Atmósfera (Journal)
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SYNTHETIC GENERATION OF THE NORTH ATLANTIC OSCILLATION INDEX
Get PDFIn this article synthetic records of longer duration than the historic records of the North Atlantic Oscillation Index were compared. The synthetic records were obtained using the year interchange method and the Svanidze fragments method, as well as the Fiering method. These records can be used in simulation models for the long-term analysis of the behavior of the teleconnection index, predominantly vis-á-vis climate change scenarios.En este artículo se compararon registros sintéticos de longitud más larga que los registrados históricamente para el Índice de Oscilación del Atlántico Norte. Los registros sintéticos se obtuvieron utilizando el método de intercambio de años de Grinevich y el método de fragmentos de Svanidze, así como el método de Fiering. Los registros generados se pueden utilizar en modelos de simulación para el análisis a largo plazo del comportamiento de los índices de teleconexión, principalmente relacionados con escenarios de cambio climático
CONTROL OF EMISSION RATES
Get PDFThe advection-diffusion equation is used for describing the dispersion of pollutants in a limited area. Methods for preventing dangerous levels of pollutants in ecologically important zones are suggested. The methods are based on the control of emission rates of sources and use the direct and adjoint estimates of the average pollution concentration in the zones. While the direct estimates use solutions of the pollution transport problem and permit to study the ecological situation in the whole domain, the adjoint estimates allow getting information only in the selected zones of the domain. The adjoint estimates are obtained with solutions to the adjoint problem and depend explicitly on the positions of the sources and their emission rates, and on the initial distribution of pollutants in the region. In each such estimate, the adjoint problem solution serves as the influence function that shows the quantitative contribution of every source into the pollution of the corresponding zone. This makes the adjoint estimates very efficient tools in the study of the model response to changes in emission rates and initial conditions, as well as in the development of control strategies. Both non-optimal (sufficient) and optimal control strategies are suggested. Each strategy consists in reducing the emission rates of sources, and defines maximum allowable intensity (in case of optimal control), or sufficient intensity (in case of sufficient control) of each source to avoid violations of hygiene standards. Such criteria are designed taking into account dynamic conditions in the atmosphere or ocean (sea), that is, the processes of propagation, dispersion and transformation of pollutants, as well as the number of sources to control,their locations and the sanitary norms. The control methods developed are illustrated with simple examples using two-dimensional dispersion models. However, these methods can also be applied to three-dimensional models. As an example, in the last part of the article, a three-dimensional model of dispersion is considered. In addition, to expand the scope of application of the methods of control of the intensity of sources, the optimal control strategies are applied to a source that emits a chemical substance to clean aquatic systems contaminated with biofilms (remediation) or oil (bioremediation).Se utiliza la ecuación de advección-difusión para describir la dispersión de contaminantes en un área limitada. Se sugieren métodos para prevenir niveles peligrosos de contaminantes en zonas de importancia ecológica. Los métodos se basan en el control de las tasas de emisión de las fuentes y utilizan estimaciones directas y adjuntas de la concentración media de la contaminación en las zonas. Mientras que las estimaciones directas utilizan las soluciones del problema de transporte de un contaminante y permiten llevar a cabo el estudio de la situación ecológica en todo el dominio, las estimaciones adjuntas permiten la obtención de información sólo en las zonas seleccionadas del dominio. Las estimaciones adjuntas se obtienen por medio de soluciones al problema adjunto y dependen explícitamente de las posiciones de las fuentes y sus tasas de emisión, así como de la distribución inicial del contaminante en la región. En cada estimación, la solución al problema adjunto sirve como la función de influencia que muestra la contribución cuantitativa de cada fuente a la contaminación de la zona correspondiente. Por lo tanto, las estimaciones adjuntas constituyen una herramienta muy eficaz en el estudio de la respuesta del modelo a los cambios en las tasas de emisión y las condiciones iniciales, así como en el desarrollo de estrategias de control. Se sugieren varias estrategias de control óptimas y suficientes (no óptimas). Cada estrategia consiste en reducir las tasas de emisión de las fuentes, y define la intensidad máxima admisible (en caso de control óptimo) o una intensidad suficiente (en caso de control suficiente) de cada fuente, para evitar violaciones de las normas sanitarias. En el diseño de dichos criterios se han tomado en cuenta las condiciones dinámicas de la atmósfera o el océano (mar), es decir, los procesos de propagación, dispersión y transformación de contaminantes, así como el número de fuentes que se controlan, sus ubicaciones y las normas sanitarias. Los métodos de control desarrollados se ilustran con ejemplos sencillos, utilizando los modelos de dispersión bidimensionales. Sin embargo, dichos métodos también pueden aplicarse a los modelos tridimensionales. Como ejemplo, en la última parte del artículo, se considera un modelo tridimensional de la dispersión. Además, para ampliar el ámbito de aplicación de los métodos de control de la intensidad de las fuentes, las estrategias de control óptimo se aplican a una fuente que emite una sustancia química para limpiar sistemas acuáticos contaminados con biopelículas (remediación) o petróleo (biorremediación)
THE PROPERTIES OF CONVECTIVE STORMS IN CENTRAL MEXICO: A RADAR AND LIGHTNING APPROACH
Get PDFRadar data from Cerro Catedral (a peak close to Mexico City) were used to investigate the properties of convective storms over central Mexico, a region with complex orography. The spatial distribution shows a preference for storms to form and move to the west of radar, over a narrow band of high terrain. However, the storms with the higher volumes and echo-top heights tend to be located southwestward over lower terrain. Each radar feature was matched with the number of cloud-to-ground (CG) lightning produced inside it, as retrieved from the World Wide Lightning Location Network dataset. The storms in which lightning was detected, with an average of more than six lightning bolts, clearly outperform in size and intensity the group of storms in which lightning was not detected, and tend to lie over lower terrain. The sample of over 98 000 identified cells was divided into four elevation groups to look for elevation trends in the mean properties, as reported for other Mexican regions. While the number of storms per unit area increases with terrain height, the average values for properties related to both size (area, volume, echo-top height) and intensity (maximum reflectivity, number of CG bolts, height of maximum reflectivity, maximum height of 30 dBZ echo) decrease. These results could be related to the possible shallower warm-cloud depths over the higher elevations. The diurnal cycles of convection and lightning north of the radar show a nearly typical continental regime of precipitation in that zone, with maxima at 18:00 LT in both variables. However, south of the radar, a maximum in lightning activity occurs during late night and early morning, which is linked with the deeper nocturnal convection over the lower terrain in that zone.Se emplean datos del radar de Cerro Catedral (una elevación cercana a la Ciudad de México) para investigar las propiedades de las tormentas convectivas que ocurren sobre el centro de México, una región de orografía compleja. La distribución espacial muestra que las tormentas tienden a formarse y moverse hacia el oeste del radar, sobre una banda estrecha de terreno elevado. No obstante, las tormentas con los mayores volúmenes y alturas en sus topes tienden a localizarse hacia el suroeste, sobre terrenos bajos. Cada elemento convectivo se enlazó con el número de descargas eléctricas a tierra producidas en su interior, según fueron detectadas por la World Wide Lightning Location Network (Red Mundial de Localización de Rayos). Las tormentas en las que se detectaron descargas y que tuvieron un promedio de más de seis rayos en su interior, fueron significativamente más grandes e intensas que las tormentas en las que no se detectaron descargas, y tendieron a localizarse sobre terrenos más bajos. La muestra de más de 98 000 celdas identificadas se dividió en cuatro grupos de acuerdo con la elevación, para investigar posibles tendencias de las propiedades medias relacionadas con la altura del terreno, como se ha informado para otras regiones en México. En tanto que el número de tormentas por unidad de área se incrementa con la elevación del terreno, los valores promedios de las propiedades relacionadas con el tamaño (área, volumen, tope del eco) y la intensidad (reflectividad máxima, número de descargas, altura de la reflectividad máxima, máxima altura del contorno de 30 dBZ), disminuyen. Estos resultados podrían vincularse con la posibilidad de que el espesor de la parte de la nube donde ocurren los procesos de lluvia caliente sea menor en terrenos más altos. Los ciclos diurnos de la convección y del número de descargas eléctricas al norte del radar muestran un régimen de precipitación típicamente continental, con máximos a las 18:00 LT en ambas variables. No obstante, al sur del radar el máximo de descargas se detectó cerca de la medianoche, lo cual se relaciona con la convección más profunda que ocurre sobre los terrenos bajos de esa zona durante altas horas de la noche y la madrugada
Chief Editor
Get PDFWe are very thankful to Dr. Graciela B. Raga and her coeditors for the preparation of this thematic issue, which initiates the celebration of Atmósfera's 25th anniversary
A SIMPLE MECHANISM FOR THE CLIMATOLOGICAL MIDSUMMER DROUGHT ALONG THE PACIFIC COAST OF CENTRAL AMERICA (edited by H. Diaz).
No full textThe global distribution, seasonal evolution, and underlying mechanisms for the climatological midsummer drought (MSD) are investigated using a suite of relatively high spatial and temporal resolution station observations and reanalysis data with particular focus on the Pacific coast of Central America and southern Mexico. Although the MSD of Central America stands out in terms of spatial scale and coherence, it is neither unique to the Greater Caribbean Region (GCR) nor necessarily the strongest MSD on Earth based on an objective analysis of several global precipitation data sets. A mechanism for the MSD is proposed that relates the latitudinal dependence of the two climatological precipitation maxima to the biannual crossing of the solar declination (SD), driving two peaks in convective instability and hence rainfall. In addition to this underlying local mechanism, a number of remote processes tend to peak during the apex of the MSD, including the North American monsoon, the Caribbean low-level jet, and the North Atlantic subtropical high, which may also act to suppress rainfall along the Pacific coast of Central America and generate interannual variability in the strength or timing of the MSD. However, our findings challenge the existing paradigm that the MSD owes its existence to a precipitation-suppressing mechanism. Rather, aided by the analysis of higher-temporal resolution precipitation records and considering variations in latitude, we suggest the MSD is essentially the result of one precipitation-enhancing mechanism occurring twice.Se investigan la distribución mundial, la evolución estacional y los mecanismos subyacentes de la sequía de medio verano (MSD, por sus siglas en inglés) mediante un conjunto de observaciones realizadas en estacio- nes climatológicas y datos de reanálisis con resolución espacial y temporal relativamente alta, con especial énfasis en la costa del Pacífico centroamericano y el sur de México. Aunque la MSD de Centroamérica destaca por su coherencia y escala espacial, no es exclusivo de la región del Gran Caribe ni necesariamente el más intenso del planeta, como lo demuestra un análisis objetivo de varios conjuntos de datos globales de precipitación. Se propone un mecanismo para la MSD que relaciona la dependencia latitudinal de los dos máximos climatológicos de precipitación con el cruce semestral de la declinación solar, lo cual determina la presencia de dos picos de inestabilidad convectiva y por lo tanto de lluvias. Además de este mecanismo local subyacente, una serie de procesos remotos tiende a alcanzar su punto máximo en el vértice de la MSD; dichos procesos incluyen el monzón de Norteamérica, la corriente en chorro de bajo nivel del Caribe y el anticiclón subtropical del Atlántico Norte, que también puede suprimir las lluvias a lo largo de la costa del Pacífico centroamericano y generar variabilidad interanual en la fuerza o el momento de la MSD. Sin em- bargo, los hallazgos de este estudio contradicen el paradigma existente de que la MSD debe su existencia a un mecanismo supresor de la precipitación. Por el contrario, a partir del análisis de registros temporales de mayor resolución de precipitaciones y variaciones que toman en cuenta la latitud, se sugiere que la MSD es básicamente el resultado de un mecanismo de reforzamiento de la precipitación que ocurre dos veces
PRELIMINARY ANALYSIS OF THE DEVELOPMENT OF THE CARBON TRACKER SYSTEM IN LATIN AMERICA AND THE CARIBBEAN
Get PDFThe Carbon Tracker system will play a major role in understanding CO2 sinks and sources, gas exchange between the atmosphere and oceans, and gas emissions from forest fires and fossil fuels in Latin America and the Caribbean. This paper discusses the trends in carbon fluxes in the biosphere and ocean, as well as emissions from forest fires and fossil fuel use in the above-mentioned region, using the Carbon Tracker (CT) system. From 2000 to 2009, the mean carbon fluxes for the biosphere, fossil fuel use, wildfires and the ocean in Latin America and the Caribbean were –0.03, 0.41, 0.296, –0.061 Pg C/yr, respectively, and –0.02, 0.117, 0.013, –0.003 Pg C/yr, respectively, in Mexico. The mean net carbon flux for Latin America and the Caribbean was 0.645 Pg C/yr, and 0.126 Pg C/yr for Mexico. The terrestrial sinks in Latin America and the Caribbean are dominated by the forest, agricultural, grass and shrub regions, as well as the Andes Mountains,and the net surface-atmosphere fluxes including fossil fuel are dominant in regions around large cities in Mexico,Brazil, Chile, and areas undergoing deforestation along the Amazon River. The results confirm that forest fires are an important source of CO2 in Latin America and the Caribbean. In addition, we can confirm that policies encouraging the use of ethanol in light vehicles in Brazil have helped to decrease carbon emissions from fossil fuel, and assume the effects of the Proárbol program on carbon sinks from the biosphere and from fire emissionssources in Mexico. Based on this analysis, we are confident that the CT system will play a major role in Latin America and the Caribbean as a scientific tool to understand the uptake and release of CO2 from terrestrial ecosystems, fossil fuel use and the oceans, and for long-term monitoring of atmospheric CO2concentrations.El sistema rastreador de carbono desempeñará un papel importante para mejorar la comprensión sobre las fuentes y sumideros de CO2, el intercambio de gases entre la atmósfera y el océano, y las emisiones de gases provenientes de incendios forestales y combustibles fósiles en América Latina y el Caribe. El objetivo del presente estudio es analizar las tendencias de los flujos de carbono en la biosfera y el océano, así como las emisiones procedentes de incendios forestales y el uso de combustibles fósiles en dicha región, mediante el sistema rastreador de carbono. De 2000 a 2009 el flujo promedio de carbono para la biosfera, el uso de combustibles fósiles, los incendios y el océano en América Latina y el Caribe fue de –0.03, 0.41, 0.296 y –0.061 Pg C/yr, respectivamente, y en México fue de –0.02, 0.117, 0.013 y –0.003 Pg C/yr, respectivamente. El promedio del flujo neto de carbono en América Latina y el Caribe, por un lado, y México, por el otro, fue de 0.645 y 0.126 Pg C/yr, respectivamente. En América Latina y el Caribe, los sumideros terrestres de carbono se encuentran principalmente en las regiones boscosas y agrícolas, así como en los pastizales, zonas de arbustos y en la cordillera de los Andes. Los flujos netos entre la superficie y la atmósfera que incluyen al combustible fósil son predominantes en los alrededores de las grandes ciudades de México, Brasil y Chile, al igual que en las zonas de deforestación en el Río Amazonas. Se ha comprobado que los incendios forestales son una importante fuente de CO2 en América Latina y el Caribe. Por otra parte, podemos confirmar que la política de fomento al uso de etanol en vehículos livianos en Brasil ha contribuido a disminuir las emisiones de carbono generadas a partir de combustible fósiles, y suponer el efecto del programa Proárbol en México como resultado de la absorción de carbono proveniente de la biosfera y de incendios forestales. Este estudio confirma que el sistema rastreador de carbono puede cumplir un papel importante en Latinoamérica y el Caribe como herramienta científica para comprender mejor los procesos de absorción y liberación de carbono derivados de los ecosistemas terrestres, del uso de combustibles fósiles y del océano, además de permitir una vigilancia a largo plazo de las concentraciones de CO2 en la atmósfera
Chief Editor
Get PDFIn this issue we continue to publish review articles focused mainly in mid-latitudes and the Latin American area, as a way of celebrating the 25th anniversary of Atmósfera. In this occasion, Chilean researchers P. Monsalves Gavilán, J. Pincheira Ulbrich and F. Rojo Mendoza address a subject of great importance: studies on climate change and its effects on urban environments. In their article “Climate change and its effects on urban spaces in Chile: A summary of research carried out in the period 2000-2012”, they systematize the effects associated with climate change on urban spaces in Chile reported between 2000 and 2012, based on a review of three databases: Scopus, Web of Knowledge and Scielo, and find out that only 14 research papers relate to climate change in urban spaces, most of which are case studies focused on the capital, Santiago. This fact, on the other hand, reflects something that can be said about the Latin American region: there is a need for more research on the impact of climate change on urban areas
Editor for the thematic issue
Get PDFTwenty-five years ago to this date, Atmósfera joined the already established journals in the field of the atmospheric sciences and provided a new venue for the dissemination of results of research in that area
CLIMATE CHANGE AND ITS EFFECTS ON URBAN SPACES IN CHILE: A SUMMARY OF RESEARCH CARRIED OUT IN THE PERIOD 2000-2012
Get PDFWe have systematized the effects associated with climate change on urban spaces in Chile reported between 2000 and 2012. The method was based on a review of scientific articles in three databases (Scopus, Web of Knowledge and Scielo) using 32 keywords. Only 14 research papers were found related to climate change in urban spaces, most of which were case studies focused on the capital, Santiago. The main effects on urban spaces were found in four areas: (1) increase in temperature (heat islands, heat waves), (2) health problems in vulnerable populations (cardiac complications, heat stroke, and respiratory diseases), (3) increased demand for water, and (4) damage to the urban infrastructure with resulting risk to the population. In these circumstances the following measures are needed: (1) effective incorporation of the potential impacts of climate change into territorial planning instruments, (2) increased green areas to mitigate the impact of heat waves, (3) limiting of housing or public services in areas at risk, (4) encouraging the design of adaptation plans by involving the vulnerable population, and (5) implementing water conservation measures. We conclude that climate change is causing effects in urban areas that should be considered in the design and expansion of cities.Se sistematizaron los efectos asociados al cambio climático sobre los espacios urbanos en Chile entre los años 2000 y 2012. El método se basó en la revisión de artículos científicos en tres bases de datos (Scopus, Web of Knowledge y Scielo) mediante el uso de 32 palabras claves. Los resultados mostraron sólo 14 investigaciones que relacionan el cambio climático en espacios urbanos, la mayoría de las cuales fueron estudios de casos centrados en la capital nacional. Los principales efectos sobre los espacios urbanos se basaron en cuatro aspectos: 1) incremento de temperatura (islas de calor, olas de calor), 2) problemas de salud en la población más vulnerable (complicaciones cardiacas, insolación, enfermedades respiratorias), 3) incremento en la demanda de agua y 4) daños en la infraestructura urbana con el consiguiente riesgo para la población. Ante este fenómeno se requiere: 1) la incorporación efectiva de los posibles impactos del cambio climático en los instrumentos de planificación territorial, 2) incremento de las áreas verdes que permita mitigar los impactos de las olas de calor, 3) limitar la construcción de viviendas o servicios públicos en áreas de riesgo, 4) incentivar el diseño de planes de adaptación haciendo participe a la propia población vulnerable y 5) implementar medidas de conservación del agua. Se concluye que el cambio climático está generando en los espacios urbanos efectos que deben considerarse para el diseño y expansión de las ciudades
NITROGEN DIOXIDE DOAS MEASUREMENTS FROM GROUND AND SPACE: COMPARISON OF ZENITH SCATTERED SUNLIGHT GROUND-BASED MEASUREMENTS AND OMI DATA IN CENTRAL MEXICO
Get PDFThe use of satellite data in combination with ground-based measurements can provide valuable information about atmospheric chemistry and air quality. In this study, ground-based Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) measurements of nitrogen dioxide (NO2) conducted in central Mexico are compared with the space-borne Ozone Monitoring Instrument (OMI) dataset of 2006-2011. Ground-based measurements exhibited large day-to-day variations and were on average three times higher than the space-borne derived average over the observation site. This difference is attributed to strong horizontal inhomogeneity of the lower layer of the measured NO2 columns, sampled over a large footprint from the satellite instrument. Also, a reduced sensitivity of the satellite observation near the surface, where the largest concentrations are expected, could be responsible for this large discrepancy. From the analyzed OMI dataset, distribution maps of NO2 above central Mexico were reconstructed, allowing to identify three main areas with increased NO2 column densities: The dominating metropolitan area of Mexico City, the heavily industrialized region of Tula to the north and the Cuernavaca valley to the south. In this analysis, seasonal variability of NO2 columns over central Mexico was detected, finding higher NO2 columns during the dry and cold season, followed by the dry and warm period, and finally the lowest NO2 columns were found during the rainy season. Pollution transport of this gas from Tula into Mexico City, as well as towards the Cuernavaca valley, is evident from this dataset.El uso de datos satelitales en combinación con mediciones realizadas en superficie puede proporcionar información valiosa acerca de la química atmosférica y la calidad del aire. En este estudio se comparan mediciones en superficie de dióxido de nitrógeno (NO2) realizadas mediante la técnica de espectroscopia óptica de absorción diferencial (DOAS, por sus siglas en inglés) con mediciones del instrumento satelital para la medición de ozono (OMI, por sus siglas en inglés) realizadas de 2006 a 2011. Las mediciones realizadas desde la superficie presentaron grandes variaciones diarias y fueron en promedio tres veces más altas que las columnas medidas desde el espacio. La diferencia se atribuye a una fuerte heterogeneidad horizontal presente en la capa inferior de las columnas de NO2, las cuales fueron muestreadas por el instrumento satelital a partir de un área extensa; de igual manera, esta discrepancia se atribuye a la sensibilidad reducida del satélite cerca de la superficie, donde se encuentran las mayores concentraciones. A partir de los datos del OMI analizados se reconstruyeron mapas de distribución de NO2 sobre el centro de México, y se identificaron tres áreas principales de interés: la zona metropolitana de la Ciudad de México, que fue el área predominante; la zona altamente industrializada de Tula, al norte, y el valle de Cuernavaca, al sur. En este análisis se detectaron de igual forma variaciones estacionales de columnas de NO2 sobre el centro de México: se encontraron columnas más altas durante la estación fría y seca, seguidas por las de la estación caliente y seca; las columnas más bajas se encontraron durante la época de lluvias. Este conjunto de datos evidencia el transporte de contaminación de este gas desde Tula hasta la Ciudad de México, así como al Valle de Cuernavaca