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• Angie Nahomi Vega Pizarro

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I.

INTRODUCCIÓN

La contaminación atmosférica se define como la presencia de sustancias en la atmósfera que, al tener una larga presencia en ella, resulta dañino para los seres vivos, tanto animales como plantas, y que interfiere en el sano desarrollo de la actividad humana (Bishop, 2000).

Los contaminantes se dividen en primarios y secundarios, siendo los primeros aquellos que son emitidos a la atmósfera del mismo modo en que se encuentran en ella, y los secundarios, aquellos que resultan de una o varias transformaciones químicas de los que originalmente se emitieron. Así mismo, algunos contaminantes no resultan nocivos en su estado original, pero al transformarse o reaccionar con otros se vuelven tóxicos (Aguado et al. 2001).

Cuando los contaminantes son emitidos a la atmósfera, ya sea desde una fuente móvil, fija o de otra índole, resulta casi imposible predecir su evolución dentro de la misma. Esto es debido a los complejos factores que inciden su ruta entre los cuales destacan los de su fuente de origen, de proceso de emisión y meteorológicos.

Los factores meteorológicos de interés para evaluar la dispersión de los contaminantes son: velocidad y dirección del viento, temperatura, humedad, turbulencia, estabilidad atmosférica y efectos topográficos (Kiely, 1999), estos parámetros varían de ciudad a ciudad e incluso muchas veces en las grandes ciudades llegan a variar de mes con mes.

Por lo que en el presente trabajo se escogió un punto o foco de contaminación en la ciudad de Buena Vista Alta en la provincia de Casma del departamento de Áncash. Además, se estableció de donde vienen y posiblemente hacia donde se dirigen los contaminantes desde la zona de estudio, a través del análisis de datos hecho por medio de la rosa de los vientos realizada mediante el programa WRPLOT View-Freeware

1.1. Objetivo

Analizar la dirección, velocidad y frecuencia del viento presentados en el mes de noviembre del año 2019 de la estación de Buena Vista MET EMA.

II.

REVISIÓN DE LITERATURA

2.1. Antecedentes

Durante 1995 se monitorearon diferentes estaciones en Reino Unido durante los días en los que se presentaban eventos de ozono para crear las rosas de los vientos utilizando los promedios de emisión de estos días, y de esta manera mejorar el modelo ELMO (Edinburgh Lancaster Model for Ozone) el cual se ha empleado para predecir las concentraciones de ozono a nivel tierra (Strong et al., 2005).

El modelo de rosa de los vientos se ha utilizado para plasmar la distribución en horas de los eventos de lluvia helada, llovizna helada y granizo presentados en 207 estaciones ubicadas en diversos puntos de los Estados Unidos de América para explicar los máximos y mínimos en cuanto a heladas presentadas en los sitios CONUS (Continental United States) sondeados (Bernstein, 2005).

En diferentes puntos de Atlanta, Georgia, se analizó el aire buscando contaminantes como SO2, CO, NOx, O3 y PM 2.5, empleando el diagrama de la rosa de los vientos para determinar el comportamiento de los diferentes contaminantes dentro de los puntos medidos y así determinar su probable procedencia y dirección (Wade, 2006).

2.2. Marco Teórico

2.2.1. Meteorología

La meteorología es la encargada de todos los fenómenos que suceden en las capas bajas de la atmósfera en un periodo corto. La meteorología estudia los cambios atmosféricos que se producen en cada instante, utilizando parámetros como la temperatura del aire, su humedad, la presión atmosférica, el viento o las precipitaciones. El objetivo de la meteorología es predecir el tiempo que va a hacer en 24 o 48 horas y, en menor medida, elaborar un pronóstico del tiempo a medio plazo (Urrego, 2006).

Por otra parte, como la atmósfera es el entorno donde se generan y se dispersan todos los contaminantes, dependen en gran cantidad de las condiciones meteorológicas. Por ende, para desarrollar actividades como la planificación de la calidad del aire, es fundamental entender la meteorología con la contaminación del aire y su influencia en la dispersión de los contaminantes. Los planificadores emplean este conocimiento para ubicar las estaciones de monitoreo del sistema de vigilancia de calidad del aire y para desarrollar planes de implementación. (CEPIS, 2005).

2.2.2. Viento

El conocimiento del régimen de vientos en un sector es importante, ya que puede indicarnos de donde provienen y hacia donde se dirigen los contaminantes, generados por las diferentes fuentes.

Tales corrientes están influenciados por las características locales como cordilleras, cuencas, valles y barreras artificiales. (BUITRAGO, 2003)

El viento puede definirse como la componente horizontal del aire en movimiento; el aire se mueve por la diferencia de temperatura entre los polos y el ecuador o entre las masas continentales y las masas de agua. Es uno de los dos parámetros meteorológicos más importantes para el análisis de los efectos de dispersión de contaminantes en la atmósfera, se caracteriza principalmente por los siguientes aspectos: es una magnitud vectorial tridimensional con fluctuaciones aleatorias de pequeña escala en el espacio y en el tiempo y como tal debe caracterizarse por dos cantidades escalares: la dirección y la velocidad.

a. Dirección del viento

La dirección del viento viene definida por el punto del horizonte del observador desde el cual sopla. En la actualidad, se usa internacionalmente la rosa 4 dividida en 360º. El cálculo se realiza tomando como origen el norte y contando los grados en el sentido de giro del reloj (CUADROS,2013).

b. Velocidad del viento

La velocidad se expresa en metros por segundo. La mejor manera de medir el viento en superficie es utilizar una veleta y un anemómetro. Se debe considerar calma cuando el promedio de velocidad del viento es inferior a un nudo. En este caso, la dirección se fija en 00. Así, el norte no será 00 sino 360. (WARK, 1996)

La velocidad del viento es un parámetro muy variable, tanto en el tiempo como en el espacio. Las velocidades son muy variables durante el transcurso del día y el patrón de comportamiento diario va cambiando durante el año. A pesar de esta gran variabilidad, los promedios anuales multianuales atenúan la influencia de los altos valores

2.2.3. Rosa de vientos

Es una representación gráfica de 16 puntos cardinales: norte, sur, este y oeste; puntos colaterales: noreste, noroeste, sudeste y sudoeste; y, los subcolaterales que se encuentran equidistantes de los señalados (Martín, Francisco & Martín, 2005). Cada Rosa de Vientos consta de cuatro partes: - Un círculo central dentro del cual se indica la frecuencia relativa de las calmas observadas. - Un haz de rectas que parten del círculo central y que representan las diferentes clases de dirección del viento. - Una serie de círculos concéntricos que señalan la escala métrica de las frecuencias relativas en porcentajes de 20% cada uno. - Las convenciones con los diferentes intervalos de velocidades.

La información de cada rosa de viento muestra la Frecuencia de ocurrencia de los vientos en 16 sectores de dirección, ver tabla 4, y en clases de velocidad del viento para una localidad y un periodo de tiempo dado. Cuadro 1 Dirección de vientos y simbología usada en los datos meteorológicos

2.2.4. Movimiento del viento

Es una característica y macro climática que puede ser considerada factor influyente en otras características. En el caso del viento, las variaciones locales (microclimas) pueden ser muy importantes, influyendo decisivamente sobre microclimas específicos el factor productor del viento es la existencia de masa de aire diferentes temperaturas (y presión) por afecto de la radiación solar (SERRA & COCH,1995)

2.2.4.1. Criterios fundamentales

Las mediciones se realizan comúnmente a una altura de 10 metros, con el fin de evitar las perturbaciones causadas por la fricción con la superficie. El emplazamiento de los instrumentos debe realizarse en un terreno abierto y deben distanciarse por lo menos diez veces la altura del mismo. Adicionalmente, la OMM teniendo en cuenta que el viento se ve afectado por la rugosidad del terreno, considera que el viento de superficie es el que sopla a una altura geométrica de 10 metros y con una longitud de rugosidad de 0,03 m según la clasificación de Davenport1 (OMM, 2011). El sensor de viento debe instalarse sobre un elemento que no altere las condiciones del entorno, generalmente sobre una torre con estructura que permita un flujo de iguales condiciones físicas.

Para la medición de la dirección del viento se utiliza la unidad estándar en grados dextrórsum (en el sentido de las agujas del reloj) en las rosas divididas en 360° contados a partir del norte geográfico, en donde 0° equivale a la dirección norte, 90° oriente, 180° sur y 270° occidente.

El rango operacional definido por OMM, para realizar las mediciones de velocidad y dirección del viento son:

1. Velocidad promedio del viento: 0 - 70 m/s.

2. Ráfagas del viento: 5 -75 m/s.

3. Dirección del viento: >0 y 360 grados

Figura 1. Rosa de viento que representa la dirección de la variable

La valoración de la dirección del viento a lo largo del tiempo, puede ser consolidada y expresada en una rosa de vientos, con el fin de analizar la procedencia del viento durante un periodo de tiempo determinado.

Para la medición de la velocidad del viento se utiliza la unidad estándar de metros por segundo (m/s) reconocido por el Sistema Internacional. Sin embargo, en el ejercicio meteorológico operacional y de la aviación, usualmente se utiliza la unidad nudos (kt). Otras unidades que se utilizan en la medición de la velocidad del viento son, kilómetros por hora (km/h); millas por hora (mph), pies por segundo (ft/s).

La escala de Beaufort (Cuadro 2), ideada por el Almirante Beaufort en el siglo XIX, presenta efectos en el ambiente con respecto a las diferentes magnitudes de velocidad de viento. Esta escala permite caracterizar la velocidad del viento en ausencia de instrumentos.

Cuadro 2. Escala de Beaufort, que muestra las características para la estimación de la velocidad en la tierra

Con el fin de facilitar la lectura del viento en los mapas, se ha implementado la representación de este vector (Figura 2), en donde la longitud está asociada con la velocidad, y el sentido con la dirección de donde viene. La representación del viento, por tanto, se realiza mediante el uso de flechas, barbas y banderolas de la siguiente manera, (OMM, 2011):

- Flechas: Dirección.

- Número de Banderolas y/o barbas. Velocidad del viento. La banderola equivale a 50 kt (25 m/s), una barba corresponde a 10 kt (5 m/s), mientras que media barba corresponde a 5 kt (2,5 m/s).

Figura 2 Representación de a) la velocidad del viento en el Hemisferio Norte, b) el viento – con magnitud y dirección en los Hemisferios Norte y Sur.

1.1.1. WRPLOT View - Freware

Es un programa para Windows mediante el cual se generan gráficas de rosa de los vientos y gráficas para varios formatos de datos meteorológicos. Una rosa de los vientos muestra la frecuencia de ocurrencia de los vientos en cada una de las direcciones del viento proporcionadas y las clases de velocidad para tiempo y lugar específicos. Se considera que este programa es un sustituto a U.S. EPA DOS utility WRPLOT (www.weblakes.com). WRPLOT View se alimenta de datos guardados en archivos con formato SCRAM, CD144, SAMSON y datos meteorológicos ISC procesados anticipadamente.

Produce rosas de los vientos con opciones de color, al mismo tiempo que crea tablas de distribución y estabilidad de clases (www.hffax.de). Algunas de las funciones de este programa además de la creación de rosas de los vientos, son las múltiples opciones que presenta para mejorar la rosa de los vientos ya sea utilizando diferentes colores y fuentes especiales, revisar errores, guardar clases de los vientos para usos posteriores, importar fácilmente desde Excel y obtener vectores resultantes (www.webmet.com). De acuerdo al Programa de Administración de la Calidad del Aire del Área Metropolitana de Monterrey, la dirección predominante que presenta el viento en esta área es de 90º azimutales, es decir, de este a oeste.

Sin embrago, durante los meses de invierno, cuando se presentan masas de aire frío, los vientos provienen del norte y noroeste, lo que ocasiona que las fuentes de partículas localizadas al poniente del Área Metropolitana de Monterrey impacten en las concentraciones de partículas menores a 10 micras. Además de un cambio en la dirección de los vientos, se ha detectado una disminución de velocidad en la época invernal.

La velocidad de los vientos disminuye considerablemente durante los meses de invierno, lo que ocasiona que se genere una mayor acumulación de contaminantes. En la zona centro los fenómenos de dispersión son lentos y registra menores velocidades de viento. Los episodios con índices máximos de contaminación se presentan siempre bajo condiciones de baja velocidad del viento y la presencia de alta estabilidad atmosférica (SEMARNAP, 2000).

II.

MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. Lugar de ejecución

La base de datos tomados de la fuente de SENAHMI para realizar la rosa de vientos del mes de noviembre, fueron de la estación meteorológica Buena Vista MET EMA ubicada en la ciudad de Buena Vista Alta

2.1.1. Ubicación política Departamento : Ancash Provincia

: Casma

Distrito

: Buena Vista Alta

Figura 3 Ubicación del distrito de Buena Vista Alta en el departamento de Áncash.

2.1.2. Ubicación geográfica

Geográficamente el distrito de Buena Vista Alta y la estación meteorológica se encuentran ubicadas en las coordenadas descritas a continuación. Cuadro 3. Coordenadas geográficas del distrito de Buena Vista Alta y la estación meteorológica seleccionada. Descripción

Zona

Sur

Oeste

(Área)

Buena Vista Alta

Altitud (m.s.n.m.)

18L

8°58′01″S

78°07′01″O

216 m.s.n.m.

18L

9°26′1.38″S

78°12′29.8″O

213 m.s.n.m.

Estación meteorológica de Buena Vista MET EMA

2.1.3. Aspectos ambientales de la zona de estudio a. Clima El clima de la ciudad es cálido, seco y suave. b. Temperatura Tiene una temperatura promedio de 15ºC entre los meses de junio a agosto, y de 24ºC entre los meses de setiembre a mayo.

c. Hidrografía y unidades hidrográficas La red hidrográfica de la provincia de Casma, está conformada por la cuenca del río Casma que pertenece al sistema hidrográfico del Pacífico y su origen se encuentra en las cumbres de la Cordillera Negra, a la altura de las lagunas Teclio, Mangan y Shaullan a unos 4,800 msnm. Tiene una longitud aproximada de 100 km y una cuenca hidrográfica de 2,775 km2. El declive tiene un promedio entre el 4% al 5%, en su recorrido superior sobrepasa el 15%, y en la zona costeña es menor al 4%. d. Fisiografía La orografía de la provincia es producto de una cadena de cerros que existe entre Puerto Casma y La Gramita, que desvía y atenúa los fuertes vientos que vienen del mar. Entre estos cerros y el mar existen arenales que, al recibir los ardientes rayos solares, calientan y secan el aire que sopla suavemente sobre la ciudad. La Plaza de armas de la capital provincial se ubica a 30.9 msnm.

2.2. Materiales y Programas -

Datos meteorológicos

-

Laptop

-

Microsoft Excel 2016

-

Microsoft Word 2016

-

WRPLOT view – Freeware

-

Google Earth

-

Google Maps

2.3. Metodología

En el presente trabajo se siguió una serie de pasos indicados por el docente a cargo; inicialmente se descargó base de datos hidrometeorológicos de la página web del SENAHMI; los cuales fueron procesados en el programa Excel que presenta las siguientes columnas: Estación, año, mes, día, direcciñon y velocidad del viento(nudos). A continuación, estos datos se abrieron en el programa WRPLOT view – Freware. Esta herramienta nos mostró la rosa de vientos que indica la velocidad, dirección y frecuencia de los vientos en la estación meteorológica de Buena Vista MET EMA. Después se exportó a google earth; donde se pudo visualizar la rosa de vientos en el distrito de Buena Vista Alta. Con los resultados ya obtenidos y la búsqueda de información para mayor conocimiento se procedió a la redacción del informe.

III.

RESULTADOS

3.1. Rosa de viento meteorológica en el mes de noviembre del 2019

En el grafico obtenido en el análisis de la magnitud de la velocidad y dirección del viento, en la Figura 4 se muestra el comportamiento de los vientos respecto a la velocidad y dirección de los mismos. El promedio de la velocidad del viento es de 1.64m/s y en ninguna ocasión (promedios horarios por mes) el viento tiene velocidades superiores a 5.7 m/s. En la mayoría de los casos, el viento sopla en un rango promedio de 0.5 a 2.1 m/s desde el oeste-suroeste (WSW), seguida de otros vientos desde el oeste (W) y oeste -noroeste (WNW).

Figura 4 Rosa de viento ´meteorológica de la estación Buena Vista MET EMA, Noviembre.

En la figura 5 se observa que la velocidad 0.5 a 2.1 m/s presentó una incidencia en el mes de noviembre de hasta un 53.3%, mientras que los vientos en calma (velocidad=0) representaron una incidencia de 15.5%.

Figura 5 Distribución de la frecuencia de las clases de viento del mes de noviembre 2019.

A continuación, se muestra la vista satelital de la rosa meteorológica de vientos del mes de noviembre en la estación meteorológica Buena Vista MET EMA. en Ancash.

Figura 6 Vista satelital de la rosa meteorológica de vientos del mes de noviembre del 2019.

3.2. Rosa de viento de dispersión en el mes de noviembre del 2019

El comportamiento de los vientos al dispersarse se observa en la figura 7 en el que de igual forma el promedio de la velocidad del viento es de 1.64m/s y en estos no superan velocidades mayores a 5.7 m/s. En la mayoría de los casos, el viento se dirige hacia el este-noreste (ENE) en un rango promedio de 0.5 a 2.1 m/s, seguida de otros vientos cuyas dispersiones son hacia el norte - noreste (NNE), este (E) y este-sureste (ESE).

WIND ROSE PLOT:

DISPLAY:

Station #BUENA VISTA

Wind Speed Flow Vector (blowing to)

COMMENTS:

Estación: Buena Vista MET. EMA. Tipo: Automática- Meteorológica

NORTH

13% DATA PERIOD:

10.4%

Start Date: 1/11/2019 - 00:00 End Date: 30/11/2019 - 23:00

7.77%

5.18%

TOTAL COUNT:

CALM WINDS:

717 hrs.

15.46%

AVG. WIND SPEED:

1.64 m/s

2.59%

WEST

EAST

MODELER:

WIND SPEED (m/s) >= 11.10 8.80 - 11.10 5.70 - 8.80 3.60 - 5.70 2.10 - 3.60 0.50 - 2.10 Calms: 15.46%

SOUTH

PROJECT NO.:

WRPLOT View - Lakes Environmental Software

Figura 7 Rosa de dispersión de la estación meteorológica Buena Vista MET EMA. Noviembre

A continuación, se muestra la vista satelital de la rosa de vientos de dispersión del mes de noviembre en la estación meteorológica Buena Vista MET EMA. en Ancash.

Figura 8 Vista satelital de la rosa meteorológica de vientos del mes de noviembre del 2019

IV.

DISCUSIÓN

Según la escala de Beaufort que presenta efectos en el ambiente con respecto a las diferentes magnitudes de velocidad de viento. Podemos decir que con los resultados obtenidos; la velocidad más frecuente registrada durante el mes de noviembre fue de 0.5 m/s a 2.1 m/s. esto según la escala representaría un tipo de viento denominado ventolina que índice que la dirección del viento se revela por el movimiento del humo.

Este tipo de viento que predomina en el distrito de Buena Vista puede verse influenciado por diversos factores del medio que como menciona Gonzales (1997); modifican la influencia del viento, unas veces acrecentando sus efectos y en otras ocasiones reduciéndolos; estas diferencias influyen en la distribución de la vegetación leñosa. El viento puede afectar las características de temperatura, enfriando o calentando el ambiente; puede favorecer la ventilación y reducir la humedad: mejorar la calidad de la atmosfera (disminuyendo y dispersando la contaminación), como también puede influenciar en la precipitación, y por último puede reducir o incrementar ruidos locales.

Cabrera, (2008), indica que por lo general; el viento es más fuerte durante el día que durante la noche. Esto se debe principalmente a que las diferencias de temperatura tienden a ser mayores durante el día. El viento es también más turbulento y tiende a cambiar más su dirección en el día que durante la noche.

Por otro lado según CORTEZ en el 2014 los vientos globales son aquellos que suben desde el ecuador y se desplazan hacia el norte y sur dentro de las capas más altas de la atmósfera. Al llegar a una latitud de 30° en ambos hemisferios, la fuerza de Coriolis impide que el viento se desplace más allá. En esta latitud el viento se topa con las primeras áreas de alta presión, por lo que el aire comienza a descender; sin embargo, la dirección del viento no siempre obedece a las direcciones de vientos globales, ya que la geografía local puede modificar estas direcciones, formando vientos locales.

La zona de Buena Vista Alta, presenta una topografía de una cadena de cerros que existe entre Puerto Casma y La Gramita, desvía y atenúa los fuertes vientos que vienen del mar. Según el Plan de Desarrollo Concertado Provincial de Casma (2010- 2021). Esto permite formar vientos locales, algunos resultan de los vientos globales, que sufren alteraciones por las montañas, otros son verdaderamente locales y son causados por el sistema diario de corrientes en chorro que suben y bajan de los valles. (FLORES, J ; 2001).

V.

CONCLUSIÓN

Se analizó la dirección, velocidad y frecuencia del viento presentados en el mes de noviembre del año 2019 de la estación de Buena Vista MET EMA, mediante una rosa de viento que fue procesado en el programa WRPLOT, en donde se observa que los vientos del SSW se dirigen al NNE, la velocidad con mayor incidencia del viento fue dentro del rango de 0.5m/s a 2.1 m/s.

VI.

REFERENCIAS BIBLIOGRÀFICAS

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