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GF 515Modelación atmosférica

orientada a…

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Contenidos• Clasificación y

caracterización de problemas de dispersión

• Procesos de emisión, dispersión y remoción

• Ecuación de continuidad

• Modelos– Gaussianos

– Urbanos y regionales

– Globales

• Validación

...”Le tenimos”...

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¿De qué se trata la modelación atmosférica?

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Envoltorio mayoritariamente gaseoso muy tenue

Un fluído donde prevalecen casi siempre los movimientos horizontales

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La atmósfera un fluído cambiante...caótico y complejo...perturbable

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Composición química del fluído

térmicamente estratificado en los primeros 100 km

5x1021 g76% N2

23% O2

y trazas...Ar, CO2, H2O....

LGK Mar 17 2004 GF515Rossby, 1956

Et pursimuove....

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xFwcos2vsin2x

p1

a

uw

a

uvtan

dt

du :x

yFy

p

x

2

2usin1

a

vw

a

tanu

dt

dv :y

zFugz

p

cos21

a

vu

dt

dw :z

22

1

,dt

dQ

dt

dp

dt

dTCv

Conservación del momentum

Conservación de la energía

v

. dt

dConservación de la masa

},r{},p,T,wv,u,{ t

ρRTp Ecuación de estado para gas ideal

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Pero el fluído NO es inerte químicamente ni transparente

radiativamente

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Escalas de tiempo y espacio características

Problema Escalahorizontal

Escalavertical

Escala detiempo

Locales <decenas dekm

<cientos dem

< 1 hr

Mesoescálicos decenas acientos de

km

< 1 km <10 hr

Regionales cientos amiles de km

<5 km 1-5 días

Globales >miles dekm

toda laatmósfera

> 1 año

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Recipiente de masa M

Fuentes (Q) Sumideros (S)

Tiempo de Recambio

S

M=

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Tiempo de recambio y variabilidad

Charlson, 1992

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Desde interacciones moleculares hasta sistemas de tiempo de miles de kilómetros...¡todo a la vez!

LGK Mar 17 2004 GF515Rodhe, 1992

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Graedel&Crutzen, 1993

(Denver, Co)

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http://jwocky.gsfc.nasa.gov/ozone/today.html

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http://visibleearth.nasa.gov/cgi-bin/viewrecord?8086

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SQcct

c

)'vc'.(-v..v

Dispersión y transformaciones

Emisiones Remoción

+CI & CB

Lavoisier, 1789

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Variación Localde la concentración

Variación por advección por el flujo promedio

Variación por convergenciao divergencia del aire

Variación por flujos turbulentos

Fuentes y Sumideros

SQcct

c

)'vc'.(-v..v

+CB +CI

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Usos de los modelos...

Como: Herramientas

diagnósticas• Herramientas

pronósticasHerramientas de

análisis y síntesisEtc.

Ejemplos: Contribución de buses

vs. industrias• ¿Habrá episodio

mañana?¿Cuáles son los

procesos relevantes?

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40’ 50’ 60’ 70’ 80’ 90’ 00’

HISTORIA

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Binär Elektronisk SekvensKalkylator

LGK Mar 17 2004 GF515Rossby, 1956

Eppur si muove!

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En la atmósfera rige la segunda ley de Newton

Pero siendo un sistema en rotación, se corrige por Coriolis y por centrífuga:

amf

)-vx2am(f 2r

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Las fuerzas reales son:

• Gradiente de presión

• Gravitacional

• Roce, fricción o cizalle

p1

-m

F p

rgrr

G ˆˆGM

-m

F2Tierra

rrr

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Coordenadas Meteorológicas

Ecuador

zy

xa

N

S

WE

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Coordenadas Meteorológicas

x oeste a este (zonal)

y

z

sur a norte (meridional)

abajo hacia arriba (vertical)

dt

dz

dt

da

dt

da ,,cosw)v,(u,v

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El efecto centrífugo

g*2R

g

Rgrrr

g 22

2Tierra *ˆ

GM-

R

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El efecto de CoriolisDesvío a la derecha HN

Desvío a la izquierda HS

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Ecuaciones de MovimientoxFwcos2vsin2

x

p1

a

uw

a

uvtan

dt

du :x

yFy

p

x

2

2usin1

a

vw

a

tanu

dt

dv :y

zFugz

p

cos21

a

vu

dt

dw :z

22

Sistema de ecuaciones a derivadas parciales, acoplado y no lineal

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Y claro, la energía se conserva...

1

,dt

dQ

dt

dp

dt

dTCv

En un volumen de aire, la energía interna cambia si hay transformación entre energía térmica y mecánica y/o por efectos de radiación, conducción o transf. de calor latente.

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Y la masa se conserva...

vv

..

tdt

d

Lavoisier, 1789

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xFwcos2vsin2x

p1

a

uw

a

uvtan

dt

du :x

yFy

p

x

2

2usin1

a

vw

a

tanu

dt

dv :y

zFugz

p

cos21

a

vu

dt

dw :z

22

1

,dt

dQ

dt

dp

dt

dTCv

Conservación del momentum

Conservación de la energía

v

. dt

dConservación de la masa

},r{},p,T,wv,u,{ t

ρRTp Ecuación de estado para gas ideal

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Condiciones sinópticas

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Circulaciones de mesoescala

Brisa marina y terral

Valle-Montaña