Maestría en Ciencias - Meteorología

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Influencia de la dinámica de los vientos atmosféricos sobre las concentraciones de PM10 y PM2.5 de la zona de minería de carbón a cielo abierto del departamento del Cesar
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Rodríguez Castilla, José Luis; Ruiz Murcia, José Franklyn; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001211056; Grupo de investigación en ciencias atmosféricas
La zona de minería de carbón a cielo abierto del departamento del Cesar, Colombia, presenta una importante afectación de la calidad del aire de sus centros poblados debido al material particulado PM10 y PM2.5 emitido por las minas de carbón que actualmente operan allí. En este trabajo de investigación se validaron los esquemas de capa limite planetaria YSU (Yonsei University scheme) y MYNN2 (Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino 2.5) del modelo WRF y se determinó como la dinámica del viento influye en las concentraciones del material particulado que es monitoreado en la zona minera. Se encontraron rutas de circulación del material particulado PM10 y PM2.5 en un periodo de ENSO neutral y se estimó la influencia de los vientos regionales y locales en dichas rutas, además se analizó el comportamiento de los vientos a diferentes niveles de alturas, tomando como referencia la capa limite planetaria; por último se identificaron en el periodo de estudio patrones de dinámica de vientos a escala local que se podrían implementar para pronosticar episodios de altas concentraciones del material particulado en la zona. Los resultados de las simulaciones dejaron ver que en los días donde los monitoreos mostraron las mayores concentraciones de material particulado PM10 y PM2.5 se presentaron condiciones de estabilidad atmosférica y desplazamiento lento de las masas de aire locales, lo que propició que el material particulado quedara suspendido en la atmosfera del área de estudio por un mayor tiempo, esto sumado a la incidencia de partículas saharianas que contribuyeron para que estas altas concentraciones se presentaran (Texto tomado de la fuente).
Caracterización de la convección atmosférica nocturna en el Magdalena Medio
(2023-08) Bohórquez Portilla, Christian Alexander; Hernández Deckers, Daniel; Grupo de Investigación en Ciencias Atmosféricas
Esta investigación estudia el comportamiento de la convección atmosférica profunda nocturna en el Magdalena Medio entre los años 2011 y 2017 con el fin de comprender las principales condiciones atmosféricas asociadas a dichos eventos. Se toma información de dos estaciones automáticas del IDEAM (Palanquero en el extremo sur, y Vizcaína más al norte, en cercanías a Barrancabermeja), e información de vapor de agua precipitable (PWV) de una estación GPS del Servicio Geológico Colombiano en Palanquero. De 1947 eventos de convección profunda en la región, 1421 (el 72,98 %) ocurren entre las 20:00 y las 07:00 hora local (eventos nocturnos), y 526 en el resto del día (eventos diurnos). La distribución mensual de los eventos muestra que la ocurrencia de los mismos coincide con las temporadas de lluvia en la región (comportamiento bimodal), lo cual confirma la estrecha relación entre precipitación y convección nocturna en esta región ecuatorial. La distribución espacial muestra que los eventos nocturnos se distribuyen a lo largo de todo el valle, encontrando más eventos en el extremo suroeste del valle cerca de Palanquero. Para investigar el comportamiento de las variables meteorológicas asociado a la ocurrencia de eventos convectivos nocturnos, se construyen compuestos de las mismas a partir de promedios de sus anomalías. Es decir, se seleccionan los eventos más cercanos a las estaciones automáticas, y se compara el comportamiento de cada variable asociado a la ocurrencia de estos eventos, con su comportamiento promedio. A partir de los resultados de estos compuestos, se plantea la siguiente hipótesis acerca del mecanismo generador de eventos convectivos para la zona de Palanquero: primero, la circulación predominante proveniente del norte; esto, junto con la geometría del valle facilita la convergencia, especialmente al extremo sur donde el valle se va elevando y cerrando. Sin embargo, esto no es suficiente ya que esta circulación no siempre ocasiona eventos convectivos. La información de PWV en Palanquero indica que en los días con eventos convectivos se presentan anomalías positivas al menos 12 horas antes de los eventos. Adicionalmente, desde 8 horas antes, el PWV presenta un aumento leve, que se intensifica 4 horas antes del evento, y alcanza un máximo 1 hora antes del mismo. A partir de ese momento decae rápidamente, pero manteniéndose por encima del promedio hasta al menos 12 horas después. Esto sugiere que hay un mayor contenido de humedad no solo localmente, sino probablemente a nivel regional. Este podría ser el factor determinante para la convección profunda, ya que en horas de la noche el vapor de agua adicional puede generar un calentamiento por efecto radiativo de onda larga, que sería más pronunciado en el valle que en sus laderas. Este calentamiento anómalo, se observa desde 5 horas antes del evento; al ser este calentamiento menor en las laderas, esto intensificaría la interacción valle-montaña en horas de la noche. Para Palanquero, que está más cerca de las laderas de la cordillera Oriental, se evidencia una componente de viento anómala del noreste que se observa desde unas 4 horas antes de los eventos convectivos, que a su vez intensifica la convergencia en esta zona. De manera que la convergencia natural del valle por su geometría y circulación predominante, sumada a anomalías positivas de PWV, desencadenan una serie de procesos radiativos, dinámicos y termodinámicos locales que resultan en un evento de convección profunda nocturna en la zona de Palanquero. Para la zona de Vizcaína no es posible construir un modelo conceptual tan detallado que explique los eventos que se presentan allí, pero posiblemente actúen procesos similares a los de Palanquero. Se requiere mayor información, en particular el comportamiento del PWV en este punto de la región. (Texto tomado de la fuente)
Valor agregado del modelamiento regional del clima sobre áreas caracterizadas por terreno complejo: precipitación sobre los Andes Colombianos
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-09) Espitia Rodríguez, Javier Fernando; Baquero Bernal, Astrid; Grupo de Simulación del Sistema Climático Terrestre
Primero, se investigó el valor agregado (VA) de la reducción de escala dinámica usando valores simulados de precipitación obtenidos con el modelo regional del clima (MRC) RegCM4 (con dos resoluciones, 0.44 ° y 0.22 °) forzadas por dos modelos globales del clima (MGCs) diferentes (HadGEM2-ES y MPI-ESM-MR) del proyecto de intercomparación de modelos de clima acoplados (CMIP5) para el período 1981-2005, a partir del experimento CORDEX, con enfoque en la región Andina colombiana. Se utilizaron diferentes métricas de VA: patrón espacial de precipitación media, el ciclo anual de precipitación, la fórmula de Di Luca-Dioso y distribución de intensidad de precipitación diaria. La comparación con los datos de referencia CHIRPS mostró que RegCM4 no proporciona VA en las regiones de topografía compleja (Andes colombianos), sin embargo, en las regiones llanas de Colombia, se evidenció VA aportado por RegCM4 con relación a los MGCs. Segundo, se analizó la susceptibilidad de este modelo ante la elección de distintas resoluciones, dimensiones del dominio, MGCs y a la aplicación de diferentes esquemas convectivos y de superficie. En particular, para estos esquemas, se ejecutaron simulaciones de 1999 a 2004 (1999 es el período de arranque) sobre un dominio que incluye el área de estudio (AE) y se utilizó el esquema de superficie BATS/CLM-4.5 junto con cinco esquemas convectivos: GFC, GAS, EMAN, TI y GLEO. Todas las simulaciones fueron forzadas con datos ERA-Interim. Para evaluar esta susceptibilidad se tuvieron en cuenta estadísticos como el RMSE, BIAS, SD y r. Se encontró que RegCM4 en AE: (1) presenta sensibilidad mínima ante el cambio de dominio, (2) exhibe gran sensibilidad ante la selección de los modelos HadGEM2-ES y MPI-ESM-MR, siendo levemente mejor el primero, (3) es altamente susceptible ante el cambio de resolución, y (4) muestra susceptibilidad mínima entre esquemas de superficie, es decir, cuando se selecciona ya sea el esquema BATS o el esquema CLM-4.5 y bastante notable entre esquemas de convección, es decir, cuando se selecciona ya sea EMAN, GAS, GFC, GLEO o TIE. Se encontró que EMAN y TIE presentan el mejor rendimiento junto con el esquema de superficie BATS. (Texto tomado de la fuente).
Determinación de la relación entre la Oscilación Decadal del Pacífico y la activación del ciclo ENOS en estaciones costeras e insulares del Pacífico colombiano
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-02-04) Garavito Mahecha, José David; Villegas Bolaños, Nancy Liliana; CENIT
La variabilidad del clima es dominada por relaciones entre fenómenos de interacción océano – atmósfera, las cuales aún no se comprenden completamente. En la presente investigación se determinó la relación entre la Oscilación Decadal del Pacífico (ODP) y la manifestación del Niño Oscilación del Sur (ENOS) en puntos de referencia costeros e insulares de la Cuenca del Pacífico Colombiano (CPC). Se analizaron variables oceánicas y atmosféricas como la Altura Superficial del Mar (ASM), la Temperatura Superficial del Mar (TSM), la Temperatura del Aire (Ta) y la Humedad Relativa (Hr) en puntos de referencia oceánicos de los cuales tres se ubicaron en el Océano Pacífico Norte (OPN), dos en el Océano Pacífico Ecuatorial (OPE) y dos en la CPC, además de un punto de referencia costero en el OPN y tres en el litoral Pacífico Colombiano. Las series mensuales de la ASM se extrajeron del Modular Ocean Model (MOM4) del Geophysical Fluid Dynamics Laboratory para el periodo 1950 – 2007. Las demás variables se analizaron para el periodo 1961 – 2014. Las series mensuales de TSM se obtuvieron del Objectively Analyzed air – sea Fluxes (OAFlux), mientras que la Ta y la Hr se obtuvieron del NCEP/NCAR Reanalysis 1. Se determinó el comportamiento temporal de las variables de estudio. Se calcularon las anomalías generales, se realizó el análisis de la densidad espectral y se extrajeron los componentes principales. Se obtuvieron series filtradas con los ciclos principales que contribuyeron en la oscilación característica de las variables de estudio. Se calcularon los coeficientes de correlación cruzada entre la ODP, ENOS y los ciclos principales hallados. Se analizó la influencia de la ODP en la manifestación de los eventos ENOS a través de correlación lineal entre los ciclos principales. Se analizó la influencia de la ODP en las ocurrencias de las anomalías absolutas de las variables de estudio en la CPC. Se demostró que las anomalías positivas y negativas de las variables analizadas en la CPC, estuvieron influidas y asociadas con las fases de la ODP y ENOS. Estas anomalías de las variables oceánicas y atmosféricas se intensificaron cuando los índices oceánicos ODP y ONI se encontraron acoplados sincrónicamente sobre el Océano Pacífico (OP). Se observó que a partir de transiciones de fase de la ODP, se presentaron cambios en las fases del ONI, las cuales generaron eventualmente eventos ENOS muy intensos acoplados con la ODP. Se encontró que desde el OPN se favoreció la manifestación de las anomalías de las variables analizadas simultáneamente en varios sectores del OPE y la CPC. Asociaciones muy fuertes se encontraron en el ciclo principal de ~5,0 años entre la ODP y las ATSM en la CPC. Se encontró que las fases de este ciclo incrementaron su longitud de onda llegando a una duración cercana entre los 7,0 y 9,0 años, lo que mostró un acoplamiento de ENOS al ciclo característico de la ODP (10 años). Se encontró que entre la ODP y las variables oceánicas y atmosféricas en los puntos de referencia existió una fuerte asociación, la cual influyó y moduló la ocurrencia de eventos ENOS y sus efectos en la variabilidad del clima en la CPC. En donde, en la CPC la ODP fue el fenómeno de interacción océano – atmósfera dominante y modulador en las anomalías de estudio y su variabilidad temporal. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación de métodos agroclimáticos para la estimación oportuna de las condiciones de humedad superficial del suelo en zonas agrícolas de Colombia
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-06-18) Hernández Guzmán, Francisco Javier; Diaz Almanza, Eliecer David; Vega Rodriguez, Emel Enrique; Cadena, Martha Cecilia
El agua es uno de los componentes más importantes de nuestro planeta, está presente en la naturaleza en tres estados, así como en la atmósfera, superficie de la tierra y océanos. La humedad del suelo es una de las variables agroclimáticas esenciales debido a su importancia en los flujos de agua y energía entre la tierra y la atmósfera. En las últimas décadas su estimación a escala regional ha cobrado relevancia para resolver problemas hidrológicos, meteorológicos y agronómicos; en este sentido las redes de sensores in situ sobre el territorio colombiano no son suficientes para caracterizar adecuadamente la condición de humedad de las zonas agrícolas. En este contexto, el objetivo de la tesis fue evaluar métodos de estimación oportuna de las condiciones de humedad superficial para el territorio colombiano, determinando por regiones cuál o cuáles serían las fuentes más promisorias para la implementación de aplicaciones en diversas disciplinas, que contribuyan en la toma de decisiones tanto para agricultores, líderes nacionales, regionales y locales, así como para técnicos del sector, investigadores y pronosticadores, entre otros. Para ello, se aplicó la metodología de control de calidad desarrollada para la Red Internacional de Humedad de Suelo (ISMN, por sus siglas en inglés) ajustada a las condiciones ecuatoriales de Colombia. Con las mediciones de humedad de suelo consideradas buenas se realizó el análisis espacio-temporal de la variable con el fin de determinar cuál es la relación entre la humedad de suelo, con las variables atmosféricas, características físicas, topográficas y de cobertura vegetal. Con el fin de evaluar las estimaciones de humedad superficial, se realizó la revisión bibliográfica de fuentes de estimación remota por microondas y/o modelos de superficie, sus características, ventajas y desventajas, metodologías de validación, que pudieran ser aplicadas de manera efectiva para las condiciones particulares del territorio colombiano. Basándose en la revisión de fuentes de estimación, se realizó la selección de fuentes de estimación de humedad concentrándose en las bandas de recuperación que tuvieran mayor potencial (L y C), adicionando también productos de estimación en la banda X, productos de combinación de radares activos-pasivos y productos de reanálisis con el fin de realizar una revisión lo más completa posible de la diversidad de fuentes de estimación. Posteriormente se realizó la validación de ocho (8) fuentes de estimación (5 de satélite de misión única, 1 de combinación de misiones satelitales radares activos-pasivos y 2 fuentes de reanálisis) desglosados en 23 productos de estimación de humedad superficial. Entre los principales resultados, se encontró que las estimaciones de combinaciones de diversidad de bandas, pasos de órbitas y misiones presentan los mejores rendimientos, regiones con condiciones de baja cobertura vegetal, pendientes suaves y clasificaciones climáticas cálidas presentan las mejores métricas de validación. Sin embargo, para regiones con topografía montañosa, vegetación densa y climas fríos los modelos de superficie son una fuente de estimación promisoria, que con las parametrizaciones adecuadas se pueden mejorar significativamente las estimaciones de la humedad superficial. (Texto tomado de la fuente)
Climatología de potencial de engelamiento y eventos de engelamiento sobre el territorio continental colombiano
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-03-24) Chicaeme Ordoñez, Kevin Alexander; Baquero Bernal, Astrid; Mejía, John
El engelamiento en la aviación sucede cuando gotas de agua líquida sobreenfriada en la atmósfera (ALS o SLW por su sigla en inglés), se congelan y crean una capa de hielo en el exterior de las aeronaves, reduciendo la sustentación aerodinámica y causando daños en diferentes sistemas. Debido a la falta de observaciones y plataformas de investigación, Colombia no cuenta con información de frecuencia y distribución espacio-temporal de ambientes favorables para el engelamiento, denominado en este estudio potencial de engelamiento (POTENG); tampoco se evidencia la existencia de métodos para diagnosticar, monitorear y pronosticar este fenómeno, que ha sido relacionado con varios accidentes aéreos en el país. n el presente estudio se estimó la climatología de POTENG mediante la implementación de dos algoritmos: el Current Icing Product Sonde (CIP-sonde; Bernstein et al. (2007)), adaptado a la disponibilidad de datos en el área de estudio (CIP-sonde-A), y el Supercooled Liquid Water Simulation (SLWS), basado en el ALS explícito calculado por modelos numéricos. Estos algoritmos requieren parámetros meteorológicos en superficie y en altura, para ello, se utilizaron observaciones METAR, radiosondeos y el reanálisis atmosférico de quinta generación del clima global (ERA-5) generado por el Centro Europeo para Pronósticos Meteorolódicos a Medio Plazo (ECMWF). Se realizaron pruebas para determinar cuál algoritmo detecta con mayor eficiencia eventos registrados a bordo de aeronaves a partir de los datos de ERA-5. También, se seleccionaron 8 casos de estudio en base a reportes y datos de las aeronaves, donde en cuatro de ellos se registra haber experimentado engelamiento y en los otros cuatro no se evidencia reporte directo del fenómeno. Estos casos, fueron analizados a través de observaciones que aportan a la detección de engelamiento y finalmente, se utilizó el Weather Research and Forecasting model (WRF)con la configuración de la Fuerza Aérea Colombiana (FAC), para aplicar los dos algoritmos mencionados anteriormente y evaluarlos a partir de los casos específicos. Los resultados revelan que a diferencia de SLWS, el algoritmo CIP-SONDE se ajustó más a los reportes de las aeronaves y produjo mejores pronósticos cuando se usó para los casos de estudio. Adicionalmente, se observó que POTENG sigue los patrones climáticos espacio-temporales asociados al ciclo anual de la lluvia y que en los resultados del ciclo diurno, POTENG tiende a ser más alto en horas de la noche y madrugada. En general, los resultados mostraron que el algoritmo CIP-sonde-A se ajustó más a los reportes de las aeronaves y produjo mejores pronósticos cuando se usó para los casos de estudio. Finalmente, se realizaron recomendaciones para ayudar a disminuir el riesgo en el sector de seguridad aérea, a través del desarrollo de una evaluación y calibración continua de las herramientas de diagnóstico y pronóstico aquí sugeridas. También, se propone hacer una recopilación constante y sistemática en la toma de datos a bordo de aeronaves, reportes e incidentes aéreos asociados a eventos meteorológicos, como el engelamiento y la turbulencia.
Índices locales del ciclo El Niño Oscilación del Sur para las regiones naturales de Colombia
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-03-15) Barrios Moreno, Juan Sebastián; Villegas Bolaños, Nancy Liliana; CENIT
Se definieron índices locales del ciclo de El Niño Oscilación del Sur (ENOS) en las regiones naturales de Colombia. Se utilizaron datos de temperatura del aire (Ta) y precipitación (Pr) para el periodo 1971-2015 en 14 estaciones meteorológicas representativas de subzonas ubicadas en estas regiones. En calidad de indicadores de ENOS se usaron series del Índice de Oscilación del Sur (IOS), el Índice Oceánico de El Niño (ONI) y las anomalías de Temperatura Superficial del Mar (TSM) de las regiones El Niño 1+2 (TSM 1+2), El Niño 3.4 (TSM 3.4) y el puerto de Buenaventura (TSM BU), en el mismo período. Se calcularon la climatología y las anomalías de las series. Se realizó el análisis espectral y se extrajeron las periodicidades significativas relacionadas con el ENOS. Las relaciones espaciotemporales encontradas mediante correlación cruzada constataron que las señales del ENOS se desplazan desde el Pacífico hacia el territorio nacional en sentido oeste-este. Los modelos de regresión lineal múltiple estimados con capacidad de pronóstico, lograron ajustar entre 25 y 75% de las variaciones interanuales en las anomalías de Ta y entre 20 y 50% en las de Pr. La región Caribe y sus islas, el occidente y centro de los departamentos andinos y el sur del litoral Pacífico presentaron mayor influencia de ENOS reflejado en el mejor ajuste de los modelos de pronóstico. Para los índices de la Ta, la variable independiente más importante en la región Pacífica fue la serie de anomalías de TSM 1+2, y para el resto del país fueron las anomalías de TSM 3.4 y sus ciclos de 2.5 y 3.8 años. Para los índices de la Pr, el predictor que tuvo mayor aporte en los departamentos andinos fue la periodicidad de 2.5 años del IOS, mientras que, en las regiones Caribe, Insular, sur de la costa Pacífica y piedemonte de la Amazonía fueron las componentes de 2.5, 3.8 y 5.0 años de las anomalías de TSM 1+2 y TSM BU. Se definieron índices de Ta en todas las subzonas, mientras que en la Pr se consiguió ajustar modelos en 10 subregiones, ubicadas en los sectores central y occidental del territorio nacional. Los efectos de ENOS sobre la Pr en el sur de la costa Pacífica y el piedemonte amazónico, son contrarios a los identificados en el resto del país, obteniendo anomalías positivas durante la fase cálida. Los índices definidos muestran una respuesta espacial diversa en la Ta y la Pr respecto a las alteraciones océano – atmosféricas en el Pacífico tropical.
Caracterización de las temperaturas extremas del aire para el cultivo de papa en la Sabana de Bogotá
(2020-06-22) Torres Moya, Edwin; Baquero Bernal, Astrid; Grupo de Simulación del Sistema Climático Terrestre
Frosts and high temperatures are a problem for potato producers in the Sabana de Bogotá, frosts have caused great economic losses, for this reason was made a characterization of these phenomena carried out on an annual, monthly and hourly basis. To make this characterization, data from conventional and automatic IDEAM stations were used, automatic stations do not have quality control, for this reason was necessary to perform a quality control. The information provided by the automatic stations is very useful because analysis can be done hourly which allowed a comparison with the regional climate model. The WRF model was selected as the model that best fits the needs of the study. The WRF model has different parameterizations to solve specific phenomena, several of these parameterizations were tested to find the best combination of these compared to the values observed by the automatic stations. As a result, two configurations icm and icm-mp_physics 3 were obtained. It was found that the model with the two configurations is capable of reproducing the daily temperature cycle. Regarding the performance of the model reproducing the temperature conditions, it was found that the model presented good results reproducing the high temperatures, but did not present good results reproducing the frosts, because the model did not generate temperature values lower than 0 ◦ C.
Modelos de pronóstico para eventos extremos en el Mar Caribe Colombiano identificados en el nivel del mar, temperatura superficial del mar y velocidad del viento, y su relación con fenómenos de interacción océano atmósfera de largo periodo
(2019-06-03) Martínez Pedraza, Alexander; Villegas Bolaños, Nancy Liliana; Universidad Nacional de Colombia; CENIT
A statistical forecast of the occurrence of extreme climatic events was performed in the Colombian Caribbean Sea Basin (CMCC), through the so-called “return periods” (RP), estimated by adjusting the Generalized Extreme Value (GEV) distribution. The correlation of extreme events with the North Atlantic Oscillation (OAN), El Niño Southern Oscillation (ENOS) and the Pacific Decadal Oscillation (ODP) was estimated. Monthly series of Sea Level Height (ANM), Sea Surface Temperature (TSM) and Wind Speed (VV) for the period 1960 - 2016 were used. In each analyzed series, the RP of the 90th percentile and the 10th percentile, corresponding respectively to the thresholds of the maximum extreme values (VEmax) and the minimum extreme values (VEmin), were estimated. It was concluded that the VEmax of the ANM can be overcome in less than PR = 3 years and the VEmin have a small probability of occurrence. It was evidenced that, in the TSM, the occurrence of VEmax in the southwestern zone is expected before PR = 3 years and in the north it could be expected between PR = 4 and 5 years. It was found that for the VV the VEmax in the north and the south are expected to be exceeded at least once before PR = 9 years and in the center of the region, after PR = 20 years. The PR of VEmin in VV predominate between PR = 7 and 8 years in the eastern zone and PR = 11 years in the eastern south. The correlation of extremes with the indices of the analyzed phenomena determined that only ENSO has significant associations, presented in the VEmax of ANM and the VEmin of TSM.
Validación de la radiación solar en superficie para la región Orinoquía a partir de imágenes de satélite
(2020-01-06) Poveda Matallana, Wilmar Darío; Hernández Deckers, Daniel; Pelkowski Goebel, Joaquín; Universidad Nacional de Colombia; Ciencias Atmosféricas
Here we present a methodology to estimate surface solar radiation from visible satellite images at the radiometric station called La Libertad located in Orinoquía, Colombia, a region with low density of radiometric stations. This is the first step to improve the temporal and spatial resolution of surface solar radiation information in places with few radiometric stations. The basis of this methodology is the Ångström-Prescott empirical model and the estimation of the cloudiness index from satellite images. Sunshine duration can be estimated from this cloud index, which when compared to the daily measured sunshine at the station between June 2016 and May 2017 has an R^2 of 0,69. This result indicates that it would be possible to find approximate values of sunshine without having stations on the ground. Additionally, this good adjustment together with the Ångström-Prescott model for the station, allows us to estimate surface solar radiation from satellite images. When comparing the values recorded by the station with those calculated from the images, we find a 2,4% error in the six-month average, up to 13% error in the monthly averages, and an R^2 of 0,7 for the daily values of one semester. This shows that it is possible to obtain approximate radiometric information from satellite images that complement the information of the surface stations.
Innovación de una técnica de programación de labores de riego con base en pronósticos meteorológicos y modelación de cultivo
(2019-10-01) Quintero Puentes, Diego Andrés; Díaz Almanza, Eliécer David; Ruíz Murcia, José Franklyn
Se propuso una metodología innovadora para la programación de labores de riego. Esta metodología está construída tomando como bases pronósticos del tiempo y el modelo de cultivo AquaCropOS. La metodología toma variables pronosticadas, como la precipitación, temperatura y evapotranspiración, para usarlas como entrada del modelo de cultivo. La metodología realiza muchas simulaciones del cultivo tomando diferentes combinaciones de lámina aplicada - día de aplicación, para cada una de estas simulaciones se calcula el costo de la aplicación de riego y el incremento en el rendimiento. El concepto de incremento en el beneficio neto virtual fue tomado de Fujimaki et al. (2015) para evaluar la aplicación de riego óptima. Para verificar la metodología se usaron dos diferentes fuentes de pronóstico. Un pronóstico determinístico fue tomado del modelo regional para Colombia del IDEAM, por otro lado, un pronóstico estocástico fue generado por medio de un proceso de downscaling dinámico utilizando los modelos Global Ensemble Forecasting System (GEFS) y Weather Research and Forecasting (WRF). El modelo estocástico pronosticó mejor la precipitación, mientras que el determinístico lo hizo mejor con la temperatura y la evapotranspiración. Se ejecutaron una serie de experimentos numéricos, en cada uno de estos se simuló un ciclo de cultivo, utilizando la metodología propuesta para programar los riegos utilizando como entrada los pronósticos estocásticos y determinísticos. Los experimentos se hicieron para un cultivo de papa y quinoa, utilizando las condiciones ambientales de la estación meteorológica Tibatatá, ubicada en el municipio de Mosquera, en la sabana de Bogotá. Para cada uno de los experimentos se tuvo un control, donde la programación de riego se hacía con una técnica tradicional. Se encontró que al utilizar la metodología con los pronósticos estocásticos se incrementa el beneficio final, mientras que al usar los pronósticos determinísticos no hubo diferencia con respecto al método tradicional, incluso disminuyendo el beneficio en algunos casos.
Estudio del desarrollo de eventos de convección profunda asociados a vientos del Oeste en superficie en la Sabana de Bogotá
(2020-02) Casallas García, Alejandro; Hernández Deckers, Daniel
En el presente trabajo se estudian las características de los eventos de convección profunda asociados a vientos del Oeste en super cie en la Sabana de Bogotá. A partir de imágenes infrarrojas del satélite GOES-13 y de datos in-situ de precipitación, se identifican 128 eventos convectivos entre 2011 y 2017. De estos, 61 cuentan con datos de vientos en super cie, de los cuales 43 están asociados a vientos del Oeste. Estos eventos ocurren principalmente entre las 14:00 y 16:00 hora local durante las dos temporadas de lluvias de esta región. Con los días identificados, se calculan compuestos para determinar las características dinámicas de los eventos de convección. Los resultados indican que el vapor de agua precipitable, la rapidez del viento y la temperatura en super cie son los elementos más importantes para la formación de un evento convectivo. El vapor de agua es considerablemente mayor en los días convectivos y crece muy rápidamente a partir de las 12:00 hora local. Así mismo, se presentan vientos débiles hasta el medio día, cuando inicia un rápido incremento durante alrededor de 2 horas que luego se reduce rápidamente. Por otro lado, la temperatura en superficie alcanza valores más altos que en promedio alrededor del medio día en los días convectivos, para luego pasar rápidamente a valores menores que el promedio, lo cual es consistente con los procesos termodinámicos asociados a la convección diurna continental. Adicionalmente, los vientos del Oeste son predominantes durante las horas de la tarde en la Sabana de Bogotá, pero en menos del 25% de los días ocurren eventos convectivos. Esto sugiere que aunque estos vientos son importantes para la convección (posiblemente gracias a la convergencia que generan en la región) no son el principal causante de esta, y por lo tanto no serán un buen predictor.
Surface global irradiance assessed by three different methods
(2018) Zheng, Pingyun
Three methods will be used to evaluate the surface global irradiance: radiative transfer theory, empirical regression, and artificial neural networks (ANN). Radiative transfer is the fundamental theory that describes the propagation of radiation through a medium; empirical regression predicts surface global irradiance in simple parameterizations; artificial neural network, as an artificial intelligence technique, can also be tried to assess the surface global irradiance. These three approaches are studied in the present work. Data from the station “EL IDEAM” were used in the modeling experiments built upon these approaches to evaluate the daily transparency, also known as clearness index. We found out that the optimal inputs for artificial neural networks are extraterrestrial irradiance, surface relative humidity, and a pollution index based on particulate matter of sizes less than 10µm (PM 10 ). Surface relative humidity was suggested in a regression trial under meteorological conditions of “EL IDEAM”. By means of the programming code DISORT for the solution of the radiative transfer equation, daily irradiance characteristics were analyzed, and a hybrid model was created. Our results showed that artificial neural network produces higher scores than the other methods, though advantages and drawbacks are also discussed and compared.
Análisis de las granizadas en Colombia
(2015-12-17) Peña Beltran, Zaida Yamile
Con base en datos históricos de registros de periódicos nacionales y regionales, así como los provenientes de otros archivos y bases de datos especializadas, se identificaron 468 eventos de granizada en diferentes regiones del país. Se procedió a analizar en dichas granizadas el comportamiento de diferentes variables (índices de inestabilidad, viento, humedad relativa, la altura de la isoterma de 0°C y precipitación) en las simulaciones horarias (13:00 horas) generadas por el modelo WRF para el período 1990-2010. Se establecieron los umbrales de los índices, de la isoterma a 0ºC y de las variables en los que tales granizadas ocurrieron, para establecer así una probabilidad de granizada. Se ajustaron los datos por orografía, pendiente, altitud a nivel del mar y la dirección del viento (barlovento o sotavento), con esos datos se generó series de probables granizadas, las que se validaron frente a las granizadas registradas. Como resultado se obtuvieron series de datos diarios de granizadas en resolución de 10 x 10 kilómetros con las que se establecieron los patrones espaciales y el ciclo anual de las granizadas como base de una climatología de este fenómeno en Colombia. Dando como resultado que las zonas con mayor probabilidad de granizadas se encuentran en zonas montañosas (Cordillera Occidental, Cordillera Central y Cordillera Oriental) y en la Sierra Nevada de Santa Marta, especialmente en los departamentos de Antioquia, Caldas, Quindío, Valle del Cauca, Cauca, Norte de Santander, Santander, Cundinamarca y Boyacá.
Simulación meteorológica en zona de alta montaña para estimar el potencial eólico
(2020) Guzmán Lugo, Diana Marcela; Ruíz Murcia, José Franklyn; Tiempo, clima y sociedad
Here we analyze the skill of the Weather Research & Forecasting (WRF) model for representing the wind field over high mountain areas in Colombia from December 2012 until December 2013. Using initial and boundary conditions with a spatial resolution of 0.5° from the Global Forecasting System (GFS) analysis, we run a total of 11 simulations at spatial resolutions of 3km X 3km and 9km X 9km, with different combinations of 7 planetary boundary layer (PBL) and 3 surface layer parameterizations. The wind field is best simulated at the 9km X 9km resolution, using the BouLac PBL parameterization and the MM5 surface layer scheme. This is consistent with the fact that the BouLac PBL scheme is able to forecast orography-induced turbulence events, and the MM5 surface layer scheme is efficient at simulating daytime turbulent fluxes. Finally, wind power estimates based on the scale and shape factors of the Weibull distribution suggest that certain high mountain areas in the regions of Nariño, Cauca, Valle del Cauca, Tolima and Quindío, have average wind speeds above 5 m/s, which implies a potential for electricity generation.
Estudio de las tormentas eléctricas en la depresión Momposina, el nororiente caldense y suroriente antioqueño
(2019-04-24) Cifuentes Ortiz, Diana Carolina
Las tormentas eléctricas son manifestaciones de inestabilidad atmosférica, resultado de la actividad convectiva. En este trabajo se realizó un estudio respecto a la termodinámica y dinámica presentes en casos de tormentas eléctricas para dos regiones del país. La primera comprendida en el nororiente caldense y suroriente antioqueño, y la segunda en la depresión Momposina. Ambas, caracterizadas por alta actividad eléctrica. El periodo de estudio fue el trimestre septiembre-noviembre durante los años 2011-2014. La información inicial se tomó de estaciones meteorológicas (IDEAM) y de la red colombiana de detección de rayos LINET, con lo cual se establecieron días con alta pluviosidad y actividad eléctrica. Las características termodinámicas se analizaron por medio de la elaboración de perfiles verticales, cálculo de índices por el método de la parcela, energía potencial disponible convectiva (CAPE) y la energía de inhibición convectiva (CIN), encontrando alta capacidad potencial de la atmósfera para la convección en estas zonas. A partir de la información provista por el modelo WRF 2.1.1 se logró identificar los patrones de circulación de los vientos y el comportamiento de variables dinámicas como la divergencia y vorticidad vertical relativa las cuales mostraron alta favorabilidad para la formación de tormentas en las regiones de estudio.
Análisis de tormentas eléctricas en el área de influencia del Aeropuerto Internacional Eldorado con fines de pronóstico
(2009-01-05) Sierra Giraldo, Ingrid Tatiana
El presente trabajo tiene como objeto de estudio las condiciones meteorológicas, que conducen al desarrollo de tormentas eléctricas y afectan el tránsito aéreo en el área de influencia del Aeropuerto Internacional Eldorado, e incluso causan cierres del mismo aeropuerto. Este fenómeno meteorológico extremo, es crítico para las operaciones aéreas debido a que genera peligros para las aeronaves, la tripulación, los pasajeros y por la afectación económica que puede generar a las empresas de transporte aéreo. Las situaciones de cierre del aeropuerto tienen impactos negativos considerables sobre el sector del transporte aéreo, en particular sobre las diferentes empresas operadoras que transitan desde y hacia el aeropuerto mencionado. El estudio se realiza con miras al fortalecimiento del pronóstico del tiempo atmosférico para optimizar la operación del aeropuerto, “contribuir a la seguridad, regularidad y eficiencia de la navegación aérea internacional” (OACI, 2007) y reducir pérdidas por situaciones de cierre injustificadamente declaradas. Inicialmente, se realizó la caracterización de las tormentas eléctricas en el área de estudio, identificando las condiciones regionales específicas que favorecen su desarrollo; se exploraron las relaciones e indicadores que pudieran servir de herramienta de pronóstico de tormentas eléctricas para el área de estudio. Se exploró la capacidad del modelo meteorológico Weather and Research Forecasting (WRF) de representar las condiciones de tormenta eléctrica y se evaluó el potencial de dicho modelo para pronosticar las tormentas eléctricas en el área de influencia del Aeropuerto Internacional Eldorado. Para la descripción del comportamiento de las tormentas eléctricas, así como el análisis de las situaciones de cierre, se utilizó información de reportes meteorológicos METAR y SPECI, precipitación diaria, meteogramas, perfiles atmosféricos de los sondeos de la atmósfera efectuados en el Aeropuerto Internacional Eldorado, imágenes satelitales (canales visible e infrarrojo), registros operativos de aeródromo, reportes de descargas eléctricas y datos de Global Forecast System GFS, como también datos provenientes de simulaciones con el modelo WRF. Los datos se tomaron durante los meses de octubre y noviembre (período del año en el que ocurre el mayor número de cierres por tormenta eléctrica, según estadística operacional) de los años 2009, 2010, 2011 y 2012. Después de haber realizado el control de calidad de datos, se efectuó la selección de eventos críticos de tormentas eléctricas que generaron “cierre parcial” o “cierre total” del Aeropuerto Internacional Eldorado”, con los que se generaron resúmenes de aeródromo. De igual manera se elaboraron meteogramas (ocurrencia de tormentas eléctricas, precipitaciones, humedad relativa en la isoterma de 0°C, presión atmosférica en isoterma de 0°C, y la humedad relativa en superficie) para identificar rangos de las diferentes variables meteorológicas dentro de los cuales ocurre el fenómeno. Se generaron indicadores porcentuales, basados en datos diarios de las tormentas eléctricas reportadas en el aeropuerto, los reportes sobre convectividad generados para el sector de aproximación, al igual que de la información sobre la presencia de descargas eléctricas en el área de influencia del Aeropuerto Internacional Eldorado; estos indicadores fueron analizados también en relación con las fases de la variabilidad climática asociados a los fenómenos El Niño y La Niña ocurridos en el periodo de estudio; también se identifican las condiciones regionales específicas que favorecen el desarrollo de una tormenta eléctrica en el área de influencia del Aeropuerto Internacional Eldorado, logrando al final una caracterización real del evento de estudio. Con el modelo WRF se generaron perfiles verticales temporales (tiempo-altura) y espaciales del viento, de temperatura y de humedad del aire para el momento de los eventos de tormenta eléctrica. Se analizó la distribución espacial de la precipitación acumulada en 6 horas (1700Z-2350Z) y de la energía potencial disponible más conocido como Convective Available Potential Energy CAPE, generados por WRF para los días con cierre parcial o cierre total. Finalmente, para explorar la capacidad del modelo para reproducir las condiciones reales que llevan a la formación de las tormentas eléctricas en el área de estudio, se elaboraron tablas de contingencia en las que se compararon los eventos de tormenta dados por modelo y las tormentas reales. Con los resultados obtenidos se realizó la validación de la representación de situaciones de tormentas eléctricas con el modelo WRF versus las ocurridas en la realidad durante los períodos analizados separadamente, lo que permitió establecer el grado de acierto en la identificación de las condiciones de tormenta eléctrica. Los resultados obtenidos en el análisis de las condiciones atmosféricas que presenta el modelo WRF versus las reales, se evalúan con fines de pronóstico para el evento de tormenta eléctrica en el área de influencia del Aeropuerto Internacional Eldorado, y son discutidos en los capítulos finales de este documento.
Análisis de la variabilidad de espesor óptico de aerosoles atmosféricos sobre el territorio Colombiano y de las condiciones meteteológicas asociadas con altas concentraciones de Carbono Negro (BC) en una estación de monitoreo en Bogotá
(2017-06-17) Fonseca Parga, Yira Nathalie
En Colombia no se han analizado a escala intranual las mediciones de Carbón Negro, contaminante con tiempo de vida media corto, ya que los estudios realizados corresponden a campañas de corta duración que no superan los tres (3) meses, por ende se desconcen sus ciclos y si estos son similares a los de un contaminante bien caracterizado en el país como material particulado. Por otra parte se desconoce si un reanálisis químico de Carbón Negro puede reproducir los valores de concentración monitoreados en superﬁcie y si las concentraciones de Carbón Negro se relacionan con los valores de profundidad óptica de aerosoles. Respecto a las condiciones meteorológicas que dominan los eventos de máxima concentración de contaminantes atmosféricos, las caracterizaciones de algunos de los sistemas de vigilancia de la calidad del aire de Colombia han evidenciado que los valores de material particulado se reducen con eventos de precipitación, pero esto no se ha veriﬁcado para eventos de alta concentración de Carbón Negro en Bogotá, adicionalmente no se ha analizado en detalle el comportamiento de otras variables meteorológicas, ni de la estabilidad atmosférica asociada con eventos de alta concentración de Carbón Negro, de tal manera que la información obtenida de este documento podrá ser útil en la toma de deciciones regulatorias respecto a Carbón Negro. De acuerdo con lo anterior, en este documento se analiza la variabilidad temporal del Carbón Negro en la única estación de monitoreo en superﬁcie que hay actualmente en Bogotá, junto con la variabilidad temporal y espacial de las concentraciones de material particulado (PM10 y PM2.5) reportadas por la Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá. En este análisis se identiﬁcan las características bajo las cuales se presentan eventos de alta concentración de Carbón Negro y material particulado en Bogotá teniendo en cuenta aspectos tales como duración, frecuencia, hora del día y mes del año. A partir de la información obtenida se seleccionaron cuatro casos de estudio, los cuáles se analizan usando radiosondeos, imágenes de satélite del GOES-13 proveniente del canal infrarrojo, la información proveniente del reanálisis MERRA-2 para Carbón Negro y las variables meteorológicas obtenidas de simulaciones con el modelo regional de la atmósfera WRF. Adicionalmente, se analiza la distribución espacial y temporal de AOD con base en información de sensado remoto, para lo cual se emplean imágenes del instrumento MODIS, tomadas a bordo del satélite Terra para el nivel diario (L3). Esta información de profundidad óptica de aerosoles se discute a partir de promedios anuales por un período de tiempo que incluye los últimos 10 años, así como a partir de promedios mensuales y diarios para la serie disponible de Carbón Negro (24 de noviembre 2014 a 24 de noviembre de 2016.) Se encontró que el Carbón Negro y material particulado tienen ciclos estacionales, semanales, diarios y horarios similares, con picos de concentración en las horas de mayor actividad laboral y meses de época seca. Sin embargo se estableció que los picos de concentración más signiﬁcativos se relacionan con frecuencias de vientos de componente zonal Oeste (W), bajas presiones atmosféricas y características meteorológicas dominadas por condiciones de estabilidad atmosférica; estabilidad que es reforzada con inversiones térmicas que inician en superﬁcie y se extieneden por la columna. Adicionalmente, se estableció que el reanálisis meteorológico MERRA-2 subestima las concentraciones de Carbón Negro en superﬁcie y que las relaciones entre las concentraciones de Carbón Negro y los valores de profundidad óptica de aerosoles, además de ser muy bajas, son inversas.
Caracterización de la microfísica de la precipitación mediante información de disdrómetros y radar polarimétrico para la estimación cuantitativa de lluvia en el área metropolitana del Valle de Aburrá
(2018-04-27) Ladino Rincon, Alfonso
La estimación de la lluvia es uno de los principales propósitos de las aplicaciones de radar meteorológico. El conocimiento detallado de la microfísica de la lluvia puede llevarse a cabo a través de Distribución de Tamaño de Gota de Lluvia - DSD y su ajuste a diferentes modelos. En este trabajo se propusieron tres modelos de ajuste de DSD: modelo Marshall and Palmer de un solo parámetro, modelo Exponencial de dos parámetros y modelo Gamma tres parámetros. Se asumió que el DSD se ajusta a un modelo Gamma y los parámetros se estimaron a partir de las mediciones de reflectividad (Z) y reflectividad diferencial (ZDR). La relación entre los parámetros de forma y pendiente (μ y Ʌ respectivamente) de la distribución gamma restringida se derivó de las observaciones de los disdrómetros. La Estimación Cuantitativa de Precipitación - QPE fue calculada con los tres modelos de DSD propuestos, a tres eventos de precipitación diferentes (estratiforme, convectivo y mixto), siendo el modelo Gamma el que mejor se ajustó a las observaciones de los disdrómetros, seguido por el modelo exponencial y el peor ajuste fue el modelo Marshall and Palmer. Finalmente, se comparó el modelo Gamma Restringido (C - G) con otras técnicas empíricas de estimación de precipitación derivadas de las variables polarimétricas y los datos de la red de pluviómetros del Sistema de Alerta Temprana del Valle de Aburrá – SIATA, obteniendo como resultado que el modelo C – G es el que mejor representa las variables de la microfísica de la precipitación.
Análisis de eventos extremos del clima y patrones de circulación sobre Colombia para el trimestre marzo-abril-mayo
(2017) Poveda Fernandez, Rodney
En este trabajo se analizó el comportamiento de diferentes variables atmosféricas, tales como humedad especifica, viento, temperatura y precipitación, sobre el territorio colombiano, analizados desde dos técnicas diferentes. En el primer análisis se hallaron patrones de circulación de humedad específica y viento mediante el método de Mapas Auto Organizados (SOM por su sigla en inglés). El segundo consistió en el estudio del comportamiento extremo de precipitación y temperatura, con un enfoque estadístico desde la Teoría de Valores extremos. Distintos conjuntos de datos fueron estudiados (datos de reanálisis ERA-40, NCEP-NCAR y ERA Interim, datos reconstruidos estadísticamente Delaware y datos del modelo regional del clima REMO) con el fin de hacer una comparación entre estos conjuntos de datos, que revelara las bondades, analogías y diferencias en la descripción del clima regional. Los resultados muestran que el contenido de humedad para el nivel de 850 hPa en promedio para la mayoría de los conjuntos de datos REMO(12 g/kg), ERA-40(12.3g/kg), ERAinterim(12.2 g/kg) es cercano a los 12 g/kg con tendencias hacia patrones secos en el inicio y más húmedos a finales del siglo XX que identificaron en todos los conjuntos de datos lo que puede estar asociado a regímenes como el ENSO.

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