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Estimacion de la presion atmosferica de localidades venezolanas.

Estimation of the atmospheric pressure of Venezuelan locations

Introduccion

La atmosfera es la tenue envoltura gaseosa que rodea a nuestro planeta. El gas de esa envoltura recibe el nombre de aire. A nivel medio del mar el peso molecular del aire puro y seco es 28,9644 gr/mol y sus principales constituyentes volumetricos son Nitrogeno ([N.sub.2]) con 78,0840 %, Oxigeno ([O.sub.2]) con 20,9476 % y Argon con 0,9234 % [1]. La presion atmosferica P (hPa) es el peso unitario en la base de una delgada columna vertical de aire atmosferico que se extiende desde el lugar en consideracion hasta grandes alturas en el orden de 80 km. El valor estandar de P es 1013,25 hPa que equivale tanto a 760 mmHgn como a 29,92126 inchHgn; la n de Hgn se refiere a mercurio Hg normal (a temperatura 0[grados]C con densidad 13,5951 gr/[cm.sup.3] en gravedad 9,80665 m/[s.sup.2]) [1,2]. Para medir la siempre cambiante P de una localidad se usa un barometro colocado aproximadamente a 1 m sobre el suelo siempre a la sombra; pero este barometro tiene que estar calibrado contra algun patron tal como el de SENCAMER (Servicio Autonomo Nacional de Normalizacion, Calidad, Metrologia y Reglamentos Tecnicos) en Maracay (Venezuela) [3]; existen otras alternativas para calibrar barometros como por ejemplo la comparacion con radio-sondeos reales y virtuales [4,5]. Debido a que los barometros patrones de Hg miden la presion atmosferica contra el vacio, el nombre exacto de P es presion atmosferica absoluta. Hay que resaltar 4 aspectos: (a) la altitud Z (m) sobre el nivel medio del mar de la medicion de P es la altitud del elemento sensible del barometro, (b) existe una variable denominada presion reducida al nivel medio del mar (en ingles Sea Level Pressure, SLP (hPa) que se calcula aplicando a P una tasa natural de variacion vertical local, (c) existe otra variable denominada QNH (hPa) de aviacion que es la reduccion de P al nivel medio del mar pero usando la atmosfera estandar OACI (Organizacion de Aviacion Civil Internacional) en lugar de la tasa natural [1,6] y (d) aquel valor 1013,25 hPa parece pero no es la SLP media mundial la cual es 1011,5 hPa determinada aqui con el sistema Reanalisis [7]. La Figura 1 muestra un esquema explicativo.

El valor minimo de P es desde luego 0.00 hPa pero el valor maximo cerca del suelo esta en el orden de 1060 hPa (Siberia, Rusia). Aqui se emplea basicamente la hora UTC (Universal Time Coordinated). La mejor forma de conocer la P de una localidad es su medida con un barometro ya calibrado pero en oportunidades no poseemos ese instrumento o estamos lejos de esa localidad o el dato del aeropuerto cercano esta faltando; entonces habria que estimar P; no se encontro bibliografia moderna que trate este asunto. Ver mas detalles de las mediciones de presion en [8]. El presente articulo trata este estimado con el siguiente objetivo.

Objetivo

El objetivo del presente articulo es el desarrollo de informacion que permita la estimacion de P (hPa) para la altitud Z (m) de interes en forma expedita para cualquier localidad de Venezuela.

Metodologia.

Los pasos para cumplir el objetivo son: (a) definicion del area de estudio, (b) cuantificacion de la marea atmosferica en Venezuela, (c) sintesis de la variacion altitudinal de P, (d) establecimiento de rutina de estimacion y ejemplo de calculo y (e) redaccion de discusion y conclusion.

La marea atmosferica

El area de estudio de la marea atmosferica es el area de estudio del presente trabajo mostrada en la Figura 2.

La presion P de cualquier localidad de esa area muestra una notoria fluctuacion denominada marea atmosferica que consiste en la ocurrencia de dos maximos y dos minimos en lapsos de 24 horas. Para estudiar esta marea se usaron los datos medios horarios de P de 6 aeropuertos de Venezuela (Maiquetia, Maracay Base Sucre, La Carlota, Santa Elena, Puerto Ayacucho y Maturin) [9,10] de coordenadas medias 8,49[grados]N & 65.55[grados]W. Con esos datos se calculo un barograma adimensional que fue ajustado a la presion de 971,93 hPa que es la presion media anual en la superficie del territorio de la Figura 1 en la altitud media 354,2 m obtenida con [11] para el periodo 20012014. Con este mismo barograma se construyo la Serie 2 de la Figura 3. Con datos de minimos y maximos absolutos para Venezuela publicados por FAV [12] se construyo la Serie 1 para influencia anticiclonica extrema y la Serie 3 para influencia ciclonica extrema. Al suponer una rotacion terraquea de 360[grados] en 24 horas, la hora solar local para 65,55[grados]W se calcula como UTC-4h22min; para UTC=12 se obtiene la hora local solar 7:38 am en 65,55[grados]W.

Variacion altitudinal de P

Datos medios de P [12], ajustados al periodo 2001-2014, permitieron establecer la relacion P vs Z de Venezuela, la cual esta graficada en la Figura 4 con altitudes de aeropuertos y estaciones meteorologicas hasta 2125 msnm (Helipuerto Hotel Humboldt). Debido a que en [12] algunos aeropuertos reportaron SLP en lugar de P hubo que reconvertir SLP en P. La formula de la linea de la Figura 4 es:

log(P)=3,005197 - 4.958368x[10.sup.-5]xZ (1)

donde log() es el logaritmo base 10, P (hPa) es la presion y Z (m) la altitud.

Relaciones P vs Z pueden ser construidas en tiempo real si se usan la web Aviation Weather Center de NOAA (National Oceanic Atmospheric Administration, USA) y el banco de datos http weather noaa gov pub; pero hay que reconvertir QNH y SLP en P y el sistema Internet puede presentar fallas.

Rutina de estimacion

Para cualquier altitud Z, la Figura 4 permite estimar el valor esperado de P; el cual debe ser corregido con algun dato extraido de la Figura 3 segun la hora UTC y el tiempo atmosferico del momento en la localidad de interes.

Ejemplo de estimacion

J. A. Hidalgo midio con el Microbar#5 P=884,1 hPa el 16 Abr 2015 a las 12:09 Hora Legal de Venezuela HLV (16:39 UTC) en Sartenejas cerca de Caracas (Universidad Simon Bolivar) a 1189 msnm en tiempo atmosferico casi normal. Usando las Figura 3 y 4 obtuvo Pmed=883,6 hPa y [DELTA]=0,7 hPa produciendo P=884,3 hPa. El error obtenido para P es +0,2/884 cercano1:500; considerado realmente bajo. Muchos otros ejemplos arrojaron error dentro de [+ o -] 1 hPa. En presencia de lluvias el error puede mayor que [+ o -] 1 hPa.

Discusion

El error [+ o -] 1 hPa obtenido en las estimaciones puede ser mejorado si en lugar de usar UTC en las Figuras 3 y 4 se usa la hora solar de la localidad de interes la cual depende de la longitud geografica, especialmente en los limites Este y Oeste del area de estudio. En otras palabras: si se usa la hora local solar, las Figuras 3 y 4 podrian servir para lugares tropicales (0-12 [grados]N) fuera de Venezuela. Pequena diferencia entre altitud geopotencial y altitud metrica no fue considerada. La rutina puede ser aplicada tambien a buques anclados en costas de mares y rios venezolanos.

Conclusion

Ha sido posible crear un sistema de calculo que permite: (a) conocer la media natural de la presion atmosferica P (hPa) en cualquier localidad de Venezuela de altitud Z (m) conocida y (b) estimar P para cualquier momento con error [+ o -] 1 hPa para casos sin lluvias.

Recomendaciones

Se recomienda usar esta rutina de estimacion para calibracion de barometros y para calcular el QNH de lejanas pistas de aterrizaje. Se sugiere a las organizaciones (v.g. Fuerza Aerea; Armada-Observatorio Cajigal e Instituto Nacional de Meteorologia e Hidrologia de Venezuela), que publican datos de presion atmosferica en Internet especificar si se trata de P, SLP o QNH.

Referencias Bibliograficas

[1] OACI (Organizacion de Aviacion Civil Internacional). Manual de la atmosfera estandar ampliada hasta 80 km (262500 pie]. Doc7488/2. 1964-1993.

[2] OMM (Organizacion Meteorologica Mundial). Nota Tecnica No.188 TP.94 Tablas Meteorologicas Internacionales. 1973.

[3] Hidalgo, L.; Hidalgo J.: "Evaluative testing of prototype barometer", Atmosfera, Vol. 24, No. 2 (2012) 233-242.

[4] Hidalgo, L. G.: "Metodo para calibrar barometros basado en radiosondeos". Rev. Tec. Univ. Zulia. Vol. 24, No. 2 (2001) 147-153.

[5] Hidalgo, L. G. y J. A. Hidalgo. Metodo para calibrar barometros remotos. Rev. Tec. Univ. Zulia. Vol. 35, No. 2 (2012) 200-203.

[6] Hidalgo, L., Hidalgo, J.: "Reconversion del QNH de aviacion en presion atmosferica", Rev. Tec. Univ. Zulia. Vol. 36, No. 3 (2013) 9-12.

[7] Kalnay, E. and Coauthors: The NCEP/NCAR Reanalysis 40-year Project. Bull. Amer. Meteor. Soc., Vol. 77 (1996) 437-471. Pagina web Abril 2015.

[8] OMM. Meteorological Instruments and Methods of Observations, WMO No. 8. 2008.

[9] FAV (Fuerza Aerea de Venezuela). Atlas Climatologico de Venezuela (Periodo 1961-1990]. Servicio de Meteorologia, Maracay, 1984.

[10] Hidalgo, L.: "Fundamentos de un metodo de pronostico meteorologico para aeropuertos tropicales", Revista de la Facultad de Ingenieria (UCV). Vol. 9, No. 1 (1994) 9-12.

[11] Acker J. G. & G. Leptoukh. Online Analysis Enhances Use of NASA Earth Science Data. Eos, Trans. AGU, Vol. 88, No. 2. 2007.

[12] FAV. Estadistica climatologica de Venezuela (Periodo 1961-1990]. Servicio de Meteorologia, Maracay, 1993.

Recibido el 17 de enero de 2016

En forma revisada el 16 de enero de 2017

Luis Guillermo Hidalgo: Universidad Central de Venezuela, Facultad de Ingenieria Caracas, Ciudad Universitaria, Venezuela

Jesus Alfonso Hidalgo: Universidad Simon Bolivar, Escuela de Ingenieria Mecanica Sartenejas, Baruta, Venezuela

E-mails: hidalgoplaza@gmail.com, hidalgomorillo@gmail.com Telefonos: Venezuela, (+58 212) 2399792, (+58 412) 2620000

Leyenda: Figura 1. Esquema de P y SLP. Fuente: diseno propio elaborado con el apoyo del software Paint de Microsoft.

Leyenda: Figura 2. Area de estudio Fuente: diseno propio elaborado con el apoyo de la pagina web de Internet Coastline Extractor.

Leyenda: Figura 3. Desvios horarios de la marea atmosferica de Venezuela (2001-2014). Las series estan definidas en el texto. Fuente: datos, calculos y disenos graficos propios cargados en el software Excel de Microsoft.

Leyenda: Figura 4. Presion media para diversas altitudes de Venezuela (2001-2014). Fuente: datos, calculos y disenos graficos propios cargados en el software Excel de Microsoft.
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Title Annotation:Nota Tecnica
Author:Hidalgo, Luis Guillermo; Hidalgo, Jesus Alfonso
Publication:Revista Tecnica
Article Type:Ensayo
Date:Apr 1, 2017
Words:1883
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