Associació Catalana
de Meteorologia

TETHYS, revista de meteorologia - Núm. 2    

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ANALISIS HISTÓRICO DE LAS BRISAS EN CASTELLÓN

ROSA SALVADOR
MILLÁN M. MILLÁN
CEAM (Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo).
Parque Tecnológico, Sector Oeste, 46908 Paterna, Valencia, Spain.
salvador@ceam.es

1. Introducción
La dispersión de contaminantes en la atmósfera es un proceso cuya complejidad varía con el tipo de emplazamiento y las condiciones meteorológicas locales. A su vez, éstas son el resultado de la interacción entre la meteorología general, o sinóptica, modificados por la topografía y el tipo de terreno específicos del entorno. Los regímenes circulatorios de brisas costeras influyen de forma significativa en los procesos atmosféricos que gobiernan la dispersión de contaminantes, éstos están sometidos a procesos de transporte (corto y largo alcance), difusión, fumigación y recirculación. El análisis de la dispersión de contaminantes en zonas costeras, especialmente donde además concurre una orografía accidentada, resulta ser extremadamente complejo, como consecuencia fundamentalmente del carácter de los flujos meteorológicos asociados al acoplamiento de las brisas de mar/tierra y flujos catabáticos/anabáticos (cuyo origen se debe principalmente a discontinuidades en la temperatura del aire junto al suelo). Un paso previo importante en el desarrollo de una metodología o modelización que describa los fenómenos que ocurren en estos regímenes costeros complejos conlleva un estudio climático del emplazamiento. Sorprendentemente, pocos estudios climáticos de estas circulaciones meso-escalares, tan típicas del área del Mediterráneo Occidental, se han realizado para la zona de Castellón (Pérez, 1994).

Para entender los mecanismos que están involucrados en el desarrollo de este fenómeno es necesario hacer un análisis inicial de los registros históricos disponibles en la zona de estudio. En este artículo, en primer lugar, se analizan los datos históricos registrados por la estación del INM de Almazora, situada en la zona de Castellón (Figura 1), mediante la representación gráficas de rosas del viento mensuales. En segundo lugar, se seleccionan las ocurrencias de días de brisa de esta serie histórica de datos, basándose en unos criterios establecidos. Una vez extraídos los días de brisa se procede a calcular ciertos parámetros que se consideran significativos de tal fenómeno, así como las direcciones preferentes del flujo en función de la época del año y en función de la hora del día, representativos principalmente del emplazamiento donde se registran los datos. Por último, para complementar los resultados obtenidos mediante el análisis de los datos históricos se analizan los datos superficiales recogidos en unas torres meteorológicas situadas en emplazamientos significativos del flujo, durante una campaña experimental del proyecto MECAPIP (Millán et al., 1992).

Existen otras características de los regímenes circulatorios más difíciles de determinar mediante medidas rutinarias de los parámetros meteorológicos, tales como la estructura vertical de la circulación de brisa, evolución temporal y estructura espacial de la Capa Límite Interna Térmica, etc. Estas características de la brisa deben obtenerse mediante el análisis de los datos procedentes de campañas experimentales y, principalmente, mediante simulaciones realizadas con un modelo numérico de mesoescala (Salvador, 1999).


2. Descripción de la Zona

El área en estudio comprende una zona de Castellón y territorio circundante que está constituida por una planicie costera, extendiéndose más de 30 km hacia el interior, en que limita con un sistema montañoso a través del cual se abren paso varios valles estrechos (río Palancia, Turia, y Mijares) (Figura 1). Los picos significativos de las cadenas montañosas que concurren en la zona son Javalambre (2020 m), Peñarroya (2024 m) y Peñagolosa (1814 m). La topografía general de la zona muestra las siguientes características principales:

  • Una orientación SW-NE de las cadenas montañosas costeras, lo que unido a una cubierta vegetal semi-árida favorece un rápido calentamiento del suelo y por tanto un inicio temprano de la brisa ayudada por los vientos de ladera.

  • La principal cuenca aérea a considerar está delimitada por las montañas al Norte y Sudoeste de la ciudad de Castellón, que convergen tierra adentro delimitando el valle del río Mijares.

  • Avanzando progresivamente desde el mar hacia el interior, existen varias rutas posibles de entrada de brisa: la constituida por la Rambla de la Viuda y valles afluentes y los valles de los ríos Palancia, Turia y Mijares.


3. Análisis de Datos Históricos

Los datos históricos que se han analizado incluyen las medidas meteorológicas estándar registradas en la torre meteorológica de 10 metros de altura, perteneciente al Instituto Nacional del Meteorológica y situada en Almazora. El observatorio de Almazora se encuentra ubicado aproximadamente a 4 km de la costa, en medio de la llanura aluvial del río Mijares. Los datos históricos analizados comprenden el periodo desde 1983 hasta 1991, ambos inclusive, e incluyen promedios horarios de velocidad, dirección del viento y temperatura. Merece la pena adelantar que las conclusiones que se derivan de este estudio climático serán representativas principalmente de la zona donde se registraron, y teniendo en cuenta que la zona de estudio tiene una orografía bastante accidentada, las conclusiones extraídas de este análisis de datos no deberán extrapolarse necesariamente a todo el área de Castellón.

La distribución mensual de la dirección y velocidad del viento se resume en los diagramas polares, llamados comúnmente rosas de viento. La posición de las barras radiales muestra la dirección desde donde sopla el viento; la longitud del segmento indica el porcentaje de ocurrencias de viento procedente de dicha dirección, estando dividido según diferentes rangos de velocidad (de 1 a 3 m/s, de 3 a 5 m/s, de 5 a 7 m/s, y más de 7 m/s). Se han representado las rosas de los vientos mensuales utilizando promedios horarios medidos en la torre (Figura 2). En general, destaca el bajo porcentaje de calmas (v < 1m/s), si bien, los vientos flojos (de 1 m/s a 3 m/s) son los más frecuentes en todas las direcciones. Las rosas de los vientos muestran dos direcciones preferentes del flujo, NW y WNW; el resto se reparte en vientos de componente Este aunque con mucha menos frecuencia en cada uno de los rumbos individuales. Las primeras direcciones son principalmente reflejo de los vientos sinópticos que predominan en estas latitudes, que además incluyen los vientos fuertes de poniente, sumadas a los generados por los flujos locales de derrame/brisa de tierra. Los vientos de componente Este proceden de brisas y situaciones de levante, todos ellos superpuestos.

Merece la pena señalar la existencia de un viento significativo de componente W en los meses de invierno que, teniendo en cuenta donde está localizada la torre meteorológica, puede ser consecuencia probablemente de vientos locales de drenaje a lo largo del valle de Mijares. Para estos meses las componentes del primer, segundo y tercer cuadrante se reparten uniformemente en casi todo el rango de direcciones del viento, con una frecuencia mínima. Los meses de verano y primavera presentan los diagramas de mariposa típicos (representativos) de flujos de desarrollo diurno, inducidos por efectos locales. La frecuencia de ambas direcciones de vientos es aproximadamente igual, principalmente en verano, aunque presentan una mayor dispersión los vientos de componente Este.

Cabe destacar una ausencia de vientos de componente Este en los meses de Enero, Febrero, Octubre, Noviembre y Diciembre. Así pues, aparentemente la brisa comienza a ser significativa en los meses de Marzo y Abril, según se desprende en la aparición de una distribución bimodal de frecuencias. Son los meses comprendidos entre Mayo y Agosto, ambos incluidos, los que presentan vientos más fuertes y frecuentes de componente Este, sobrepasando velocidades de 5 m/s, además los vientos diurnos de componente Este, asociados a la brisa de mar y/o anabáticos, son más fuertes que los nocturnos de componente Oeste (poniente), superando los 3 m/s. En el resto de los meses, el viento es netamente de origen sinóptico del Oeste.


4. Análisis de la Brisa Mar/Tierra

La mayor dificultad en el desarrollo de una estadística de días de brisa es el establecimiento de los criterios para discriminar de forma automática los días en que se produce la brisa. Esto surge de la dificultad de separar las componentes debidas a las circulaciones locales de origen térmico y las debidas a los movimientos de escala sinóptica. Varios han sido los criterios que se han utilizado para intentar, de una forma objetiva, identificar los días en los que se llega a desarrollar la brisa. Se han establecido criterios basados en: (a) las características propias de la brisa de mar, como la detección de un cambio en dirección del viento; o bien (b) los mecanismos físicos necesarios para generar la brisa, como por ejemplo la existencia de un gradiente positivo suficiente entre la temperatura del aire y agua del mar. La mayoría de los autores revisados coinciden en una serie de criterios tales como que se produzca un cambio y evolución esperada de la dirección del viento y que el gradiente de presión sinóptico sea débil (Lyons, 1972; Hiroshi, 1981; Steyn, 1986; Redaño et al., 1991; Soler and Hinojosa, 1997). Dependiendo de las medidas experimentales a que se tenga acceso se puede, inclusive, discernir entre los diferentes tipos de brisas, con relación a la situación sinóptica. Algunos autores incluyen condiciones adicionales para la discriminación de días de brisa.

En el presente estudio los criterios utilizados para analizar y seleccionar los días con ocurrencia de brisa de mar fueron los siguientes: en primer lugar, debía existir un cambio en la dirección del viento durante el comienzo del periodo diurno, acompañado de un periodo transitorio más o menos largo. La nueva dirección establecida debía estar comprendida en el rango de rumbos ENE-SSE y, además el viento establecido debía tener una intensidad mayor o igual a 1.5 m/s (se toma esta magnitud como umbral inferior que se alcanza cuando la brisa está bien establecida y ha superado el período transitorio del régimen de brisa de tierra a brisa de mar). En segundo lugar, se exigía que simultáneamente hubiese un gradiente de temperatura aire-agua de mar positivo. Para eliminar los días que mostraban casos de brisa de mar ambigua, y para eliminar las influencias de la escala sinóptica, se excluyeron los días que presentaban gradiente de presión sinóptico fuerte. Los datos analizados con este propósito fueron las medias horarias superficiales del viento y temperatura registradas en la torre meteorológica del INM de Almazora durante el periodo 1983-1991. Estos datos se complementaron con los mapas de presión superficial del boletín del INM. La temperatura del agua del mar, facilitada por la C.T. de Castellón, se ha utilizado junto con los datos meteorológicos para el análisis de situaciones de brisas.

El hecho de haber descartado aquellos días en que la diferencia de temperatura aire-agua era negativa en el momento en que se suponía que debería comenzar a soplar la brisa, y de hecho existía una dirección del viento de componente Este, es debido a que estos vientos no pueden considerarse generados por condiciones locales, al no haberse establecido un gradiente de presión entre el mar y la tierra, puesto que no existe la diferencia de temperatura correspondiente, de lo que se desprende que probablemente sean de origen sinóptico. Por otro lado, los criterios que se han tenido en cuenta para la selección de días de brisa no son necesariamente suficientes, habiéndose seleccionado los días que presentan una variación típica de brisa, excluyéndose aquellos que presentan un patrón más o menos irregular de brisa. Por otro lado, el desarrollo de la brisa de mar conlleva frecuentemente la existencia de un flujo de retorno en las capas superiores, presencia que no se ha tenido en cuenta a la hora de seleccionar los días de brisa, puesto que no se disponía de registros históricos de perfiles verticales del viento. También hay que tener en cuenta que las cadenas montañosas están orientadas paralelamente a la costa, con lo cual es de esperar un acoplamiento de la brisa con los vientos anabáticos/catabáticos, los cuales se superponen a la brisa mar/tierra. Este aspecto es difícil de discriminar en el análisis de los datos puesto que ambos vientos son térmicamente inducidos.

El parámetro utilizado para analizar los días con ocurrencia de brisa es la componente del viento normal a la costa, en contraposición con otros estudios que analizan la componente zonal y/o meridional. La componente de brisa o velocidad de brisa se define como la componente de la velocidad de viento normal a la costa y se formula como sigue:

(1)

(1) donde f es el ángulo de la perpendicular a la costa y f' es la dirección del viento observada. Se supuso una orientación de la costa igual a 45N - 225S, tomando f un valor de 135 grados, de forma que se obtienen valores negativos para Vb durante las condiciones nocturnas de drenaje por el valle de Mijares, solapados con la brisa de tierra, y positivos para situaciones de vientos de brisa de mar acopladas con vientos anabáticos y ladera arriba.

Una vez extraídos los días con ocurrencia de brisa de la serie histórica (seleccionados según los criterios descritos más arriba) se realizó un estudio detallado de algunos de los parámetros significativos del régimen de brisas. La Tabla 1 presenta la estadística para cada uno de los meses del año deducidas del análisis de los datos correspondientes a los días seleccionados como de brisa. Los parámetros que caracterizan las condiciones de disparo de la brisa (Vmed, Dmed, Tmed, y Hmed) se consideran cuando ésta tiene cierta intensidad, es decir la velocidad alcanzada por ésta ha superado el periodo transitorio y es mayor de 1.5 m/s. Se debe señalar que los datos meteorológicos son promedios horarios y por ello la estadística obtenida se refiere a dicha resolución temporal. Además, los registros históricos incluyen la dirección del viento únicamente de las 16 direcciones estándar de la rosa del viento.

Tabla 1. Valores medios de algunos parámetros característicos de la brisa de mar-tierra. Tagua- Temperatura media del agua (C); Nbrisa- Ocurrencias de días de brisa; Vmed- Velocidad media del comienzo (disparo) de brisa (m/s); Dmed- Dirección media del comienzo (disparo) de la brisa del mar (grados); Enoche- Extensión del viento nocturno (km); Edía- Extensión del viento diurno (km); Tmed- Temperatura media en el momento en que se dispara la brisa de mar (C); Hmed- Hora media de disparo de brisa de mar (UTC).

La temperatura media del agua de mar para la serie de datos correspondiente al año 1983 alcanza el máximo valor en los meses de Julio y Agosto con 26.3° C y se mantiene bastante cálida hasta bien entrado el mes Octubre, teniendo para este año un valor medio de 23.2° C (Tabla 1, Tagua). Debe señalarse que la temperatura del mar facilitada por la C.T de Castellón es la utilizada en la operación de la planta, siendo éste un valor indicativo de la temperatura del agua de mar, es sabido el fuerte gradiente de temperatura que puede tener el agua del mar, así como la temperatura del aire sobre tierra. En general, la curva que representa la diferencia de temperatura del aire y agua esta desfasada con la curva de la velocidad de la brisa para aquellos días que se han supuesto típicos de brisa, lo cual es debido a que se necesita un cierto período de tiempo, con una diferencia de temperatura positiva, antes de que la brisa empiece a soplar, pero una vez establecida la brisa, la temperatura del aire disminuye o se estabiliza debido a la entrada de aire frío del mar (Salvador, 1990). Como era de esperar, el mes de Julio es el mes con mayor ocurrencia de brisas y Enero es el mes con menos ocurrencias, dando cuenta de la amplitud del periodo de insolación y de la intensidad de la misma debido a la cantidad de horas solares y declinación del Sol (ver Tabla 1, Nbrisa). Esto ha sido corroborado con la simulaciones realizadas con un modelo numérico meteorológico (Salvador, et al., 1999).

La velocidad de disparo de la brisa de mar definida a partir de la ecuación (1) bajo los criterios antes mencionados, no difiere mucho de mes en mes, aunque es ligeramente superior durante los meses de verano (Tabla 1, Vmed). La dirección de disparo de la brisa más frecuente presenta una variación mensual, aunque durante casi todo el año tiene una componente Este principal. Los datos analizados parecen denotar que la dirección de disparo de la brisa depende de la declinación del Sol, puesto que en los meses de invierno la brisa se inicia más frecuentemente con viento Sur, mientras que en los meses centrales de verano lo hace con componente Este. Esto permite suponer la gran influencia de la topografía, como consecuencia del calentamiento más eficaz de las laderas, que es capaz de conducir la brisa de mar que, en teoría, debería comenzar perpendicular a la costa, con una dirección SE (la línea de costa tiene una orientación aproximada de NE-SW). Esto hace suponer que probablemente empiecen antes los vientos de ladera y después se fundan con el flujo asociado a la brisa (Tabla 1, Dmed). Este hecho ha sido corroborado también con el modelo numérico meteorológico.

Otro aspecto que se analiza es la penetración de la brisa de mar y tierra o lo que es lo mismo, el espacio recorrido por la brisa (Tabla 1, Enoche Edia). Para el cálculo de esta magnitud se supone que la velocidad es constante durante el periodo de promedio de las medidas, siendo este intervalo de tiempo igual a una hora, para el caso actual. La extensión de la brisa mar y tierra se calcula con la ecuación:

(2)

(2) donde u,v son las componentes Este-Oeste y Norte-Sur del vector viento respectivamente, y D t es igual a una hora. Este parámetro mide la distancia que viajaría una partícula si el viento fuera homogéneo y uniforme a lo largo de su desplazamiento, suponiéndose además que dicho campo de vientos viene representado por la medida tomada en el sitio de muestreo (Almazora). Es obvio que el hecho de utilizar un único punto de medida para el cálculo de este parámetro, dará una primera estimación a grosso modo del recorrido de la brisa sin tener en cuenta los efectos inducidos por la topografía, pudiendo introducir un incremento o disminución del viento o cambios en la dirección del mismo. En realidad, la penetración de la brisa corresponde a la integral (área) de las curvas dibujadas en la Figura 3, distinguiéndose entre las horas nocturnas y las horas diurnas. Teniendo en mente las limitaciones de lo que estos datos representan, se puede decir que la máxima penetración de la brisa de mar se produce en el mes de Julio, alcanzando 119 km tierra adentro, seguida muy de cerca por el mes de Junio. El mínimo alcance de las brisas diurnas se obtiene en el mes de Diciembre, con únicamente 25.8 km de penetración tierra adentro (Tabla 1, Edia). Sin embargo, la brisa de tierra, acoplada con el drenaje nocturno registrados en este emplazamiento, pueden alcanzar hasta los 136.8 km mar adentro en el mes de Enero, y un valor mínimo de 45.2 km en el mes de Julio (Tabla 1, Enoche).

La temperatura media del aire cuando la brisa se dispara es máxima, e igual a 27.6 ° C en promedio, en el mes de Julio, y mínima en el mes de Febrero (15.2 ° C) (Tabla 1, Tmed). La hora media del disparo de la brisa varía ciertamente de los meses fríos a los meses cálidos, siendo en el mes de Junio cuando antes empieza a soplar la brisa de mar (aproximadamente a las 09:30 UTC) (Tabla 1, Hmed), este parámetro representa la hora de disparo de la brisa, una vez superado el periodo transitorio. Este parámetro se comentará más delante junto con las series temporales.

Adicionalmente a estos parámetros medios mensuales de las características de la brisa se han representado las series temporales de promedios horarios para cada mes del año de la velocidad, dirección, y temperatura, a partir de los días que se seleccionaron como típicos de brisa (Figura 3). Los datos muestran que durante los meses de invierno el flujo nocturno de drenaje, acoplado con la brisa de tierra, se mantiene durante un periodo de tiempo más largo que la brisa diurna, la cual tiene un periodo promedio de unas 4-5 horas (desde aproximadamente las 13:00 UTC hasta las 17:00 - 18:00 UTC). Además, la intensidad del viento es similar durante las condiciones nocturnas y diurnas en el periodo invernal, mientras que la brisa de mar en verano avanza más tierra adentro (ver Edia tabla 1). En el mes de Abril la brisa de mar (posiblemente acoplada con el viento anabático) comienza a incrementar su intensidad, así como a alargar su permanencia, tal y como se muestra en las series temporales. Las condiciones diurnas tienen un periodo de aproximadamente 8-9 horas (desde que se dispara la brisa a las 10:30 UTC de la mañana hasta las 19-20 horas UTC).. El comienzo del periodo transitorio previo a la brisa de mar se estabiliza en los meses comprendidos entre Junio a Julio inclusive, produciéndose aproximadamente alrededor de las 8:00 UTC y extendiéndose hasta las 9:30 UTC, hora a la que se considera comienza la brisa, ésta se prolonga hasta las 21:00 UTC horas aproximadamente, lo que supone un periodo de brisa de mar de unas 11-12 horas. El periodo de brisa disminuye a partir del mes de Agosto una hora, reflejándose en el comienzo del periodo transitorio, aproximadamente a las 10:00 UTC. En otoño el periodo de brisa mar-tierra es similar a la primavera. A modo comparativo cabe señalar que el análisis de los datos obtenidos con un sodar situado en las inmediaciones de Tarragona daba una duración mínima de 2 horas para los días con ocurrencia de brisa durante los meses fríos, Diciembre y Enero, y un valor máximo de 12 horas para los meses más cálidos, Junio, Julio y Agosto (Soler and Hinojosa, 1997).

Otro aspecto que debe señalarse es el desfase entre la hora de la salida del Sol y la hora del disparo o comienzo de la brisa en todos los meses del año (Figura 3). La brisa en verano se inicia 5 horas después de la salida del Sol, siendo a las 9:30 UTC, la hora más frecuente del inicio de la brisa de mar, mientras que el orto en Valencia se produce a las 4:35 UTC en el mes de Junio. Durante los meses otoño el orto y ocaso se retrasa, por ejemplo en el mes de Octubre es a las 6:30 UTC y la brisa se dispara a las 11:30 UTC (Tabla 1, Hmed). Redaño et al. (1991) observó algo similar para la zona de Barcelona, donde en verano la frecuencia máxima del disparo de la brisa ocurre a las 9:00 UTC, es decir 3 a 4 horas después de la salida del Sol. De igual forma existe un desfase entre la puesta de sol y el cese de la brisa de mar, o comienzo del terral y/o drenaje. En verano la brisa cesa alrededor de las 21:00 UTC y el ocaso ocurre alrededor de las 19:30 UTC, lo que supone que la brisa de mar permanece de una 1 a 2 horas después de la puesta del Sol. Así pues, el viento de componente Este persiste hasta última hora de la tarde a pesar de existir una diferencia de temperatura aire-agua negativa (fuerza inercial). De igual modo, para el periodo invernal la brisa de mar cesa en promedio a las 17:00-18:00 UTC, mientras que la puesta de Sol en Enero, por ejemplo, ocurre aproximadamente las 16:45 UTC. Por último, se debe señalar que en los meses de otoño el ocaso ocurre alrededor de las 17:25 UTC y la brisa cesa aproximadamente a las 19:00 UTC.

La evolución diaria de la dirección de la brisa se analiza mejor mediante las correspondientes hodógrafas (Figura 4), las cuales representan los vectores viento promedio para cada hora (calculadas para los días de brisa seleccionados). Baste recordar que los números que aparecen en la figura representan la hora de día correspondiente al vector. La ventaja de representar las hodógrafas en vez de las rosas de viento para estos días es que se observa mejor el giro del viento (ciclo), si existe alguno. En los meses de invierno, la dirección de la brisa presenta un giro ciclónico de SSE a NE a última hora de la tarde, hecho significativo puesto que el comportamiento de una brisa típica debería tener un giro anticiclónico debido a la fuerza de Coriolis. Este giro atípico de la brisa de mar corrobora la influencia de las estructuras orográficas en la zona, pudiendo afirmarse que los vientos evolucionan según se van calentado las laderas con el recorrido del sol a lo largo de día. Los dos periodos transitorios presentan vientos en calma, y por ello no se considera significativo el cambio de la dirección del viento que se manifiesta en los mismos. Esta evolución de la dirección de la brisa de mar se mantiene hasta el mes de Abril, y a partir del mes de Mayo adquiere un giro anticiclónico hasta Agosto. Esto puede significar que la diferencia de presión entre el agua-tierra cobra ahora más importancia, incrementándose la extensión espacial y magnitud de la célula de brisa durante estos meses. Cuando la brisa alcanza la máxima velocidad la dirección permanece estacionaria y no gira (ver hodógrafa de Abril, Agosto, Septiembre y Octubre). Cabe notar la ausencia de vientos de componente SW para todos los meses, tal y como se observaba en las rosas de los vientos. Sin embargo, varios son los meses en que aparece un viento débil del primer cuadrante a última hora de la tarde (Enero, Febrero, Marzo, Septiembre, Noviembre y Diciembre) o bien a primera hora de la mañana (Junio, Julio). Por último, señalar que en Barcelona la evolución diurna muestra una rotación de la brisa de mar según las agujas del reloj, de tal forma que el viento sopla más o menos paralelo a la línea de costa (Redaño et al., 1991; Soler and Hinojosa, 1997). Sin embargo, las hodógrafas analizadas para datos de Castellón muestran que una vez se alcanza la máxima velocidad de la brisa, durante el periodo diurno (el cual depende del mes del año), la brisa de mar, acoplada con el viento de valle arriba, no cambia su dirección, sino que únicamente disminuye su intensidad, como respuesta al calentamiento solar y/o al cambio de las zonas soleadas.


5. Análisis de Datos de la Campaña del MECAPIP

La variabilidad espacial del comportamiento del flujo, reflejo de las irregularidades de la topografía, se aprecia en la representación de las hodógrafas medias (Figura 5). Éstas se han dibujado para el periodo de campaña del verano de 1989 del proyecto MECAPIP (19-28 de Julio 1989), utilizando los datos de las cuatro torres meteorológicas situados dentro del área de estudio (Figura 1). Las hodógrafas muestran el giro diurno de rotación y la posición media del vector viento respecto a la hora del día para cada unos de los emplazamientos considerados, permitiendo apreciar esta variabilidad espacial de la brisa, que a continuación se analiza en detalle.

Estación a 7 km (CS-SUR)

Para el monitor situado a 7 km de la costa, en la planicie de Castellón y a una altitud de 49 m, la figura muestra un drenaje nocturno acoplado con la brisa de tierra, con un giro ciclónico desde las 22:00 hasta las 07:00 UTC, en el que la dirección del viento rola de NNW a W (Figura 5). A continuación se da un periodo transitorio de dos horas con vientos en calma. La brisa de mar no presenta una intensidad significativa en esta estación hasta las 10:00 UTC, con un viento del ESE que vira a última horas hasta alcanzar una dirección SE a las 19:00 UTC. Merece la pena señalar la ausencia de vientos con componente SW a última hora de la tarde durante el periodo de medidas analizado, como cabría observarse en la etapa más madura de una brisa bien desarrollada, con un comportamiento típico. En el caso de una costa sin topografía, la rotación de la brisa de mar es paulatina hasta ponerse paralela a la costa a última hora de la tarde, en respuesta a la aceleración de Coriolis. Ello indica que existen otros mecanismos conductores del proceso meteorológico en este emplazamiento que pueden ser inducidos por las estructuras orográficas u otros procesos en otras escalas o combinación de ambas, que se debe investigar con ayuda de un modelo numérico de mesoescala. Además, se observa que el periodo de medida es bastante representativo del mes de Julio, basta observar la evolución del viento en el mes de Julio representado en la Figura 4, que es similar al representado en la estación de CS-SUR. Este emplazamiento está muy próximo a la estación de Almazora.

Estación a 38 km (Cirat)

Esta estación está situada en el fondo del estrecho valle del Mijares, aproximadamente a 38 km tierra adentro de la costa y a una altitud de 420 m. La hodógrafa media muestra un fuerte flujo nocturno de drenaje (alrededor de 4 m/s) desde las 22:00 hasta las 8:00 UTC, con un ligero giro anticiclónico (Figura 5). Este periodo viene seguido de un periodo transitorio de 9 a 10 hasta que se detecta la llegada de la brisa, con dirección E. Debe destacarse el efecto de canalización debido a las estructura y características topográficas que, acopladas con la brisa de mar, propician que los vientos se intensifiquen, alcanzando velocidades alrededor de 6 m/s. No se aprecia ningún giro del viento en este emplazamiento durante las horas del día, sino que parece que aquél se mantiene fijo en una dirección canalizado por la estructura orográfica del valle.

Estación a 75 km (Valbona)

La hodógrafa media de la torre situada más al interior, a 950 m de altitud, en una planicie y a 75 km de la costa, muestra un viento nocturno débil de componente Norte (N-NNW, sin giro) de 23:00 UTC a 07:00 UTC (Figura 5). Un flujo diurno del ESE comienza alrededor de las 10:00 UTC. La llegada de la celda de brisa tierra adentro, donde estaba situada la torre ocurre entre las 13:00 y las 14:00 UTC (cuando la intensidad del viento es mayor de 1.5 m/s). Durante el análisis de los datos de la campaña experimental se pudo deducir que la llegada de la brisa en este emplazamiento ocurría a esta hora porque estaba acompañada de un incremento de la velocidad del viento y de los niveles de concentración de ozono (Millán, et al., 1992). En este caso se utilizó el ozono como un trazador del flujo. Durante el periodo nocturno la dirección del flujo persiste. Aunque se alcanzan temperaturas muy bajas en este emplazamiento, el drenaje y/o viento de ladera no es fuerte y tienen una componente Norte durante todo el periodo que va desde las 23:00 UTC hasta las 7:00 UTC, pasando por periodos transitorios de vientos en calma (a las 22:00 UTC y a las 9:00 UTC).

Estación a 5 km (Monte Bartolo)

El comportamiento del flujo en este emplazamiento es absolutamente diferente del resto de las otras torres meteorológicas, lo que esta intrínsecamente ligado a las condiciones orográficas circundantes, al tratarse de un monte bastante aislado y muy próximo a la costa (Figura 5). Esta torre meteorológica está situada en una montaña de aproximadamente 729 m de altitud, a 5 km de la costa. A primeras horas de la noche se registran vientos débiles del NW y de madrugada del SE, mientras que durante las horas diurnas predomina la dirección W, con intensidad algo mayor, alcanzado para este periodo de medidas valores medios de 4 m/s a las 14:00 UTC. La hodógrafa observada en este emplazamiento sugiere que posiblemente el sensor estuviera embebido en el flujo de retorno de la brisa, desde las 8:00 UTC hasta las 18 UTC.

6. Conclusiones

En primer lugar, debe señalarse que las conclusiones deducidas del estudio climático, por medio de la serie de datos históricos meteorológicos utilizada, son representativas principalmente de la zona donde se registraron, y teniendo en cuenta que la zona de estudio tiene una orografía muy accidentada, éstas no serán extrapolables necesariamente a todo el área de Castellón. Las representaciones mensuales de las rosas de los vientos ponen de manifiesto, debido a la forma de mariposa o bimodal, la gran importancia de los flujos locales inducidos térmicamente en los meses de verano y primavera. Una vez establecidos los criterios que nos permitieron discriminar de forma automática los días con ocurrencia de brisa, se elaboró una estadística de los días de brisa, definiendo ciertos parámetros significativos de la misma. El análisis específico de los días con ocurrencia de brisas a puesto de manifiesto varios aspectos:

  • La gran frecuencia e importancia de la brisa en la zona a lo largo de todo el año. Ahora bien hay que señalar que el método utilizado para estimar la ocurrencia tiende a una sobre-estimación de la misma, debido a la falta de datos históricos en altura y a la incapacidad de discernir entre las circulaciones propiamente de brisa y las térmicamente inducidas por la topografía, que potencian a la primera, debido a la orientación de las cadenas montañosas en la zona.

  • La dirección del comienzo de la brisa más frecuente presenta una variación mensual, aunque tiene una componente Este principalmente durante todo el año. Los datos analizados parecen denotar que la dirección de disparo de la brisa depende de la declinación del Sol, puesto que en los meses de invierno la brisa se inicia más frecuentemente con componente Sur, mientras que en los meses centrales de verano lo hace con componente Este. Esto permite suponer la influencia de la topografía, como consecuencia del calentamiento más eficaz de las laderas, que es capaz de conducir la brisa de mar que, en teoría, debería comenzar perpendicular a la costa, con una dirección SE. Esto hace suponer también, que probablemente empiecen antes los vientos de ladera y después se fundan con el flujo asociado a la brisa.

  • La evolución diaria de la dirección de la brisa presenta en los meses de invierno un giro ciclónico de SSE a NE a última hora de la tarde, hecho significativo puesto que el comportamiento de una brisa típica debería tener un giro anticiclónico debido a la fuerza de Coriolis. Este giro atípico de la brisa de mar corrobora otra vez, la influencia de las estructuras orográficas en la zona. Pudiendo afirmarse que los vientos evolucionan según se van calentado las laderas con el recorrido del Sol a lo largo de día. Los meses de Mayo, Junio y Julio presentan giro anticiclónico, mientras que para el resto de los meses la dirección del flujo permanece constante durante todo el periodo de brisas. Esto puede significar que el gradiente horizontal de presión entre el agua-tierra cobra en los meses de verano más importancia, incrementándose la extensión espacial y magnitud de la célula de brisa.

  • Uno de los parámetros calculados que cabe destacar, es el referente a la extensión de la brisa, definido como la distancia que viajaría una partícula o trazador que se desplazara con el viento suponiéndose que dicho campo de vientos viene representado en toda la región por la medida tomada en el sitio donde registra esta magnitud (Almazora). De aquí se deduce que el desplazamiento del drenaje nocturno combinado con el terral en los meses de invierno (Enero, Febrero, Octubre, Noviembre y Diciembre) es comparable al desplazamiento sufrido por una partícula durante los meses de verano (Junio, Julio, Agosto ) aunque en sentido contrario. Es obvio, que el hecho de utilizar un único punto de medida para el cálculo de este parámetro, dará únicamente una primera estimación del recorrido o extensión de la brisa sin tener en cuenta los efectos inducidos por la topografía, pudiendo introducir un incremento o disminución del viento o cambios en la dirección del mismo.

El análisis de los datos recogidos durante la campaña experimental del proyecto MECAPIP ha contribuido a dar una información complementaria de la variabilidad espacial de las características atmosféricas, confirmando el efecto de la topografía sobre el flujo de la zona, durante el periodo seleccionado. Los siguientes aspectos deben ser destacados:

  • La hodógrafa del mes de Julio extraída de la serie histórica medida en Almazora y la correspondiente a la campaña experimental en (CS-SUR) son similares, lo que demuestra que el periodo experimental es representativo de las condiciones de brisa de la zona. Las hodógrafas muestran la ausencia de vientos del tercer cuadrante a última hora de la tarde en todos los emplazamientos, como cabría esperar en la etapa más madura de una brisa bien desarrollada. Siendo el primer indicio de que existían otros mecanismos conductores del proceso meteorológico en este emplazamiento (cerca de la costa) inducidos por las estructuras orográficas u otros procesos en otras escalas o una combinación de ambas, que se podría investigar con ayuda de un modelo numérico de mesoescala.


7. Agradecimientos

Parte de este trabajo ha estado financiado por la Comisión Europea y por la Comisión Interdepartamental de Ciencia y Tecnología (CICYT). Los autores desean expresar su agradecimiento al profesor José María Baldasano de la Universitat Politècnica de Catalunya por su colaboración, y a la Central Térmica de Castellón y al Instituto Nacional de Meteorología por proporcionar algunos de los datos meteorológicos utilizados. CEAM está financiado por la Generalitat Valenciana y BANCAIXA.


8. Referencias

Hiroshi, Y., 1981: "Statistical Analyses of the Sea Breeze Pattern in Relation to General Weather Conditions". J. Meteoro. Soc. Japan., 59, 98-107.

Lyons, W. A., 1972: "The Climatology and Prediction of the Chicago Lake Breeze". J. Appli. Meteoro., 11, 1259-1270.

Millán, M. M., B. Artiñano, L. Alonso, M. Castro, R. Fernandez-Patier and J. Goberna, 1992: Meso-meteorological Cycles of Air Pollution in the Iberian Peninsula (MECAPIP). Contract EV4V-0097-E. Air Pollution Research Report 44, (EUR N 14834) European Commission DG XII/E1. Brussels.

Pérez, A. J., 1994: Atlas Climático de la Comunidad Valenciana 1961-1990. Serie: Publicaciones de Divulgación Técnica. Collección Territori No 4. Generalitat Valenciana. Conselleria d'Obres Públiques, Urbanisme i Transports.

Redaño, A., J. Cruz, and J. Lorente, 1991: " Main Features of the Sea-Breeze in Barcelona" Meteoro. Atmos. Phys. 46, 175-179.

Soler, M. R. and J. Hinojosa, 1997: "A Study of Thermal and Dynamical Atmospheric Boundary Layer Structure using Acoustic Sounding". Int. J. Remote Sensing, 18 (5), 1149-1165.

Steyn, D. G. and D. A. Faulker, 1986: " The Climatology of Sea-Breezes in the Lower Fraser Valley, B. C.". Climatological Bull., 20 (3), 21-39.

Salvador, R., 1990:"Base de Conocimiento de Dispersión Atmosférica: Metodología para la Determinación de Parámetros Significativos en la Formación de Brisa Marina en Castellón". Informe CIEMAT. Diciembre 1990. 46 pp.

Salvador, R. , 1999: "Análisis y Modelización de los Procesos Atmosféricos durante Condiciones d Brisa en la Costa Mediterránea Occidental: Zona Castellón". Tesis Doctoral.

 

Figura 1. Mapa de topografía de la zona de Castellón, donde se muestran las características orográficas más relevantes del área considerada (triángulos). Se han dibujado líneas de nivel cada 250m. También se han dibujado con círculos los puntos donde se tomaban medidas (CS-SUR, CIR, BAR y VNA) y el observatorio del INM de Almazora.


Figura 2. Rosas de los vientos mensuales de los datos registrados en la estación de Almazora del INM.


Figura2. Rosas de los vientos mensuales en Almazora (continua)





Figura 3. Series horarias de promedios mensuales de los días con ocurrencia de brisa extraídos
del análisis de la serie histórica registrada en la estación de Almazora del INM.

 













Figura 4. Hodógrafas mensuales de los días con ocurrencia de brisa extraídas
del análisis de la serie de datos históricos registrados en la estación de Almazora del INM.
Los números cerca de los puntos indican la hora solar del día.

 





Figura 5. Hodógrafas de los días de campaña experimentales de las estaciones situadas en Monte Bartolo, Castellón Sur (CS-Sur), Cirat (CIR) y Valbona (VNA) (ver Figura 1). El centro representa la estación y el vector viento se dirige desde el centro hasta el punto dibujado. Los números cerca de los puntos indican la hora solar del día.

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