El modelo de trayectoria integrada lagrangiana híbrida de una sola partícula ( HYSPLIT ) [1] es un modelo informático que se utiliza para calcular las trayectorias de las parcelas de aire para determinar qué tan lejos y en qué dirección viajarán una parcela de aire y, posteriormente, los contaminantes del aire . HYSPLIT también es capaz de calcular la dispersión , la transformación química y la deposición de contaminantes del aire . [2] El modelo HYSPLIT fue desarrollado por el Laboratorio de Recursos del Aire de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) y el Centro de Investigación de la Oficina Australiana de Meteorología en 1998. [3]El modelo deriva su nombre del uso de enfoques tanto lagrangianos como eulerianos .
Modelo de desarrollo
El interés inicial en calcular las trayectorias de los paquetes aéreos surgió de la carrera de armamentos nucleares de la Guerra Fría . En 1949, el gobierno de los Estados Unidos utilizó datos del viento de las mediciones de globos de radiosonda para determinar las fuentes probables de las trayectorias de paquetes de aire para encontrar un sitio de prueba atómica de la Unión Soviética . [4] La versión inicial de HYSPLIT (HYSPLIT1) se desarrolló en 1982 y obtuvo datos meteorológicos únicamente a partir de mediciones de sonda radial y sus cálculos de dispersión asumieron una mezcla uniforme durante el día y sin mezcla durante la noche. [5] La segunda versión de HYSPLIT (HYSPLIT2) mejoró sobre HYSPLIT1 al variar la fuerza de mezcla. [6] La tercera versión de HYSPLIT (HYSPLIT3) utilizó modelos numéricos de predicción del tiempo para calcular la meteorología en lugar de solo datos de sonda radial, mejorando la resolución espacial y temporal del modelo. [7] HYSPLIT4, creado en 1998, sirve como base para las versiones actuales del modelo. [3]
Aplicaciones
El modelo HYSPLIT se usa ampliamente tanto para aplicaciones de investigación como para eventos de respuesta a emergencias para pronosticar y establecer relaciones fuente-receptor de una variedad de contaminantes del aire y materiales peligrosos. [1] Ejemplos de uso incluyen:
- Análisis de trayectoria inversa para establecer relaciones fuente-receptor [8]
- Seguimiento y predicción de material radiactivo [9]
- Predicciones de humo de incendios forestales en tiempo real [10]
- Polvo arrastrado por el viento [11]
- Fuentes estacionarias de emisiones antropogénicas
El modelo HYSPLIT se puede ejecutar de forma interactiva en el sitio web del Sistema de visualización y aplicaciones ambientales en tiempo real (READY) [12] o instalarse en aplicaciones de PC, Mac o LINUX, que utilizan una interfaz gráfica de usuario , o automatizarse mediante scripts ('PySPLIT 'paquete en Python , paquetes' openair 'y' splitr 'en R ). HYSPLIT es bastante inusual ya que puede ejecutarse en modo cliente-servidor (HYSPLIT-WEB) desde el sitio web de la NOAA, lo que permite a los miembros del público seleccionar conjuntos de datos históricos o de pronóstico en cuadrícula, configurar ejecuciones de modelos y recuperar resultados de modelos con una navegador. Los desarrolladores de HYSPLIT ofrecen capacitaciones anuales sobre la instalación, configuración y uso del sistema de modelado y sus aplicaciones. [13]
Previsión de humo de incendios forestales
Las agencias de gestión de tierras de los Estados Unidos utilizan ampliamente el modelo HYSPLIT para pronosticar los posibles impactos en la salud humana del humo de los incendios forestales . El humo de los incendios forestales puede afectar directamente tanto al público como a la salud del personal de incendios forestales. [14] El equipo de investigación AirFire del Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de EE . UU. Utiliza HYSPLIT como un componente de su marco de modelado BlueSky para calcular las trayectorias probables de las parcelas de humo emitidas por un incendio. [15] Cuando se combina con varios otros modelos independientes de información sobre incendios, carga de combustible, consumo de incendios, emisiones de incendios y meteorología dentro del marco BlueSky, el usuario puede calcular las concentraciones a favor del viento de varios contaminantes emitidos por un incendio, como el dióxido de carbono o Materia particulada . Esta información es útil para la gestión de la tierra y los organismos reguladores de aire para comprender el impacto de ambos previstos incendios forestales y no planificadas y las consecuencias relacionadas con el humo a través de un espectro de tácticas de manejo de incendios forestales y estrategias de mitigación. [16] En situaciones de respuesta de emergencia, los equipos de gestión de incidentes pueden desplegar asesores técnicos especializados en recursos aéreos para ayudar a predecir y comunicar los impactos del humo a una amplia variedad de partes interesadas, incluidos los equipos de incidentes, los reguladores de la calidad del aire y el público. Los asesores de recursos del aire están especialmente capacitados para interpretar los pronósticos de BlueSky a fin de proporcionar información oportuna sobre el impacto del humo y el pronóstico para abordar los riesgos y preocupaciones de salud pública .
Análisis de trayectoria trasera
Un uso popular de HYSPLIT es establecer si los altos niveles de contaminación del aire en un lugar son causados por el transporte de contaminantes del aire desde otro lugar. Las trayectorias traseras de HYSPLIT, combinadas con imágenes de satélite (por ejemplo, de los satélites MODIS de la NASA), pueden proporcionar información sobre si los altos niveles de contaminación del aire son causados por fuentes locales de contaminación del aire o si un problema de contaminación del aire fue arrastrado por el viento. [17] El análisis de las trayectorias hacia atrás durante períodos prolongados de tiempo (mes-año) puede comenzar a mostrar el origen geográfico más asociado con concentraciones elevadas. Existen varios métodos para identificar la contribución de altas concentraciones, [18] que incluyen enfoques basados en frecuencia, función de contribución de fuente potencial, trayectoria ponderada por concentración y agrupamiento de trayectorias.
Por ejemplo, las trayectorias inversas de HYSPLIT muestran que la mayor parte de la contaminación del aire en el condado de Door, Wisconsin, se origina fuera del condado. Este mapa muestra cómo viaja el aire al monitor de contaminación en Newport State Park . [19] Debido a que el monitor en el parque estatal de Newport está cerca de la costa, solo las líneas rojas (que muestran las corrientes de aire más bajas) representan de manera significativa la trayectoria del ozono hacia el monitor. Desafortunadamente, como se muestra en el mapa, estas corrientes de aire más bajas transportan aire contaminado de las principales áreas urbanas. Pero más hacia el interior, el aire de más arriba se mezcla más, por lo que todas las líneas de color son significativas al trazar el camino de la contaminación del aire más hacia el interior. Afortunadamente, estas corrientes de aire más altas (que se muestran en verde y azul) soplan desde áreas más limpias, en su mayoría rurales. [20]
Limitaciones
Aunque el modelo HYSPLIT se ha mejorado desde sus inicios en la década de 1980, existen varias consideraciones para los usuarios. [21] Entre ellos, son clave la incapacidad del modelo para tener en cuenta las reacciones químicas secundarias y la dependencia de la resolución de los datos meteorológicos de entrada, que pueden tener una resolución temporal y espacial aproximada. Los usuarios deben evaluar los resultados cuidadosamente en áreas con terreno complejo. A pesar de su uso en una amplia gama de eventos de respuesta a emergencias, HYSPLIT no es un modelo preferido o recomendado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA de EE. UU.) Para fines reglamentarios. AERMOD , un modelo de dispersión de la pluma gaussiana de estado estacionario , es el modelo preferido de la EPA de los EE. UU. Para estimar los impactos de fuentes puntuales para los contaminantes emitidos primarios. [22] Los modelos de cuadrícula fotoquímicos, como el Modelo comunitario de calidad del aire a múltiples escalas (CMAQ), pueden simular los complejos procesos químicos y físicos en la atmósfera (incluida la formación secundaria de contaminantes del aire) a gran escala.
Ver también
- Terminología de dispersión de la contaminación del aire
- Modelado de dispersión atmosférica
- Lista de modelos de dispersión atmosférica
- Conversiones y fórmulas útiles para el modelado de dispersión de aire
Referencias
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enlaces externos
- Página web oficial
- Equipo de investigación de AirFire Marco de modelado BlueSky
- Asesores de recursos aéreos