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HYSPLIT

El modelo híbrido de trayectoria integrada lagrangiana de partícula única ( HYSPLIT ) [ 1 ] es un modelo informático que se utiliza para calcular las trayectorias de las parcela...

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El modelo híbrido de trayectoria integrada lagrangiana de partícula única ( HYSPLIT ) [ 1 ] es un modelo informático que se utiliza para calcular las trayectorias de las parcelas de aire y determinar la distancia y la dirección en que viajarán , y posteriormente los contaminantes atmosféricos . HYSPLIT también es capaz de calcular la dispersión , la transformación química y la deposición de contaminantes atmosféricos . [ 2 ] El modelo HYSPLIT fue desarrollado por el Laboratorio de Recursos Atmosféricos 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 .

Desarrollo de modelos

Radiosonda, instrumento de telemetría transportado a la atmósfera por un globo meteorológico para medir diversos parámetros atmosféricos.

El interés inicial en el cálculo de trayectorias de parcelas de aire surgió de la carrera armamentística nuclear de la Guerra Fría . En 1949, el gobierno de Estados Unidos utilizó datos de viento de mediciones de globos radiosonda para determinar las posibles fuentes de trayectorias de parcelas de aire para encontrar un sitio de prueba atómica soviético . [ 4 ] La versión inicial de HYSPLIT (HYSPLIT1) se desarrolló en 1982 y obtuvo datos meteorológicos únicamente de mediciones de radiosonda , y sus cálculos de dispersión asumieron una mezcla uniforme durante el día y ninguna mezcla durante la noche. [ 5 ] La segunda versión de HYSPLIT (HYSPLIT2) mejoró HYSPLIT1 al variar la intensidad de la mezcla. [ 6 ] La tercera versión de HYSPLIT (HYSPLIT3) utilizó modelos numéricos de predicción meteorológica para calcular la meteorología en lugar de solo datos de radiosonda, 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 utiliza ampliamente tanto en aplicaciones de investigación como en eventos de respuesta a emergencias para pronosticar y establecer relaciones fuente-receptor de una variedad de contaminantes atmosféricos y materiales peligrosos. [ 1 ] Algunos ejemplos de uso incluyen:

  • Análisis de trayectoria inversa para establecer relaciones fuente-receptor [ 8 ]
  • Seguimiento y predicción de material radiactivo [ 9 ]
  • Predicciones en tiempo real del humo de incendios forestales [ 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 para PC, Mac o Linux, que utilizan una interfaz gráfica de usuario , o automatizarse mediante scripts (paquete 'PySPLIT' en Python , paquetes 'openair' y 'splitr' en R ). HYSPLIT es bastante singular, ya que se puede ejecutar en modo cliente-servidor (HYSPLIT-WEB) desde el sitio web de la NOAA, lo que permite al público seleccionar conjuntos de datos históricos o de pronóstico en cuadrícula, configurar ejecuciones del modelo y recuperar los resultados del modelo con un navegador web. Los desarrolladores de HYSPLIT ofrecen capacitaciones anuales sobre la instalación, configuración y uso del sistema de modelado y sus aplicaciones. [ 13 ]

Pronóstico del humo de incendios forestales

El modelo HYSPLIT es ampliamente utilizado por las agencias de gestión de tierras de los Estados Unidos para pronosticar los posibles impactos en la salud humana derivados del humo de incendios forestales . El humo de los incendios forestales puede afectar directamente la salud tanto del público como del personal de extinción de incendios. [ 14 ] El equipo de investigación AirFire del Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos utiliza HYSPLIT como un componente de su marco de modelado BlueSky para calcular las trayectorias probables de las masas de humo emitidas por un incendio. [ 15 ] Cuando se combina con otros modelos independientes de información sobre incendios, carga de combustible, consumo de fuego, emisiones de incendios y meteorología dentro del marco BlueSky, el usuario puede calcular las concentraciones a sotavento de varios contaminantes emitidos por un incendio, como el dióxido de carbono o las partículas en suspensión . Esta información es útil para las agencias de gestión de tierras y regulación del aire para comprender los impactos de los incendios forestales, tanto planificados como no planificados, y las consecuencias relacionadas con el humo de un espectro de tácticas de gestión de incendios forestales y estrategias de mitigación. [ 16 ] En situaciones de emergencia, los equipos de gestión de incidentes pueden desplegar asesores técnicos especializados en recursos atmosféricos para ayudar a predecir y comunicar los impactos del humo a una amplia variedad de partes interesadas, incluidos los equipos de respuesta a incidentes, los reguladores de la calidad del aire y el público en general. Los asesores en recursos atmosféricos están especialmente capacitados para interpretar los pronósticos de BlueSky y proporcionar información oportuna sobre el impacto del humo y los pronósticos para abordar los riesgos y las preocupaciones de salud pública .

Análisis de trayectoria inversa

Los resultados de la trayectoria inversa de HYSPLIT determinan las posibles fuentes de contaminación atmosférica que afectan al condado de Door, Wisconsin.

Un uso popular de HYSPLIT es determinar si los altos niveles de contaminación del aire en una ubicación son causados ​​por el transporte de contaminantes del aire desde otra ubicación. Las retrotrayectorias de HYSPLIT, combinadas con imágenes satelitales (por ejemplo, de los satélites MODIS de la NASA ), pueden brindar 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 retrotrayectorias durante períodos de tiempo prolongados (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 ] incluyendo enfoques basados ​​en frecuencia, función de contribución de fuente potencial, trayectoria ponderada por concentración y agrupamiento de trayectorias.

Por ejemplo, las retrotrayectorias 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 hasta el monitor de contaminación en el Parque Estatal de Newport . [ 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 hasta 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 las zonas más altas se mezcla más, por lo que todas las líneas de color son significativas al rastrear la trayectoria de la contaminación del aire más hacia el interior. Afortunadamente, estas corrientes de aire más altas (mostradas en verde y azul) provienen de áreas más limpias, en su mayoría rurales. [ 20 ]

Limitaciones

Aunque el modelo HYSPLIT ha mejorado desde su creación en la década de 1980, existen varias consideraciones para los usuarios. [ 21 ] Entre las principales se encuentran 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 puede tener una resolución temporal y espacial gruesa. Los usuarios deben evaluar cuidadosamente los resultados 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 los Estados Unidos (US EPA) para fines regulatorios. AERMOD , un modelo de dispersión de pluma gaussiana en estado estacionario , es el modelo preferido de la US EPA para estimar los impactos de fuentes puntuales para contaminantes emitidos primarios. [ 22 ] Los modelos de cuadrícula fotoquímica, como el Modelo Comunitario de Calidad del Aire Multiescala (CMAQ), pueden simular los complejos procesos químicos y físicos en la atmósfera (incluida la formación secundaria de contaminantes del aire) a gran escala.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Stein, AF; Draxler, RR; Rolph, GD; Stunder, BJB; Cohen, MD; Ngan, F. (2015-12-01). "Sistema de modelado de transporte y dispersión atmosférica HYSPLIT de la NOAA" . Boletín de la Sociedad Meteorológica Americana . 96 (12): 2059– 2077. Bibcode : 2015BAMS...96.2059S . doi : 10.1175/BAMS-D-14-00110.1 . ISSN 0003-0007 . 
  2. ↑ "HYSPLIT" . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
  3. 1 2 Draxler, RR; Hess, GD Una descripción general del sistema de modelado HYSPLIT_4 para trayectorias, dispersión y deposición. Aust. Met. Mag. 1998, 47, 295–308.
  4. ↑ Machta, Lester (1992-11-01). "Encontrando el sitio de la primera prueba nuclear soviética en 1949" . Boletín de la Sociedad Meteorológica Americana . 73 ( 11): 1797– 1806. Bibcode : 1992BAMS...73.1797M . doi : 10.1175/1520-0477(1992)073 < 1797:FTSOTF > 2.0.CO ; 2. ISSN 0003-0007 . 
  5. ↑ Draxler, RR y AD Taylor, 1982: Parámetros de dispersión horizontal para el modelado del transporte de largo alcance. J. Appl. Meteor. , 21 , 367-372, DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1982)021%3C0367:HDPFLR%3E2.0.CO;2 .
  6. ↑ Draxler, RR y BJB Stunder, 1988: Modelado de los perfiles de concentración de trazadores verticales de CAPTEX. J. Appl. Meteor. , 27 , 617-625, DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1988)027%3C0617:MTCVTC%3E2.0.CO;2
  7. ↑ Draxler, RR, 1992: Trayectorias integradas lagrangianas híbridas de partícula única (HYSPLIT): Versión 3.0 - Guía del usuario y descripción del modelo. Memorando técnico del Laboratorio de Recursos del Aire ERL ARL-195, 84. Disponible en línea en: http://www.arl.noaa.gov/documents/reports/ARL%20TM-195.pdf Archivado el 25/02/2021 en Wayback Machine
  8. ↑ Fleming, Zoë L.; Monks, Paul S.; Manning, Alistair J. (2012-02-01). "Revisión: Desentrañando la influencia de la historia de las masas de aire en la interpretación de la composición atmosférica observada" . Atmospheric Research . 104–105 : 1–39 . Bibcode : 2012AtmRe.104....1F . doi : 10.1016/j.atmosres.2011.09.009 . hdl : 2381/28609 . ISSN 0169-8095 . 
  9. ↑ Connan, O., K. Smith, C. Organo, L. Solier, D. Maro y D. Hebert, 2013: Comparación de las salidas de los modelos de dispersión atmosférica RIMPUFF, HYSPLIT y ADMS, utilizando procedimientos de respuesta a emergencias, con mediciones de 85 Kr realizadas en las proximidades de una planta de reprocesamiento nuclear. J. Envion. Radioact. , 124 , 266-277, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2013.06.004
  10. ↑ O'Neill, Susan M.; Larkin, Narasimhan (Sim) K.; Hoadley, Jeanne; Mills, Graham; Vaughan, Joseph K.; Draxler, Roland R.; Rolph, Glenn; Ruminski, Mark; Ferguson, Sue A. 2009. Sistemas regionales de predicción de humo en tiempo real. En: Bytnerowicz, Andrzej; Arbaugh, Michael; Andersen, Christian; Riebau, Allen. 2009. Incendios forestales y contaminación atmosférica. Avances en ciencias ambientales 8. Ámsterdam, Países Bajos: Elsevier. págs. 499-534
  11. ↑ Frie, Alexander L.; Garrison, Alexis C.; Schaefer, Michael V.; Bates, Steve M.; Botthoff, Jon; Maltz, Mia; Ying, Samantha C.; Lyons, Timothy; Allen, Michael F.; Aronson, Emma; Bahreini, Roya (2019-08-20). "Fuentes de polvo en la cuenca del Mar de Salton: un caso claro de un presupuesto de polvo impactado antropogénicamente" . Environmental Science & Technology . 53 (16): 9378– 9388. Bibcode : 2019EnST...53.9378F . doi : 10.1021/acs.est.9b02137 . ISSN 0013-936X . PMID 31339712. S2CID 198493299 .   
  12. ↑ "READY - Aplicaciones ambientales en tiempo real y sistema de visualización" .
  13. ↑ "Taller HYSPLIT" .
  14. ↑ Liu JC, Pereira G, Uhl SA, Bravo MA, Bell ML. Revisión sistemática de los impactos en la salud física derivados de la exposición no ocupacional al humo de incendios forestales. Environ Res. 2015;136:120–32
  15. ↑ Larkin, NK; O'Neill, SM; Solomon, R.; Raffuse, S.; Strand, T.; Sullivan, DC; Krull, C.; Rorig, M.; Peterson, J.; Ferguson, SA El marco de modelado de humo BlueSky. Int. J. Wildland Fire 2009, 18, 906–920.
  16. ↑ Mueller, S.; Tarnay, L.; O'Neill, S.; Raffuse, S. Atribución de los impactos del humo de los incendios forestales de 2018 en sitios del este de Sierra Nevada. Atmosphere 2020, 11 , 970.
  17. ↑ "Copia archivada" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 24-12-2014 . Recuperado el 07-11-2014 .{{cite web}}: CS1 mantenimiento: copia archivada como título ( enlace )
  18. ↑ Fleming, ZL, PS Monks y AJ Manning. 2012. “Revisión: Desentrañando la influencia de la historia de las masas de aire en la interpretación de la composición atmosférica observada”. Atmospheric Research 104-105: 1–39. doi : 10.1016/j.atmosres.2011.09.009 .
  19. ↑ Foto de la estación de monitoreo en la página 128 de WI DNR. "Plan de la red de monitoreo del aire 2016 junio de 2015" (PDF) . EPA . Consultado el 6 de febrero de 2019 .
  20. ↑ US EPA. "Wisconsin: Área costera norte de Milwaukee/Ozaukee, área del condado de Sheboygan, área del condado de Manitowoc, área del condado de Door. Designaciones de áreas finales para el documento de soporte técnico (TSD) de las normas nacionales de calidad del aire ambiente de ozono de 2015" (PDF) . Libro Verde . Consultado el 7 de febrero de 2019 .
  21. ↑ "READY - Sistema de visualización y aplicaciones ambientales en tiempo real" . Archivado del original el 19 de octubre de 2020. Consultado el 17 de noviembre de 2020 .
  22. ↑ Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., 2015. Guía sobre el uso de modelos para evaluar los impactos de las emisiones de fuentes únicas en los contaminantes formados secundariamente: ozono y PM2.5. https://www3.epa.gov/ttn/scram/11thmodconf/Draft_Guidance_SingleSource_SecondarilyFormed-07152015.pdf Archivado el 31/07/2017 en Wayback Machine
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