La importancia de la meteorología de la contaminación del aire

Como la atmósfera es el medio en el que se liberan los contaminantes, el transporte y la dispersión de estas descargas depende en gran medida de parámetros meteorológicos. Para realizar actividades relativas a la planificación de la calidad del aire es imprescindible comprender la meteorología de la contaminación del aire y su influencia en la dispersión de las sustancias contaminantes. Los planificadores emplean este conocimiento para ayudar a localizar las estaciones de monitoreo de contaminación del aire y para desarrollar planes de implementación orientados al cumplimiento de los estándares de calidad del aire en exteriores.

La meteorología se usa para predecir el impacto ambiental de una nueva fuente de contaminación del aire y para determinar el efecto de las modificaciones de las fuentes existentes en la calidad del aire.

Cuando se desarrollan condiciones meteorológicas que no conducen a la dispersión de las sustancias contaminantes, los organismos gubernamentales encargados de controlar la contaminación del aire deben actuar rápidamente para asegurar que los contaminantes no se concentren en niveles inaceptables en el aire que respiramos. Cuando estos niveles son excesivamente altos, se produce un caso de contaminación del aire y se deben reducir las emisiones en la atmósfera.

LA BIOSFERA Y EL ORIGEN DE LA VIDA
Un ecosistema es una unidad organizada que está en continua relación con otros ecosistemas que la rodean y con los cuales tiene contacto.

Estas relaciones se manifiestan por intercambios de materia y energía (importación y exportación de nutrientes y organismos). Son diversos los factores que derivados del clima, del suelo, y de los organismos vivientes, condicionan la distribución de las especies tanto animales, como vegetales a través de todo el planeta o geosfera o ecosfera (se denomina así a todo el planeta en el cual vivimos, incluyendo la atmósfera). Ello se manifiesta por la existencia de zonas geográficas diferenciadas en las que el desarrollo de una vida organizada es poco probable (polos, desiertos, grandes alturas y profundidades marinas), en ellas la continuidad entre los ecosistemas no es posible denominándose a éstos espacios parabiosfera (aquellas áreas marginales del planeta en las cuales no es posible la vida en forma permanente.

El conjunto de ecosistemas que se extienden sobre nuestro planeta dan forma a la biosfera. Se debe considerar como una delgada capa que envuelve parte de la superficie terrestre y que alberga múltiples formas de vida activa o que contiene el conjunto de seres vivos y en la cual es posible la localización de la vida allí en forma permanentemente.

La relativa abundancia de agua, la intensa insolación y la existencia de interfases entre los estados gaseoso, líquido y sólido de la materia han configurado el aspecto y extensión de nuestra actual biosfera.

El Niño y la Oscilación del Sur
El término "El Niño" fue utilizado originalmente por los pescadores peruanos para referirse a una débil corriente oceánica cálida que corre hacia el sur a lo largo de las costas de Perú , llamada La corriente del Niño, apareciendo a fines de año cerca de la época de Navidad (nacimiento del Niño Jesús), llegando posteriormente a asociarse con grandes calentamientos que ocurren cada ciertos años (2 a 7 años), alterando la ecología local y regional (Trenberth, 1996). Estos calentamientos sobre el Pacífico ecuatorial hasta la línea de cambio de fecha (180° de longitud), originan perturbaciones en la atmósfera alterando los patrones climáticos globales en ambos hemisferios, proceso conocido como teleconecciones.

La componente atmosférica que está ligada al ciclo "El Niño", corresponde a la Oscilación del Sur (OS). Los científicos definen la O.S. como una fluctuación de las presiones a nivel de la superficie entre el Pacífico ecuatorial este y la región de Indonesia-Australia.

En la década de 1960, se establece la relación opuesta entre los valores de la presión atmosférica (Indice de Oscilación del Sur) y la temperatura de la superficie del Mar sobre el Pacífico ecuatorial, definiendo a estos procesos de interacción oceáno-atmósfera como el ciclo ENOS (El Niño/Oscilación del Sur). El modo más simple de representar "El Niño" o ENOS es mediante el modelo de circulación (Bjerknes, 1969), llamado Celda de Walker. El contraste térmico longitudinal entre la zona de aguas relativamente frías del Pacífico oriental (22 °C) y las aguas más cálidas del sector de Oceanía (29 °C), definen la circulación llamada Celda de Walker. Este modelo comprende cuatro componentes básicos.
a) Flujo del este correspondiente a los vientos alisios.
b) Convergencia y ascenso de las masas de aire cálido y húmedo que generan abundante nubosidad (cúmulos nimbus) y precipitación en el sector del Pacífico ecuatorial occidental, cercano a los 180° de longitud.
c) Flujo de viento oestes en la troposfera alta.
d) Descenso de las masas de aire (movimiento subsidente) en la parte oceánico frente a las costas de Sudamérica (Chile y Perú), que mantienen un área anticiclónica casi permanente en superficie (Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur).

En la circulación de Walker, existen diversos elementos forzantes que sirven de retroalimentación positiva. Entre ellos, uno de los más importantes es el viento superficial de los alisios (viento que sopla desde el este hacia el oeste), que producen la surgencia intertropical, manteniendo un fuerte gradiente térmico con las aguas cálidas del lado de Oceanía. La intensificación de los vientos del este (alisios) y del anticiclón Subtropical del Pacífico sur, generan un aumento de la surgencia ecuatorial y por ende enfriamiento de las aguas oceánicas y costeras superficiales, apareciendo de esta manera, las anomalías negativas de la temperatura superficial del mar. En la parte occidental del Pacífico ecuatorial, por efecto del arrastre del viento superficial se produce un aumento del nivel del mar, contrariamente a lo que ocurre en la región oriental. Estos procesos anómalos definen lo que se conoce como fenómeno o evento de "La Niña", característico de la fase fría del ENOS.

La situación opuesta a lo señalado en el párrafo anterior, es decir, vientos alisios débiles y cambios de dirección al oeste en las cercanías de los 180° de longitud, intensificación de la presión en Oceanía y Australia y debilitamiento sobre el Pacífico central y oriental, contribuyen a disminuir los procesos de surgencia ecuatorial, traduciéndose en la aparición de anomalías positivas de la temperatura superficial del mar en el Pacífico central y costas de Sudamérica, debilitando casi por completo los procesos asociados a la circulación de Walker. Esta condición de interacción entre el océano y la atmósfera sobre el Pacífico ecuatorial es conocida como "El Niño".

PRECIPITACION

La precipitación es la fuente principal del ciclo hidrológico, y puede definirse como el agua en forma líquida o sólida que alcanza la superficie terrestre. Viene siempre precedida de la condensación, sublimación o una combinación de amabas, y generalmente esta asociada con movimientos verticales del aire. Las formas comunes son la lluvia, la nieve, el granizo y sus variaciones.

La precipitación se forma a partir del vapor de agua, siendo, por tanto, la humedad atmosférica una condición necesaria, pero la cantidad y forma de precipitación dependerán de la acción de los otros factores climáticos, tales como el viento, la temperatura y la presión atmosférica. Así las masas de aire continentales son normalmente muy secas, por lo que la precipitación se deriva mayormente del aire marítimo húmedo, originado en los océanos.

Sin embargo la humedad no es una condición suficiente, ya que la condensación o la sublimación puede ocurrir independientemente de que tenga lugar o no la precipitación, pudiéndose acumular en las nubes una considerable cantidad de agua líquida o sólida, sin que precipite. Por ello, es útil considerar un análisis de la precipitación teniendo en cuenta los procesos que conducen a su formación.

Procesos macrofísicos que conducen a la precipitación.

La condensación se puede atribuir a una o varias causas:

1.- Enfriamiento adiabático o dinámico
2.- Mezcla de masas de aire a diferente temperatura y humedad
3.- Enfriamiento radiativo.
4.- Enfriamiento por contacto

Sin embargo, la causa más importante es el enfriamiento dinámico o adiabático, ya que éste es el proceso que produce casi toda la precipitación. La niebla, el rocío y la escarcha asociadas al enfriamiento por radiación y por contacto también contribuyen a la transferencia de humedad desde la atmósfera a la superficie terrestre, raramente producen una cantidad apreciable de precipitación respecto al total. La Condensación del vapor de agua en gotitas nubosas ocurre sobre pequeñas partículas higróscópicas, denominadas núcleos de condensación, normalmente menores a 1mm de diámetro. Las partículas salinas provenientes de los océanos y las procedentes de las combustiones que contienen óxidos nitrosos y sulfurosos constituyen los núcleos más activos. El mecanismo natural de condensación por sí sólo no puede producir ninguna forma significativa de precipitación pues tardaría aproximadamente un día para dar lugar a la formación de pequeñas gotas de lluvia (de aproximadamente 3 mm. ) a partir de un núcleo de condensación.

CAMBIO CLIMATICO

La capa más baja de la atmósfera, conocida como troposfera, contiene a los gases que son responsables en gran parte de la temperatura del planeta, y por lo tanto, de crear condiciones aptas para la vida. El efecto invernadero se presenta al existir en la atmósfera gases capaces de absorber radiación infrarroja de onda larga, emitida por la Tierra. Estos existen naturalmente en la atmósfera en pequeñas concentraciones por lo que son gases trazas, y entre los más mportantes son el dióxido de carbono (CO2), el óxido nitroso (N2O), el metano (CH4), los cloroflurocarbonos (CFCs). Además está el vapor de agua juega no sólo un rol importante en la absorción de la radiación infraroja sino también en el ciclo hidrológico.

La Tierra recibe radiación proveniente del sol calentando la superficie. La Tierra por su parte adquiere una temperatura y emite radiación de onda larga que es absorbida por los gases trazas de la atmósfera que reemiten parte de la radiación atrapa de vuelta a la Tierra produciendo un efecto invernadero natural que permite un balance térmico en el sistema Tierra-atmósfera, siendo éste el responsable que la temperatura media planetaria de la superficie sea aproximadamente 15°C, esto es unos 33°C más alta de lo que seria si no se produjera este efecto.

Debido al aumento antropogenico en las concentraciones atmosféricas de gases trazas o de invernadero, se pueden esperar aumentos en la temperatura de aire al haber un reforzamiento de efecto invernadero; es decir, a mayor concentración de los gases trazas hay mayor absorción de radiación infrarroja (de onda larga emitida por la Tierra) y con ello mayor calor queda atrapado en el sistema Tierra-atmósfera. La consecuencia de lo anterior, es un aumento de la temperatura de aire troposférico. Esta problemática da lugar al llamado Calentamiento Global y en un contexto más general, Cambio climático global. Otro aspecto está relacionado con la disminución de ozono a nivel estratosférico, el cual si bien no provocará cambios en el régimen climático, su importancia es que los niveles naturales de concentración de ozono estratosférico permite la vida en el planeta, debido a que filtra la radiación ultravioleta.

Del calentamiento Global se empezó a hablar a fines del siglo XIX, en que se especuló que el aumento del dióxido de carbono era inevitable debido al crecimiento exponencial del uso en los procesos productivos de maquinaria con combustión a carbón y petróleo. Diversos estudios, indican que en el último siglo la temperatura global, en promedio, ha aumentado. Al realizar un análisis del período, se pueden notar dos etapas de calentamiento, una que va aproximadamente de 1915 a 1945 y otra que empezó después de la década del 70 y que continua hasta la fecha.

METODOS DE PRONOSTICO:
Actualmente existen diferentes métodos para realizar un pronóstico. El método que un pronosticador utilice depende básicamente de su experiencia, la cantidad de información disponible, del nivel de dificultad que presenta la situación y del grado de exactitud o confianza necesaria en el pronóstico.

El Método de la persistencia (Hoy es igual a mañana)
Es la manera más simple de hacer un pronóstico, este método asume que las condiciones atmosféricas no cambiarán en el tiempo. Por ejemplo si hoy es un día soleado con 20º C, por éste método se asume que mañana será soleado y con 20º C, también. Si 2 mm de precipitación cayeron hoy, se asume que 2 mm caerán mañana.
Este método trabaja bien cuando los patrones atmosféricos cambian poco y los sistemas en los mapas del tiempo se mueven muy lentamente. Este método trabaja bien para pronósticos de temperatura, donde este parámetro varía muy poco. Por lo tanto, si las condiciones cambian significativamente de un día a otro, el método de la persistencia falla y no es el mejor método para pronosticar.

El Método de la tendencia (Usando matemáticas)
Este método involucra el cálculo de la velocidad de centros de altas y bajas presiones, frentes y áreas de nubes y precipitación. Usando esta información el pronosticador puede predecir donde se espera estas características en un tiempo futuro. Por ejemplo si se observa un sistema de tormentas a 1000 Km, moviéndose a una velocidad de 250 Km por día, usando el método de tendencia se puede predecir que este sistema llegara en 4 días. El uso de este método para predecir dentro de un lapo de tiempo corto es conocido como “Nowcasting” y es frecuentemente usado para predecir precipitación. Por ejemplo si hay un línea de tormentas a 60 km. al oeste de nuestra posición y moviéndose con dirección sureste a 30 km. por hora, podríamos predecir que esta llegará en 2 horas. El método de la tendencia trabaja bien con sistemas que se mueven en la misma dirección y a la misma velocidad por un largo periodo. Si los sistemas aceleran, desaceleran, cambian de intensidad o dirección, este método no trabajará bien.

El Método climatológico
El método climatológico es otra forma simple de realizar un pronóstico. Este método involucra el uso de promedios estadísticos de las variables atmosféricas, acumulados de muchos años. Por ejemplo si se quiere predecir como estará el tiempo para el día 20 de junio, se podrían usar los datos promediados de los registros de todos los días 20 de junio de varios años, conocidos como “Normales” (diarias), y usar esta información para pronosticar este día.
Si esos promedios computaron 19º C y 0,0 mm de lluvia, entonces por este método se pronosticaría 19º C y 0,0 mm de lluvia para ese día. El método climatológico trabajará bien mientras que los patrones climatológicos sean similares para la fecha escogida, pero si los patrones son diferentes (se tiene un comportamiento anómalo en la fecha escogida) este método fallará.

El Método análogo
El Método Análogo es un método algo complicado. Supone examinar el escenario del pronóstico actual y recordar un día en el pasado en el cual el escenario meteorológico fue muy similar (un análogo). El pronosticador podría predecir que el tiempo en este pronóstico será muy similar al ocurrido en el pasado.

Por ejemplo, si observamos que hoy es un día caluroso y un frente frío se esta aproximando. Ud. recuerda que la semana anterior tuvo un día caluroso y un frente frío aproximándose, arrojo unas fuertes tormentas que se desarrollaron en la tarde. Por lo tanto Ud. podría predecir que el actual frente arrojará unas fuertes tormentas en la tarde de hoy.
Este método es muy difícil debido a que es virtualmente imposible encontrar un análogo perfecto, varias características del tiempo raramente se repiten en el mismo lugar, donde ellos fueron anteriormente observados, aún más, pequeñas diferencias entre el tiempo actual y el análogo, pueden conducir a resultados muy diferentes al esperado. Aunque, si se archivan muchas condiciones meteorológicas, existen mejores posibilidades de encontrar un análogo, por lo que las condiciones de pronosticar con este método mejoraría.