La atmósfera nocturna en un área urbana tropical de terreno complejo. Caso de estudio: el Valle de Aburrá (Colombia)

Abstract

Esta investigación caracterizó la estructura térmica y dinámica de la capa límite nocturna para el año 2017 en el Valle de Aburrá–Colombia, un área urbana tropical con topografía compleja. Se utilizaron registros provenientes de un radiómetro de microondas, un radar perfilador de vientos, un ceilómetro, estaciones meteorológicas y el modelo WRF-ARW acoplado al modelo de parametrización urbana SLUCM. Este último fue ejecutado con seis esquemas de parametrización distintos de la capa límite atmosférica, para 33 noches distribuidas en el periodo de estudio. Un análisis exploratorio fue ejecutado para identificar procesos espacio-temporales usando variables de estado como los vientos, el número de Richardson aproximado, la temperatura potencial virtual y la intensidad de retrodispersión. Mediante un análisis de sensibilidad de los registros se encontró que el espesor de la capa límite nocturna corresponde a un número de Richardson crítico de 0,5. Además se evaluó el modelo para las horas de la noche y se encontró un desempeño aceptable del esquema de parametrización MYNN. También se identificaron patrones de circulación asociados a un jet de bajo nivel, inversiones térmicas, vientos catabáticos y acoplamiento de los vientos alisios con los vientos orográficos. Se observó que los trimestres junio-julio-agosto y septiembre-octubre-noviembre son más estables dinámicamente, mientras que los trimestres de diciembre-enero-febrero y marzo-abril-mayo lo son más desde el punto de vista estático. Finalmente, se concluye que los espesores de la capa límite nocturna en el Valle de Aburrá son relativamente bajos, con condiciones de velocidades significantes al principio de la noche, pero al final de la noche con velocidades muy cercanas a cero y con una estabilidad atmosférica cada vez fortaleciéndose más por el enfriamiento radiativo. (texto tomado de la fuente)

This research characterized the thermal structure and dynamics of the nocturnal boundary layer for the year 2017 in the Aburrá Valley-Colombia, a tropical urban area with complex topography. Records from a microwave radiometer, a wind profiler radar, a ceilometer, meteorological stations, and the WRF-ARW model coupled to the SLUCM urban parameterization model were used. This last one was run with six different atmospheric boundary layer parameterization schemes, for 33 nights distributed in the study period. An exploratory analysis was performed to detect spatio-temporal processes using state variables such as winds, bulk Richardson number, virtual potential temperature and backscatter. Through a sensitivity analysis of the records, it was found that the thickness of the nocturnal boundary layer corresponds to a critical Richardson number of 0,5. In addition, the model was evaluated during night hours and an acceptable performance of the MYNN parameterization scheme was found. Circulation patterns associated with a low-level jet, thermal inversions, katabatic winds and coupling of trade winds with orographic winds were also identified. It was observed that the quarters of june-july-august and september-october-november are more dynamically stable, and whereas those of the december-january-february and march-april-may are more statically stable. Finally, it is concluded that the thicknesses of the nocturnal boundary layer in the Aburrá Valley are relatively low, with significant velocities at the beginning of the night, but at the end of the night with velocities very close to zero and with atmospheric stability becoming increasingly stronger due to radiative cooling.