte turbulento.<hr/>The use of energy fluxes data to validate land surface models requires that energy balance closure conservation is satisfied, but usually this condition is not verified when the available energy is bigger than the sum of turbulent vertical fluxes. In this work, a comprehensive evaluation of energy balance closure problems is performed on a 2012 data set from Livraga obtained by a micrometeorological eddy covariance station located in a maize field in the Po Valley. Energy balance closure is calculated by statistical regression of turbulent energy fluxes and soil heat flux against available energy. Generally, the results indicate a lack of closure with a mean imbalance in the order of 20%. Storage terms are the main reason for the unclosed energy balance but also the turbulent mixing conditions play a fundamental role in reliable turbulent flux estimations. Recently introduced in literature, the energy balance problem has been studied as a scale problem. A representative source area for each flux of the energy balance has been analyzed and the closure has been performed in function of turbulent flux footprint areas. Surface heterogeneity and seasonality effects have been studied to understand the influence of canopy growth on the energy balance closure. High frequency data have been used to calculate co-spectral and ogive functions, which suggest that an averaging period of 30 min may miss temporal scales that contribute to the turbulent fluxes. Finally, latent and sensible heat random error estimations are computed to give information about the measurement system and turbulence transport deficiencies. <![CDATA[<b>The influence of large-scale circulations on the extremely inactive tropical cyclone activity in 2010 over the western North Pacific</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362014000400002&lng=es&nrm=iso&tlng=es Este estudio presenta un análisis de factores de gran escala para entender por qué la frecuencia de formación de ciclones tropicales (CT) en la cuenca del Pacífico noroccidental fue extremadamente baja durante la temporada 2010. Se calculó el índice de génesis potencial (GPI, por sus siglas en inglés) que, en cierto sentido, puede representar la distribución espacial de formación en 2010. Sin embargo, el GPI no puede explicar la frecuencia extremadamente baja observada en dicho año. No se encontró una relación robusta entre el número de CT y el fenómeno El Niño/Oscilación del Sur (ENOS). Se llevó a cabo una comparación entre el año más inactivo (2010) y el año más activo (1994) en dicha cuenca, basada en un índice de diferencia de caja, el cual permite medir cuantitativamente la diferencia entre factores ambientales de gran escala. Se encontró que los factores dinámicos son importantes para diferenciar la formación de CT en la cuenca del Pacífico noroccidental entre 2010 y 1994. La notable diferencia de la circulación monzónica en dicha cuenca entre esos dos años puede ser la causa de la diferencia en ciclogénesis. Las condiciones desfavorables para la ciclogénesis en 2010 pudieron deberse a la influencia de otros factores de gran escala, tales como: 1) la débil actividad asociada a la Oscilación de Madden-Julian durante el pico de la temporada ciclónica; 2) el aumento de la temperatura superficial del mar observado en el Océano Índico, lo cual originó el desarrollo de un anticiclón sobre la cuenca ciclogenética del Pacífico noroccidental y el movimiento hacia el oeste de la vaguada monzónica, y 3) el cambio de fase de la Oscilación Decadal del Pacífico (más negativa) y los dos episodios fuertes de La Niña que se han desarrollado desde 2006.<hr/>This study attempts to understand why the frequency of tropical cyclones (TC) over the western North Pacific (WNP) was a record low during the 2010 season, by analyzing the effect of several large-scale factors. The genesis potential index (GPI) can represent, to some extent, the spatial distribution of formation in 2010. However, the GPI does not explain the extremely low TC frequency. No robust relationship between the TC number and El Niño Southern Oscillation CENSO) was found. A comparison of the extreme inactive TC year 2010 and extreme active year 1994 was performed, based on the box difference index that can measure the quantitative difference of large-scale environmental factors. Dynamic factors were found to be important in differentiating TC formation over the WNP basin between 2010 and 1994. The remarkable difference of monsoon flows in the WNP basin between these two years may be the cause of the difference in TC formation. The unfavorable conditions for TC genesis in 2010 may have also been due to other large scale factors such as: (1) weak activity of the Madden-Julian Oscillation during the peak season; (2) warming of the sea surface temperature in the tropical Indian Ocean during the peak season, causing the development of an anticyclone over the WNP basin and associated with the westward motion of the monsoon trough, and (3) the phase change of the Pacific Decadal Oscillation (more negative) and the two strong La Niña events that have evolved since 2006. <![CDATA[<b>Some variations of the rainfall in Mexico City from 1954 to 1988 and their</b> <b>statistical significance</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362014000400003&lng=es&nrm=iso&tlng=es Se estudian algunas características de la precipitación, tales como el principio y final de la estación lluviosa, así como la distribución espacial y temporal de la lluvia, usando datos de precipitación de 23 estaciones localizadas en el Distrito Federal para el periodo 1954-1988. Se definen cuatro variables relacionadas con su comportamiento: el día del primer y último evento de 10 mm de precipitación acumulados y el porcentaje de precipitación acumulada hasta los días julianos 150 y 275. Con estas variables se hace un análisis de varianza y de componentes principales, el cual permite establecer que la precipitación en el Distrito Federal (que incluye parte de la Ciudad de México y áreas circundantes) responde uniformemente en el tiempo a la presencia de fenómenos meteorológicos de mesoescala. Los resultados indican que al principio y final del periodo de estudio la precipitación fue menor que en los años intermedios; adicionalmente, la temporada de lluvias se establece de oeste a este y se retira de este a oeste, causando una temporada más larga en el suroeste que en el noreste. La distribución espacial muestra la mayor precipitación en la parte suroeste debido al efecto de montaña, y la menor en la parte noreste.<hr/>Some characteristics of the precipitation such as the beginning and end of the rainy season, as well as their spatial and temporal distributions are studied. The study included data from 23 climatological stations located in the Federal District for the period 1954-1988. Four variables related to the beginning and end of the rainy season were defined, namely the day of the first and last event with 10 mm of accumulated precipitation and the percentage of accumulated precipitation until Julian days 150 and 275. An analysis of variance and principal components was made with these variables, establishing that rainfall in the Federal District (which includes part of Mexico City and its surrounding areas) responds homogeneously through time to the presence of me-soscale meteorological phenomena. The results indicate that precipitation was lower at the beginning and end of the study period, and higher in the middle; additionally, the rainy season starts from west to east and ends from east to west, causing a longer season in the southwest than in the northeast. The spatial distribution shows the greatest rainfall in the southwest due to the effect of the nearby mountains, and the lowest in the northeast. <![CDATA[<b>Observed surface ozone trend in the year 2012 over Nairobi, Kenya</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362014000400004&lng=es&nrm=iso&tlng=es El aire limpio es un requerimiento básico para la salud y el bienestar humanos. El Servicio Meteorológico de Kenia ha iniciado acciones de medición de contaminación del aire en varios sitios de Nairobi, en el Centro Meteorológico de Dagoretti Corner y en el monte Kenia. Se miden diversos contaminantes, incluyendo el ozono. La concentración ascendente de gases de efecto invernadero en la atmósfera ha influido en el clima y el tiempo atmosférico. En el presente estudio se analizaron las variaciones de ozono superficial en Dagoretti Corner, Nairobi, durante un periodo de 12 meses que finalizó en julio de 2013, exactamente un año después del inicio de la obtención de datos. Para estudiar la tendencia se analizaron series de tiempo horarias y mensuales de la concentración de ozono. Los datos de ozono se correlacionaron con datos meteorológicos y de temperatura. En términos generales, se encontró que la calidad del aire en Nairobi (representada por la estación meteorológica de Dagoretti Corner) es buena de acuerdo con los estándares de la Organización Meteorológica Mundial. La mayor concentración de ozono se observó durante la tarde y la mínima al amanecer. En una escala estacional, los niveles más altos se observaron en los meses fríos. Esta información ayuda a reducir la exposición al gas y por lo tanto a disminuir sus efectos sobre los seres vivos. Se recomienda la reducción de la exposición al ozono en los tiempos en que se han observado mayores concentraciones para minimizar su impacto.<hr/>Clean air is a basic requirement for human health and wellbeing. The Kenya Meteorological Department has established air pollution monitoring activities in various sites in Nairobi, at Dagoretti Corner meteorological station and at Mount Kenya. Different pollutants are measured including ozone. The increased concentration of greenhouse gases in the atmosphere has influenced the weather and climate. This study examined the variations of surface ozone over Dagoretti Corner, Nairobi for a 12-month period ending July 2013, exactly one year after the start of data acquisition. The trend was studied using time series analysis of ozone concentration on both an hourly and monthly basis. The ozone data was then combined with meteorological data and temperature to find correlations between the two. Overall, the air quality of Nairobi, represented by Dagoretti Corner meteorological station is good as compared to the World Meteorological Organization ozone standards. The highest concentration of ozone is observed in the afternoon and the minimum at dawn on a daily basis. On seasonal scale, the highest levels are recorded in the cold months. This information helps to reduce exposure to the gas and thus to reduce its impacts on living things. The study recommends the reduction of exposure to the gas during the times when it has been observed to be highest in order to minimize its impacts. <![CDATA[<b>Experimental verification of the turbulent effects on laser beam</b> <b>propagation in space</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362014000400005&lng=es&nrm=iso&tlng=es En este trabajo se modificó un diseño experimental preexistente para clasificar íntegramente los efectos térmicos de un rayo láser que se propaga en el aire. Las mejoras incorporadas al diseño previo incluyeron un láser más potente, un sistema de formación de turbulencias de alta precisión, un sensor de presión integrado, y una plataforma para ajustar la altura entre el rayo láser y el modelo de turbulencia. Este diseño no sólo puede reproducir resultados previos con exactitud, sino que además permitió la medición exitosa de nuevos datos sobre la intensidad de la turbulencia C²n, la varianza de Rytov (cintilación) y el diámetro de coherencia (parámetro de Fried). Los interferogramas resultantes se analizaron utilizando transformadas rápidas de Fourier. Los resultados confirman, dentro del régimen de Kolmogorov, que las fluctuaciones en fase e intensidad se incrementan en relación con la temperatura. La región turbulenta mostró perturbaciones muy intensas, en el rango de 1.1 x 10-12 m-2/3 a 2.7 x 10-12 m-2/3. A pesar de la intensidad de la turbulencia, con relación a la cintilación se demostró algo diferente, ya que la condición para un entorno de turbulencia débil se determinó en el laboratorio y se esperaba un bajo índice de cintilación. Esto es resultado de las distancias de propagación relativamente cortas obtenidas en el laboratorio. En la atmósfera abierta las trayectorias cubren grandes distancias y, para determinar los efectos de la turbulencia, el modelo debe generar turbulencias de mayor intensidad. De esta manera, el modelo demostró su capacidad para cuantificar y determinar plenamente los efectos térmicos de la turbulencia en un rayo láser en propagación.<hr/>In this work, we have modified an existing experimental setup to fully classify the thermal effects on a laser beam propagating in air. Improvements made to the setup include a new, more powerful laser, a precision designed turbulence delivery system, an imbedded pressure sensor, and a platform for height adjustability between the laser beam and the turbulence model. The setup was not only able to reproduce previous results exactly but also allowed new data for the turbulence strength C²n, the Rytov variance (scintillation) and the coherence diameter (Fried's parameter) to be successfully measured. Analysis of the produced interferograms has been discussed using fast Fourier transforms. The results confirm, within the Kolmogorov regime, that phase and intensity fluctuations increase relative to temperature. The turbulent region exhibited very strong disturbances, in the range of 1.1 x 10-12 m-2/3 to 2.7 x 10-12 m-2/3. In spite of the strong turbulence strength, scintillation proved otherwise, since the condition for a weak turbulence environment was determined in the laboratory and a low scintillation index was to be expected. This is as a result of the relatively short propagation distances achieved in the laboratory. In the open atmosphere, path lengths extend over vast distances and in order for turbulent effects to be realized, the turbulence model must generate stronger turbulence. The model was, therefore, able to demonstrate its ability to fully quantify and determine the thermal turbulence effects on a propagating laser beam. <![CDATA[<b>The impact of model resolution on simulated ambient air quality and</b> <b>associated human exposure</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362014000400006&lng=es&nrm=iso&tlng=es Se presenta un experimento numérico sencillo cuyo objetivo es evaluar la influencia de la resolución de los modelos en estimaciones de la calidad del aire ambiente y la exposición humana asociada. Para ello se tomaron como base los promedios anuales de concentración de NO2 para la aglomeración urbana de Bruselas y sus alrededores, usando campos simulados mediante el modelo determinístico de escala urbana/regional AURORA con resolución de 1 km. Estas concentraciones de NO2 se utilizaron para calcular la exposición humana, que se define aquí como la concentración ponderada por la densidad de población. Se encontró que la exposición disminuyó en 38% cuando la resolución del modelo se redujo de 1 a 64 km. Un análisis sencillo reveló que esta reducción de la exposición puede explicarse por la covarianza entre la concentración y los patrones de densidad de población.<hr/>A simple numerical experiment to evaluate the influence of model resolution on estimates of ambient air quality and associated human exposure is presented. This is done based on annual mean NO2 concentration fields for the agglomeration of Brussels and surroundings, simulated by the deterministic urban/regional-scale AURORA model at a resolution of 1 km. These NO2 concentration fields were used to calculate domain-wide exposure, which is defined here as the population density-weighted concentration. It was found that exposure decreased by 38% when degrading the resolution of the model from 1 to 64 km. A straightforward analysis revealed that this exposure reduction could be explained by the covariance between the concentration and population density patterns. <![CDATA[<b>Regional frequency analysis of daily rainfall extremes using L-moments</b> <b>approach</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362014000400007&lng=es&nrm=iso&tlng=es Los valores extremos de precipitación diaria se encuentran entre los sucesos ambientales con consecuencias más desastrosas para la sociedad. La información sobre las magnitudes y frecuencias de las precipitaciones extremas es vital para el manejo sostenible de los recursos hídricos, la planeación de emergencias vinculadas con el clima y el diseño de estructuras hidráulicas. En este trabajo se analiza la frecuencia de precipitaciones diarias máximas en la provincia de Golestán, localizada en el noreste de Irán. Se trataron de encontrar distribuciones de frecuencias regionales adecuadas para precipitaciones máximas diarias y de predecir los valores de retorno de episodios extremos de precipitación (diseño de la profundidad de la precipitación). Se aplicó la regionalización de procedimientos de momentos-L, en conjunto con un método de indización de las precipitaciones, a los registros máximos de precipitación de 47 estaciones en el área de estudio. Debido a las complejas características geográficas e hidroclimatológicas de la región, un aspecto importante de la investigación fue la desagregación del área en subregiones coherentes y homogéneas. Así, se dividió el área de estudio en cinco regiones homogéneas con base en análisis de conglomerados de las características locales y en pruebas de homogeneidad regional. Los resultados de la precisión del ajuste indicaron que la mejor distribución es diferente para cada región homogénea. La diferencia puede deberse a las condiciones climáticas y geográficas distintivas de cada región. Los cuantiles regionales estimados y sus medidas de precisión, obtenidas mediante simulaciones de Monte Carlo, demuestran que la estimación de incertidumbre mediante valores de la raíz cuadrada del error cuadrático medio (RMSE, por sus siglas en inglés) y límites del error estadístico de 90%, es relativamente baja cuando los periodos de retorno son menores de 100 años. Sin embargo, para periodos más largos, las estimaciones de precipitación deben tomarse con cautela. Más años por estación, ya sea por registros más largos o por más estaciones en las regiones, se requerirían para estimaciones de precipitación mayores a T = 100 años. El análisis encontró que el índice de precipitación (promedio in situ de la máxima precipitación) puede estimarse razonablemente bien como una función de la precipitación media anual en la provincia de Golestán. Pueden utilizarse índices de precipitación combinados con curvas de crecimiento regional para calcular precipitaciones de diseños en sitios carentes de sistemas de medición. En general se encontró que el análisis de conglomerados, en conjunto con la técnica de análisis regional de frecuencias basada en momentos-L, puede aplicarse de manera exitosa para obtener estimados de precipitaciones de diseño en el noreste de Irán. El enfoque de este trabajo y sus resultados tienen gran importancia científica y mérito práctico, en particular para la planeación de emergencias relacionadas con el clima y el diseño de estructuras hidráulicas.<hr/>Daily extreme precipitation values are among environmental events with the most disastrous consequences for human society. Information on the magnitudes and frequencies of extreme precipitations is essential for sustainable water resources management, planning for weather-related emergencies, and design of hydraulic structures. In the present study, regional frequency analysis of maximum daily rainfalls was investigated for Golestan province located in the northeastern Iran. This study aimed to find appropriate regional frequency distributions for maximum daily rainfalls and predict the return values of extreme rainfall events (design rainfall depths) for the future. L-moment regionalization procedures coupled with an index rainfall method were applied to maximum rainfall records of 47 stations across the study area. Due to complex geographic and hydro-climatological characteristics of the region, an important research issue focused on breaking down the large area into homogeneous and coherent sub-regions. The study area was divided into five homogeneous regions, based on the cluster analysis of site characteristics and tests for the regional homogeneity. The goodness-of-fit results indicated that the best fitting distribution is different for individual homogeneous regions. The difference may be a result of the distinctive climatic and geographic conditions. The estimated regional quantiles and their accuracy measures produced by Monte Carlo simulations demonstrate that the estimation uncertainty as measured by the RMSE values and 90% error bounds is relatively low when return periods are less than 100 years. But, for higher return periods, rainfall estimates should be treated with caution. More station years, either from longer records or more stations in the regions, would be required for rainfall estimates above T=100 years. It was found from the analyses that, the index rainfall (at-site average maximum rainfall) can be estimated reasonably well as a function of mean annual precipitation in Golestan province. Index rainfalls combined with the regional growth curves, can be used to estimate design rainfalls at ungauged sites. Overall, it was found that cluster analysis together with the L-moments based regional frequency analysis technique could be applied successfully in deriving design rainfall estimates for northeastern Iran. The approach utilized in this study and the findings are of great scientific and practical merit, particularly for the purpose of planning for weather-related emergencies and design of hydraulic engineering structures. <![CDATA[<b>A new methodology for building local climate change scenarios</b>: <b>A case study of monthly temperature projections for Mexico City</b>]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362014000400008&lng=es&nrm=iso&tlng=es Este trabajo propone una metodología para elaborar escenarios de cambio climático a escala local. Se usan modelos multivariados de series de tiempo para obtener pronósticos restringidos y se avanza en la literatura sobre métodos estadísticos de reducción de escala en varios aspectos. Así se logra: i) una mejor representación del clima a escala local; ii) evitar la posible ocurrencia de relaciones espurias entre variables de gran y pequeña escalas; iii) una representación apropiada de la variabilidad de las series en los escenarios de cambio climático, y iv) evaluar la compatibilidad y combinar la información de variables climáticas con las derivadas de los modelos de clima. La metodología propuesta es útil para integrar escenarios sobre la evolución de los factores de pequeña escala que influyen en el clima local. De esta forma, al escoger distintas evoluciones que representen, por ejemplo, distintas políticas públicas sobre uso del suelo o control de contaminantes, la metodología ofrece una manera de evaluar la conveniencia de dichas políticas en términos de sus efectos para amplificar o atenuar los impactos del cambio climático.<hr/>This paper proposes a new methodology for generating climate change scenarios at the local scale based on multivariate time series models and restricted forecasting techniques. This methodology offers considerable advantages over the current statistical downscaling techniques such as: (i) it provides a better representation of climate at the local scale; (ii) it avoids the occurrence of spurious relationships between the large and local scale variables; (iii) it offers a more appropriate representation ofvariability in the downscaled scenarios; and (iv) it allows for compatibility assessment and combination of the information contained in both observed and simulated climate variables. Furthermore, this methodology is useful for integrating scenarios of local scale factors that affect local climate. As such, the convenience of different public policies regarding, for example, land use change or atmospheric pollution control can be evaluated in terms of their effects for amplifying or reducing climate change impacts.