Scielo RSS <![CDATA[Atmósfera]]> http://www.scielo.org.mx/rss.php?pid=0187-623620170001&lang=es vol. 30 num. 1 lang. es <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.org.mx/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.org.mx <![CDATA[Efficient prediction of total column ozone based on support vector regression algorithms, numerical models and Suomi-satellite data]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000100001&lng=es&nrm=iso&tlng=es Abstract This paper proposes a novel prediction method for Total Column Ozone (TCO), based on the combination of Support Vector Regression (SVR) algorithms and different predictive variables coming from satellite data (Suomi National Polar-orbiting Partnership satellite), numerical models (Global Forecasting System model, GFS) and direct measurements. Data from satellite consists of temperature and humidity profiles at different heights, and TCO measurements the days before the prediction. GFS model provides predictions of temperature and humidity for the day of prediction. Alternative data measured in situ, such as aerosol optical depth at different wavelengths, are also considered in the system. The SVR methodology is able to obtain an accurate TCO prediction from these predictive variables, outperforming other regression methodologies such as neural networks. Analysis on the best subset of features in TCO prediction is also carried out in this paper. The experimental part of the paper consists in the application of the SVR to real data collected at the radiometric observatory of Madrid, Spain, where ozone measurements obtained with a Brewer spectrophotometer are available, and allow the system’s training and the evaluation of its performance.<hr/>Resumen Se propone un nuevo método de pronóstico para la columna total de ozono (CTO) basado en la combinación de algoritmos de vectores de soporte para regresión (VSR) y variables de predicción provenientes del satélite de colaboración nacional en órbita polar Suomi, así como de modelos numéricos del Sistema Global de Predicción (SGP) y mediciones directas. Los datos de satélite incluyen perfiles de temperatura y humedad a diferentes alturas, y mediciones de CTO realizadas en los días anteriores al pronóstico. El modelo SGP proporciona datos de temperatura y humedad para el día del pronóstico. El sistema también considera los datos alternos de mediciones in situ, p. ej. de la profundidad óptica de aerosoles a diferentes longitudes de onda. Mediante la metodología VSR se puede obtener un pronóstico exacto de la CTO a partir de estas variables de predicción, con mejores resultados que los obtenidos con otros métodos de regresión, p. ej. redes neuronales. También se efectúa un análisis del mejor subconjunto de características del pronóstico de CTO. La parte experimental de la investigación consiste en la aplicación de VSR a datos de observación directa obtenidos en el laboratorio radiométrico de Madrid, España, donde están disponibles mediciones de ozono adquiridas por medio de un espectrofotómetro Brewer, lo que posibilita el entrenamiento del sistema y la evaluación de sus resultados. <![CDATA[High resolution satellite derived erodibility factors for WRF/Chem windblown dust simulations in Argentina]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000100011&lng=es&nrm=iso&tlng=es ABSTRACT A proper representation of dust sources is critical to accurately predict atmospheric particle concentration in regional windblown dust simulations. The Weather Research and Forecasting model with Chemistry (WRF/Chem) includes a topographic-based erodibility map originally conceived for global scale modeling, which fails to identify the geographical location of dust sources in many regions of Argentina. Therefore, this study aims at developing a method to obtain a high-resolution erodibility map suitable for regional or local scale modeling using WRF/Chem. We present two independent approaches based on global methods to estimate soil erodibility using satellite retrievals, i.e. topography from the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) and surface reflectance from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Simulation results of a severe Zonda wind episode in the arid central-west Argentina serve as bases for the analysis of these methods. Simulated dust concentration at surface level is compared with particulate matter measurements at one site in Mendoza city. In addition, we use satellite aerosol optical depth (AOD) retrievals to investigate model performance in reproducing spatial distribution of dust emissions. The erodibility map based on surface reflectance from MODIS improves the representation of small scale features, and increases the overall dust aerosol loading with respect to the standard map included by default. Simulated concentrations are in good agreement with measurements as well as satellite derived dust spatial distribution.<hr/>RESUMEN Una representación apropiada de las fuentes de polvo es necesaria para predecir adecuadamente la concentración de partículas en simulaciones de resuspención de polvo. El modelo Weather Research and Forecasting with Chemistry (WRF/Chem) incluye un mapa de erosionabilidad basado en la topografía del terreno, originalmente desarrollado para simulaciones de escala global, y que en consecuencia no representa apropiadamente la distribución geográfica de fuentes de polvo en Argentina. Por lo tanto, en este trabajo se desarrolla un método para obtener un mapa de erosionabilidad de alta resolución apropiado para simulaciones de escala regional o local con el modelo WRF/Chem. Presentamos dos aproximaciones independientes basadas en métodos globales para estimar la erosionabilidad del suelo a partir de información satelital; una basada en un modelo topográfico de la Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) y la otra basada en reflectancia del suelo del instrumento Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Se utilizó la simulación de un evento severo de viento Zonda en la zona árida del centro-oeste de Argentina para analizar estos métodos. La concentración de material particulado simulada se comparó con mediciones realizadas en la ciudad de Mendoza. Además, se utilizó información de espesor óptico de aerosoles (AOD, por sus siglas en inglés) para estudiar el desempeño del modelo para reproducir la distribución espacial de las emisiones de polvo. El mapa basado en reflectancia de MODIS mejora la representación de las características en pequeña escala y mejora las predicciones de inyección de aerosoles con relación al mapa original. La simulación realizada con dicho mapa arrojó valores de concentración que coinciden con las mediciones puntuales y la distribución espacial de AOD. <![CDATA[Wind tunnel simulations to detect and quantify the turbulent effects of a propagating He-Ne laser beam in air]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000100027&lng=es&nrm=iso&tlng=es Abstract In this paper, we ascertain the effectiveness of our experimental setup in detecting and quantifying the turbulent effects experienced by a He-Ne laser beam as it passes through a wind tunnel. The beam propagated through a series of optical components as well as the in-house designed and manufactured wind tunnel under controlled laboratory conditions. The wind tunnel was built to fit within an existing setup, which has previously proven to be successful in detecting the turbulent effects from other turbulence models. For various wind speeds and temperature settings, the setup has been successful as it was able to detect and measure the atmospheric conditions within the turbulent environment and fully quantify the characteristics of the laser beam. With the use of highly accurate measuring devices, we were able to successfully measure the refractive index structure function (Cn 2) and the coherence diameter (Fried’s parameter). Values for Cn 2 ranged between 1.61 × 10-16 m-2/3 and 6.77 × 10-15 m-2/3, which can be classified under the moderate to strong turbulence regime. These results tie in well with various published works for similar atmospheric scenarios hence this setup was successfully able to fully detect and quantify the thermal turbulence and wind velocity effects on the laser beam using a point diffraction interferometer.<hr/>Resumen Se verifica la efectividad de un diseño experimental para detectar y cuantificar los efectos turbulentos experimentados por un haz de láser de He-Ne al pasar por un túnel de viento. El haz se difundió a través de una serie de componentes ópticos además del túnel de viento diseñado y fabricado en el laboratorio en condiciones controladas. La construcción del túnel obedeció a una configuración preexistente, cuya aptitud para detectar los efectos turbulentos de otros modelos se había comprobado previamente. El diseño experimental fue exitoso, ya que pudo detectar y medir las condiciones atmosféricas al interior del entorno turbulento y cuantificar con precisión las características del haz de láser. Mediante el uso de instrumentos de medición de alta precisión, se pudo medir de forma exitosa la función de la estructura del índice de refracción (Cn 2) y el diámetro de coherencia (parámetro de Fried). Los valores de Cn 2variaron de 1.61 × 10-16 m1-2/3 a 6.77 × 10-15 m-2/3, lo cual puede catalogarse como un régimen de turbulencia moderado a intenso. Estos resultados muestran una buena correspondencia con los de varios trabajos que investigaron entornos atmosféricos similares, de modo que nuestro diseño fue capaz de detectar y medir con precisión las turbulencias térmicas y los efectos de la velocidad del viento en el haz de láser, utilizando para ello un interferómetro de punto de difracción. <![CDATA[Effects of soil heat storage and phase shift correction on energy balance closure of paddy fields]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000100039&lng=es&nrm=iso&tlng=es ABSTRACT The eddy covariance technique was used to measure the energy fluxes of a paddy field under water-saving irrigation in the South China Plain for the stage of rice growth in 2013. This study analyzed the energy balance components and evaluated the energy balance closure. The study also discussed the response of surface energy balance to the change in soil heat storage between the heat flux plates buried at a specific depth and the surface, and the phase shift correction of energy balance components, by using three different statistical methods, namely ordinary least squares (OLS), energy balance ratio (EBR), and energy balance residual (D). The results showed that the OLS slope increased by an average of 8.8%, and the mean daily EBR increased by 5.0% after considering the change in soil heat storage. The range of half-hourly D over a four-month period decreased from -129 - 260 W m−2 to -102 - 194 W m−2, and the absolute value of D decreased by 9.9% on the average. Considering the phase correction, the increase in OLS regression coefficients with an average of 11.3% and the decrease in half-hourly D, ranging from -61 to 176 W m−2, both indicated that phase shift correction improved the surface energy balance closure at the half-hourly scale, specifically in the period from sunrise to noon, but had no use in the daily scale. Thus, the two correction methods are useful in improving the degree of energy balance closure shown in different temporal scales with proper evaluation index. Moreover, further research should be given with more attention for other correction aspects.<hr/>RESUMEN Se utilizó el método de covarianza eddy para medir los flujos de energía en un arrozal con ahorro de agua de riego en la Llanura del Sur de China, durante la etapa de crecimiento del arroz en 2013. También se analiza la respuesta del balance de energía superficial al cambio de almacenamiento térmico en el suelo entre las placas de flujo térmico enterradas a una profundidad específica y la superficie, y la corrección del desfase de los componentes del balance de energía, por medio de tres métodos estadísticos: mínimos cuadrados ordinarios (MCO), proporción del balance de energía (PBE) y remanente del balance de energía (D). Los resultados muestran que la curva de los MCO se incrementó 8.8% en promedio y el PBE medio diario aumentó 0.5% después de considerar el cambio en el almacenamiento térmico del suelo. El rango de las magnitudes de D registradas cada media hora varía de -129-260 W m−2 a -102-194 W m−2, y los valores absolutos de D decrecieron 9.9% en promedio. Tomando en cuenta la fase de corrección, el incremento en los coeficientes de regresión de los MCO (con un promedio de 11.3%) y el decremento de D en las mediciones realizadas cada media hora (que van de -61 a 176 W m−2), ambos indicaron que la corrección de la fase de desplazamiento mejoró el cierre del balance de energía superficial en escalas de media hora, especialmente entre el amanecer y el mediodía, pero careció de utilidad en la escala diaria. Esto indica que ambos métodos son útiles para mejorar el grado del cierre del balance de energía, representado en diferentes escalas temporales con un índice de evaluación adecuado. Es necesario realizar investigaciones ulteriores que presten mayor atención a otros aspectos de la corrección. <![CDATA[Annual atmospheric corrosion rate and dose-response function for carbon steel in Bogotá]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000100053&lng=es&nrm=iso&tlng=es ABSTRACT This paper presents an assessment on the behavior of plain carbon steel exposure to the atmosphere of Bogotá. The main climate and environmental parameters, including relative humidity (RH), temperature (T), sulphur dioxide deposition (DSO2) and particulate matter deposition (DPM) were measured. Furthermore, mass loss of AISI/SAE 1006 plain carbon steel coupons was measured along one year. In this case, coupons were exposed in eight test sites located across the city of Bogotá. Results show that the corrosion rate of carbon steel is less than 35 μm yr-1 after one year. It was found that the west part of the city has the greatest aggressivity, which has the highest levels of DPMand DSO2, related with the characteristics of the anthropogenic activities distribution across the city. A dose-response function of plain carbon steel exposure to the atmosphere of Bogotá, based on RH, T and DSO2, was obtained.<hr/>RESUMEN Este trabajo presenta una evaluación del comportamiento del acero al carbono expuesto a la atmósfera de Bogotá. Los principales parámetros climáticos y ambientales medidos fueron humedad relativa (HR), temperatura (T), deposición de dióxido de azufre (DSO2) y deposición de material particulado (DPM). En adición, la pérdida de masa de platinas de acero AISI/SAE 1006 se midió en ocho sitios de ensayo de corrosión atmosférica ubicados a través de la ciudad durante un año de exposición. Los resultados del estudio muestran que la velocidad de corrosión del acero al carbono es menor a 35 μm/año luego del primer año de estudio. Además se encontró que el occidente de la ciudad presenta la mayor agresividad, ya que ahí los niveles de material particulado y dióxido de azufre son más altos, relacionados con las características de la distribución de las actividades antrópicas en toda la ciudad. Una función dosis-respuesta de la corrosión del acero al carbono fue obtenida en función de HR, T y SO2. <![CDATA[Analysis of the water balance under regional scenarios of climate change for arid zones of Colombia]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000100063&lng=es&nrm=iso&tlng=es Abstract This work discusses in detail the parameters involved in water balance. The analysis is performed by considering the current conditions and climate change in a climatic zone that represents the arid regions of Colombia: The municipality of Uribia (desert) in the state of La Guajira. For this purpose, some climatological stations, which by their reported values of temperature and precipitation can be considered representative of the arid or desert climatic zones according to the Lang’s index (PCP/Tavg), were selected. Then, with historical temperature and precipitation values registered at the station of the area, the baseline was built and its behavior analyzed. The station data were obtained from the database of the Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (Institute of Hidrology, Meteorology and Environmental Studies) of Colombia. After estimating the baseline scenarios, the current water balance on the site was calculated by taking into account the original variables and including new parameters, if necessary, for the calculation of the simplified continuity equation. The analysis included parameters such as potential and actual evapotranspiration, moisture of soil, storage or recharge and their changes, water deficit and excess, runoff, periods of recharge, and water use. Anomalies in temperatures (ºC) and precipitation were calculated by taking into account the new climate scenarios “representative concentration pathways” for different periods (short- and long-term). With the anomalies identified, the baseline for the above-mentioned variables was adjusted. Again, the associated parameters were analyzed and discussed in the context of water balance. In climate change scenarios, the water balance projects a prospective exacerbation of desert conditions in the Uribia-Guajira region, since a decrease in the Lang’s index from its current value of 18.7 (desert) to 17.0 in 2050 and 14.5 in 2070 is expected, as a consequence of a decrease in precipitation (2.4 and 11.0%) and an increase in annual temperature of about 1.7 ºC with the HadGEM2-ES model for the period 2041-2060 and 3.7 ºC with the GFDL-CM3 model for the period 2061-2080. This can be verified by means of the Thornthwaite climate classification, which categorizes the area of study as an arid zone with limited and no excess of water. This deficit could lead to serious environmental consequences, social problems and a decline in the industrial and agricultural productivity of the zone.<hr/>Resumen En este trabajo se analizan en detalle los parámetros implicados en el balance hídrico. Se consideran las condiciones actuales y el cambio climático en una zona representativa de clima árido en Colombia: la región desértica de Uribia en el departamento de La Guajira. Con este fin se seleccionaron algunas estaciones climatológicas que, de acuerdo con los valores registrados de temperatura y precipitación, pueden considerarse representativas de áreas climáticas áridas o desérticas según el índice de Lang (PCP/Tavg). Se construyó una línea de referencia a partir de los registros históricos de precipitación y temperatura y se analizó su comportamiento. Los datos de las estaciones se obtuvieron de la base de datos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia. Después de calcular los escenarios de referencia, se estimó el balance hídrico actual tomando en cuenta las variables originales e incluyendo, cuando fue necesario, nuevos parámetros para el cálculo de la ecuación simplificada de continuidad. El análisis incluyó parámetros como potencial de evapotranspiración, humedad del suelo, almacenamiento o recarga y sus cambios, déficit y exceso hídrico, escorrentía, periodos de recarga y uso del agua. Las anomalías de temperatura y precipitación se calcularon tomando en cuenta los nuevos escenarios climáticos “trayectorias representativas de concentración” para diferentes periodos (de corto y largo plazo). Con las anomalías encontradas se ajustó la línea de referencia para las variables mencionadas anteriormente, y los parámetros asociados se analizaron en el contexto del balance hídrico. En escenarios de cambio climático, el balance hídrico proyecta una posible intensificación de las condiciones desérticas en la región de Uribia-Guajira, ya que se espera una disminución en el índice de Lang de su valor actual de 18.7 (desértico) a 17 en 2050 y 14.5 en 2070, como resultado de una reducción de las precipitaciones (2.4 y 11%) y un incremento de la temperatura anual promedio de alrededor de 1.7 ºC con el modelo HadGEM2-ES para el periodo 2041-2060 y de 3.7 ºC con el modelo GFDL-CM3 para el periodo 2061-2080. Esto se comprueba mediante la clasificación climática de Thornthwaite, que tipifica el área de estudio como una zona árida con recursos hídricos limitados y sin excedentes. Este déficit podría acarrear graves consecuencias ambientales, problemas sociales y declinación de la productividad agrícola e industrial de la región.