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Identificación de condiciones asociadas a frentes fríos en México
Identificación de condiciones asociadasafrentes fríosen México
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En meteorología se denomina frente frío a la región en la cual interactúan dos masas de aire de distintas características, donde la más fría y seca desplaza activamente a la más cálida y húmeda; esto puede ocasionar descensos drásticos de temperatura y vientos fuertes, así como lluvia, granizo o nieve. En México estos fenómenos se presentan con mayor frecuencia durante el invierno, debido a ciclones de latitudes medias impulsados por una corriente en chorro (Magaña, 1999).
En nuestro país, el Servicio Meteorológico Nacional es el responsable de analizar la actividad de frentes fríos y emitir pronósticos estacionales, boletines diarios y la climatología de frentes fríos en la página smn.cna.gob.mx. Sin embargo, ésta no incluye la intensidad y área de penetración, pues su objetivo principal es contabilizar los eventos ocurridos.
Contar con climatologías regionales de frentes fríos constituiría un gran beneficio en materia de planeación y seguridad, pues sería posible conocer la incidencia y tiempo de afectación por regiones. Por tal motivo, en este trabajo se propone identificar masas de aire asociadas a frentes fríos mediante el análisis de vorticidad potencial isentrópica (VPI) considerando un periodo de estudio, lo cual podría ser reproducido y empleado para generar climatologías regionales de México.
ROBERTO RAMÍREZ VILLA Especialista en hidrometeorología.
Introducción En dinámica atmosférica, la vorticidad se refiere a la medida del giro y rotación de un elemento de fluido; vorticidad relativa es la que se experimenta respecto a un sistema de referencia (como la superficie terrestre), mientras que la absoluta incluye además los efectos asociados a la circulación planetaria. Por otra parte, en meteorología, la vorticidad potencial se refiere a la circulación absoluta de una parcela de aire delimitada por dos capas isentrópicas (superficies con valores constantes de temperatura potencial) y que puede verse afectada por procesos atmosféricos diabáticos o adiabáticos, es decir, con presencia o ausencia de intercambio de calor por el sistema con sus alrededores, respectivamente. En 1939, Carl Gustaf Rossby estableció que la componente vertical de la vorticidad absoluta era la más significativa para flujos atmosféricos a gran escala. Un año más tarde estableció la versión más simple del concepto moderno de vorticidad potencial (VP).
Posteriormente, Rossby mostró que la vorticidad isentrópica relativa es igual a las variaciones de las componentes horizontales del viento con respecto a los incrementos de distancia y diferenciándose sobre superficies isentrópicas; es decir, mediante el término VP se sostiene la idea de que existe un potencial para crear vorticidad por cambios en la latitud, lo que a su vez cambia adiabáticamente la separación de capas isentrópicas (Hoskins et al., 1985). Por su parte, en 1942 Ertel derivó una ecuación de VP que puede ser empleada para la identificación de masas de aire asociadas a frentes fríos (Vanniere et al., 2016). La VP de Ertel es la extensión de la ecuación de Rossby, y establece que si una parcela de aire fluye de una región fría y esta-
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Figura 1. Análisis de la masa de aire asociada a un frente frío mediante la variable VP, del 13 al 18 de enero de 2007. SIMBOLOGÍA
Frente frío
Frente cálido
Frente estacionario
ble hacia una región cálida e inestable adquiere vorticidad relativa por medio de la conservación de la VP; es decir, si la columna de aire entre las dos superficies se desplaza hacia un área donde la distancia entre ambas superficies es mayor, entonces la columna de aire se elonga y la vorticidad relativa aumenta, y viceversa para el caso contrario. Si se combina la ecuación de conservación de momento con la primera ley de la termodinámica, puede demostrarse que la VP sólo puede
Servicio más eficiente y sustentable
Eficiencia comercial
Instalación de medidores Nuevo sistema informático
Reformas legales
Programa de largo plazo de cumplimiento obligatorio por ley Indicadores sociales e institucionales con informes públicos anuales certificados por un ente externo Descentralización del Sacmex para fortalecer su capacidad técnica, administrativa y financiera
Agua potable Telemetría y control Pozos Tanques Redes primarias Válvulas primarias Compuertas de trifurcaciones
Rescate del agua y eliminación de fugas
Sectorización Renovación de tuberías y tomas Control de presiones
Potabilización
22 plantas potabilizadoras nuevas Siete plantas potabilizadoras por rehabilitar
Fuentes externas Acuífero profundo Nueva fuente (trabajo con Conagua)
Tratamiento y reúso
Dos plantas de tratamiento nuevas Cinco plantas de tratamiento por rehabilitar
Drenaje Reposición de colectores dañados
Reparaciones con manga Reparaciones convencionales
Reposición de redes de atarjeas
Con una inversión estimada de 10 mil millones de pesos, en 2018 el gobierno de la Ciudad de México se propone suministrar el 100% de agua potable a todos los habitantes del Distrito Federal. Se construirán 22 plantas potabilizadoras, se rehabilitarán 7 y se instalarán 3,115 km de tuberías para eliminar fugas, entre otras obras.
www.sacmex.df.gob.mx
Los datos empleados tienen su origen en el Reanálisis Regional de Norteamérica (NARR, por sus siglas en inglés), que proviene del modelo de alta resolución del Centro Nacional para la Predicción Atmosférica de Estados Unidos, asimilado con bases de datos climáticas (de 1979 al presente). Este instrumento maneja una resolución espacial de 0.3° (32 km) aproximadamente en su latitud más baja, y una resolución temporal de 3 horas en 29 niveles verticales de presión.
ser modificada por calentamiento diabático o efectos de fricción; por tanto, en ciertas condiciones, la cantidad de VP que posee una masa de aire es un factor para rastrearla de forma eficiente.
El estudio Se propuso el objetivo de identificar condiciones asociadas a frentes fríos en México mediante el uso de la VPI.
Los datos empleados tienen su origen en el Reanálisis Regional de Norteamérica (NARR, por sus siglas en inglés), que proviene del modelo de alta resolución del Centro Nacional para la Predicción Atmosférica de Estados Unidos, asimilado con bases de datos climáticas (de 1979 al presente). Este instrumento maneja una resolución espacial de 0.3° (32 km) aproximadamente en su latitud más baja, y una resolución temporal de 3 horas en 29 niveles verticales de presión (véase www.esrl.noaa.gov). Los niveles verticales fueron calculados de manera indirecta.
Considerando la conservación de la VP y la relación que existe entre la estabilidad estática de una columna de aire asociada a un frente frío con el gradiente vertical, se propuso identificar y seguir masas de aire con valores positivos de unidades de VP (UVP) sobre una superficie isentrópica cercana a los 300 °K, ya que ésta constituye un nivel donde puede realizarse de manera eficiente este tipo de análisis para fenómenos de escala sinóptica (Ramírez, 2012) reduciendo los efectos asociados a la cercanía con la superficie (procesos diabáticos y de fricción) e identificando características importantes asociadas al grado de inestabilidad troposférica presente. Después, usando datos del NARR, se elaboraron mapas de VPI para identificar características de masas de aire asociadas a frentes fríos que ingresaron a México durante periodos invernales de 2006 a 2011.
En la figura 1 puede observarse un ejemplo de los análisis diarios realizados, que corresponden al paso de un frente frío sobre territorio mexicano del 13 al 18 de enero de 2007. En la secuencia de imágenes se muestran en color azul (con máscara en regiones oceánicas) valores positivos de VPI, que coinciden de manera consistente con la masa de aire asociada al frente frío que se desplazaba activamente del noroeste al sureste de México (zona frontal trazada a partir de información emitida por el Centro de Predicción del Tiempo de Estados Unidos, www. wpc.ncep.noaa.gov). El ingreso, evolución, área de penetración y permanencia del evento fue resuelto de manera eficiente mediante el análisis de la VPI, al igual que con la mayoría de los casos ocurridos durante el periodo total analizado.
Conclusión El análisis de masas de aire mediante el uso de la VPI permitió identificar de manera eficiente las condiciones asociadas a frentes fríos en México durante los periodos invernales de 2006 a 2011, y determinar áreas de penetración, evolución y tiempo de permanencia de los fenómenos. Lo anterior podría constituir una opción viable para la conformación de climatologías regionales, considerando la capacidad de la VP para rastrear masas de aire asociadas a frentes fríos y los beneficios de las bases de datos climáticas actuales (resolución espacial, temporal y periodo histórico), con la opción de implementarse de manera operativa en modo pronóstico a partir de datos provenientes de modelos numéricos de mesoescala
Referencias Hoskins, B. J., M. E. McIntyre y A. W. Robertson (1985). On the use and significance of isentropic potential vorticity maps. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 111(470): 877-946. Magaña, V. (1999). Los impactos de El Niño en México. Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM. NCEP Reanalysis Data. NOAA/OAR/ESRL PSD. https://www.esrl.noaa.gov/psd/ Ramírez V., R. (2012). Dinámica de tormentas invernales sobre la República mexicana. Tesis de maestría. México: Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Vanniere, B., A. Czaja, H. Dacre, T. Wollings y R. Parffit (2016). A potential vorticity signature for the cold sector of winter extratropical cyclones. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 142(694): 432-442.
Hay instrumentos que son invaluables.
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