Introducción
Realizar medición y estudio de variables meteorológicas ha tenido un significado cada vez más importante para diferentes áreas de la cotidianidad como la agricultura, la navegación, la astronomía, la generación de energía, entre otras. Este tipo de actividades ha permitido obtener una mayor eficiencia en las labores que se van a realizar, ya que se tienen en cuenta estas variables que influyen en los fenómenos ambientales no determinísticos que se presentan en todo el planeta, dado que, al interactuar entre ellos mismos, generan cambios climáticos que pueden favorecer o afectar las labores de los seres humanos (Ramírez, Osornio, Peña, & Bustamante, 2017).
La disponibilidad de información meteorológica confiable y representativa de una zona contribuye a una buena planificación en urbanismo, ingeniería o en ordenación del territorio, también es utilizada para análisis del tiempo, pronóstico, advertencias de clima extremo, en operaciones locales que dependen del clima (operaciones en aeropuerto o vuelo, trabajos de construcción sobre tierra y mar). En la agricultura es importante para: la estimación de evapotranspiración de referencia, para estimar el consumo hídrico. Las variables o elementos climatológicos en una estación meteorológica esenciales a medir son: temperatura, humedad del aire, viento, radiación solar, precipitación y evaporación, resulta necesario determinar el valor de la información recogida en relación con su utilidad y finalidad de la misma y los instrumentos de medida deben estar homologados, ser robustos y estar bien calibrados (GUZMÁN & CERÓN, 2017)
Objetivo
Diseñar e implementar una Estación Meteorológica Artesanal dedicada a la medición de las variables ambientales: temperatura, humedad relativa, evaporación, velocidad del viento, precipitación.
Marco teórico
Estación meteorológica
Se refiere a una instalación destinada a medir y registrar regularmente diversas variables meteorológicas. Estos datos se utilizan tanto para la elaboración de predicciones meteorológicas a partir de modelos numéricos como para estudios climático (N. Gattinoni, 2011).
Además, toda la información recaudada la usaremos para saber cuándo y que tiempo deberemos regar nuestros cultivos urbanos con la finalidad de maximizar los recursos y el crecimiento de los cultivos.
Cabe mencionar que existen 3 tipos de estaciones meteorológicas estandarizadas que son: automáticas, convencionales y artesanales. Pero a pesar de ello, existen equipos básicos que se usan en los 3 tipos de estaciones estos son:
- Pluviómetro
- Termómetros
- Higrómetro (no muy común en estaciones artesanales)
- Tanque evaporímetro
- Anemómetro y Banderín
- Heliógrafo (no muy común en estaciones artesanales)
- Barómetro
Importancia de las estaciones meteorológicas
Desde el inicio el hombre ha debido crear estrategias para adaptarse a las condiciones climáticas. Sin embargo, el desarrollo económico y la urgente necesidad de optimizar los recursos productivos, entre los que se incluye el clima, le ha obligado a estudiar y entender mejor su comportamiento por medio de la observación sistemática y permanente de variables que lo integran, y gracias a la implementación y uso de estaciones meteorológicas manuales y automáticas. (Medina & Ramirez, 2019)
La (OMM, 2012) dice que una estación meteorológica puede contar hasta con 15 variables que se pueden medir dependiendo de la ubicación geográfica, las estaciones y de la variabilidad de otros factores, entre las cuales tenemos:
Temperatura del aire: Es la magnitud física que caracteriza el movimiento aleatorio medio de las moléculas en un cuerpo físico
Humedad Relativa: Es la relación, expresada en porcentaje, entre la presión de vapor observada y la tensión del vapor saturante con respecto al agua a la misma temperatura y presión.
Presión Atmosférica: Es la fuerza por unidad de área que ejerce sobre dicha superficie el peso de la atmósfera que está encima.
Precipitación: Producto líquido o sólido de la condensación del vapor de agua que cae de las nubes o el aire y se deposita en el suelo.
Radiación Solar: Es la energía proveniente del sol recibida por la tierra; esta energía
incidente en la superficie terrestre se manifiesta de tres maneras diferentes: directa, difusa y reflejada.
Velocidad del viento: Es una magnitud vectorial tridimensional que experimenta fluctuaciones aleatorias de pequeña escala en el espacio y en el tiempo que se superponen a un flujo organizado de mayor escala.
La fundamentación para construir e implementar este tipo de estaciones meteorológicas artesanales básicas ha sido basada en las siguientes investigaciones:
La investigación sobre la comparación entre observaciones meteorológicas obtenidas de estaciones convencionales automáticas a partir de la estimación de parámetros estadísticos, (N. Gattinoni, 2011), realiza la comparación de la calidad de los datos provenientes de ambas estaciones a partir de la estimación de distintos parámetros estadísticos, el análisis comprendió los datos de temperatura del aire y precipitación registrados durante el año 2007 por tres estaciones meteorológicas (una convencional y dos automáticas) a escala diaria y mensual. Los estimadores de parámetros estadísticos resultaron similares entre las estaciones, especialmente los calculados a partir de los datos de temperatura. Los valores acumulados anuales y extremos de precipitación fueron los que mostraron mayores diferencias. Se destaca la importancia del intervalo de medición de precipitación utilizado en cada tipo de estación y el entorno en el que se encuentran las mismas. Se propone como un objetivo a futuro, extender el periodo de análisis para evaluar la generalidad y la significancia de los resultados encontrados.
(Bastidas, Vich, & Piccolo, 2020) en su investigación menciona que se centró en cuatro fases vinculadas a la aplicación de la propuesta. Inicialmente, se aplicó la metodología planteada para calcular valores faltantes mensuales sobre la estación San Juan Aero, con N= 46 años. Adicionalmente, se comparó la propuesta con otras metodologías que utilizan estaciones adyacentes y su aplicación sobre otra estación fuera del área de estudio. Todo lo anterior fue verificado mediante nueve índices de precisión. Los resultados indican que la metodología propuesta presenta óptimos resultados en estaciones con N ≥ 30 años, 10 % de datos faltantes y con precisión superior a otras metodologías de naturaleza similar. Se utilizó el método propuesto en series de tiempo pertenecientes a estaciones fuera del área de estudio y los resultados mostraron una alta fiabilidad en el cálculo de datos faltantes. Por lo tanto, se recomienda su uso para completar series temporales de temperaturas mensuales en estaciones sin pares adyacentes.
Los investigadores (Cruz, Velasco, & Castillo, 2015) aplicaron las ecuaciones de lluvia intensa generalizada, propuestas por Bell (1969), Chen (1983) y la Organización Meteorológica Mundial (OMM) (WMO, 2009), para obtener el I 30 a partir de precipitaciones máximas en 24 h de cuatro estaciones climatológicas ubicadas en la cuenca del río Copalita, Oaxaca: Pluma Hidalgo, San Francisco Ozolotepec, San Miguel Suchixtepec y La Hamaca. Como parte de la metodología se obtuvieron las alturas de precipitaciones máximas mensuales con duración de 30 min, para periodos de retorno T de 10, 20, 25, 50 y 100 años. Los resultados se validaron con las isoyetas de intensidad de la Secretaría de Comunicaciones y Transporte (SCT), obtenidas a partir de pluviógrafo (SCT, 2000), (SCT, 2014) para diferentes duraciones y periodos de retorno. El análisis de varianza y comparación de medias para T de 10 años (Tukey, P > 0.05) indicó que los datos de la SCT no exhiben diferencia significativa en comparación con aquellos obtenidos por los métodos de Chen y OMM, pero no así en contraste con el método de Bell. Finalmente se dejaron factores recomendados para obtener el I 30 de 10 años de periodo de retorno a partir de lluvia en 24 h y 10 años de periodo de retorno para cada una de las estaciones bajo estudio.
Desarrollo
Ubicación de la estación meteorológica artesanal
La ubicación física de la estación artesanal básica fue en: Parroquia Palanda, perteneciente al cantón Palanda. 4° 38′ 59.28″(X) 79° 7′ 55.56″ (Y)
Imagen de la zona de estudio. (Fuente: Google Maps)
Materiales
- 1 Balde plástico de 20 litros
- 1 Cinta métrica
- Tijeras
- Silicona
- Base de madera
- Agua
- Embudo
- Manguera
- Cinta aislante
- Termómetro
- Botella plástica (Recomd. 2 litros)
Resumen de los datos climáticos registrados en la estación meteorológica artesanal
Análisis de resultados
Los datos para el análisis se consideran datos registrados en la estación Meteorológica artesanal ubicada en Palanda desde el 28 de abril del 2021 hasta el 3 de julio del 2021. En la estación se registraron los siguientes datos: Fecha, Hora, LTE, LVP, precipitación, evaporación, temperatura, humedad relativa y velocidad de viendo. Todos estos datos servirán para un estudio comparativo con los datos de otras estaciones meteorológicas. Para ello se procedió a limpiar los datos y obtener los promedios de los siguientes datos: lluvia, evaporación, temperatura y humedad relativa.
Una vez realizada la limpieza de datos se realizó un gráfico en el cual se puede evidenciar el cambio en los valores registrados durante los 3 meses.
Teniendo en cuenta que los datos del mes de abril corresponden a la muestra de solo 3 días, no es apropiado notar el cambio de en los datos, por otro lado, en los meses de mayo y junio se realizó el registro de datos de los meses completos por lo que realizar la comparación es más adecuado en estos se puede ver un decrecimiento en cuanto a la presencia de lluvia siendo en el mes de mayo el mes en el cual se tuvo un valor de 151,2 y en el mes de junio un valor 108,61. En cuanto a la evaporación se evidencia un pequeño cambio teniendo 8,94 en el mes de mayo y 7,01 en el mes de abril. Como siguiente dato tenemos la temperatura el cual es el único que es superior el mes de junio a mayo siendo 28,51 y 26,42 respectivamente y como último dato tememos a la humedad relativa esta no presenta un gran cambio entre los meses de mayo y junio teniendo una disminución de 74,68 a 72,17.
Entre los 3 meses se obtuvo el promedio de los siguientes datos: 358,96 de lluvia, 20,56 mm de evaporación, 28,02 grados centígrados y 64,06 de humedad relativa. Estos datos nos servirán para realizar un análisis comparativo con otras estaciones meteorológicas.
Resumen de los datos de las estaciones meteorológicas consideradas para realizar el análisis comparativo
Para el análisis comparativo se ha tomado en consideración la estación meteorológica más cercana que posea un clima similar a nuestra estación artesanal, en este marco hemos seleccionado la estación meteorológica ubicada en Yangana(M0147) de la cual se han tomado los registros publicados en los anuarios del INAMI desde el 2003 al 2013 obteniendo como resultado la siguiente tabla de resumen anual.
En esta podemos identificar un problema de registro en los años 2005 y 2004 puesto a que no existen suficientes registros de temperaturas y Humedad relativa como para sacar un promedio anual.
Análisis comparativo entre la estación artesanal y la estación metrológica Yangana (M0147)
Dado que la estación Artesanal solo ha estado activa a totalidad durante los meses de mayo y junio procederemos a comparar el registro de dichos meses con el promedio registrado en la estación Yangana durante un periodo 10 años (2003 – 2013) en los meses de mayo y junio respectivamente, cabe recalcar que para este periodo de tiempo se han despreciado los años 2004, 2005 y 2006 por carecer de suficientes datos en los meses respectivos.
En el marco anterior se ha desarrollado la siguiente tabla comparativa, misma en la que no se toma en cuenta la evaporación puesto que la Estación Yangana no registra este valor.
| Lluvia promedio 10 años (mm) | | | | | |
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Para un mejor análisis se ha graficado los datos anteriores de la siguiente manera
Con la ayuda de la grafico anterior podemos evidenciar como se mantiene la tendencia de lluvia en el mes de junio por sobre el mes de mayo, por el contrario, la tendencia de humedad relativa se muestra superior en el mes de mayo por sobre junio. Adicionalmente se evidencia como existe un incremento en la cantidad de lluvia y temperatura en la actualidad por sobre los datos pasados, y en contraste la humedad relativa ha disminuido actualmente.
Conclusiones
El incremento de los valores registrados en la estación artesanal tiene 2 potenciales razones, la primera es debido al calentamiento global que año a año aumenta y la segunda debido a la impresiones y ajustes realizados en la estación artesanal.
Existe una relación inversamente proporcional entre temperatura y humedad relativa, por otro lado, la relación H.R y lluvia es directamente proporcional.
Anexos
Comparación de datos de los meses de Mayo entre los años de 2003-2013 y el año 2021
Comparación de datos de los meses de Junio entre los años de 2003-2013 y el año 2021
Bibliografía
- Bastidas, L. B., Vich, A. I., & Piccolo, M. C. (2020). Propuesta metodológica para completar series de tiempo mensuales de temperatura cuando no existen estaciones adyacentes. Scielo.
- Cruz, H. R., Velasco, O. L., & Castillo, L. A. (2015). Estimación mensual de intensidad de la lluvia en 30 minutos a partir de datos pluviométricos. Scielo.
- GUZMÁN, B. Y., & CERÓN, M. F. (2017). DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTACIÓN METEOROLÓGICA PARA LA MEDICIÓN DE VARIABLES AMBIENTALES. (Tesis de grado). UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS, Bogota.
- Medina, C., & Ramirez, W. (2019). DISEÑO Y CONSTRUCCION DE ESTACION METEOROLOGICA, UBICADA EN. Bogota: Universidad Catolica de Colombia. Obtenido de https://repository.ucatolica.edu.co/bitstream/10983/24356/1/tesis%20final%20Camilo%20y%20Felipe%20con%20comentarios.pdf
- N. Gattinoni, T. B. (2011). Comparación entre observaciones meteorológicas obtenidas de estaciones convencionales automáticas a partir de la estimación de parámetros estadísticos. Dialnet, 75-85.
- OMM. (2012). OMM No. 49 Reglamento Técnico: Volumen I - Normas meteorológicas de carácter general y prácticas recomendadas. Ginebra: Organización Meteorológica Mundial - OMM.
- Ramírez, R. A., Osornio, R. C., Peña, M. A., & Bustamante, W. O. (2017). Estación meteorológica convencional versus automática sus diferencias evaluadas con índices estadísticos Chapingo, México. Scielo, 1301 - 1314.
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