Obtención de la capa límite atmosférica mediante el método de Pasquill empleando ecuaciones de radiación solar

2. Introducción
3. Objetivo
4. Categorías de estabilidad atmosférica
5. Distancia Tierra-Sol
6. Declinación Solar
7. Posición del Sol relativa a superficies horizontales
8. Altura de la capa límite
9. Discusión de los Resultados
10. Conclusiones
11. Referencias bibliográficas

Resumen

La altura de la capa límite atmosférica es considerada uno de los parámetros básicos en la modelación de la dispersión de los contaminantes atmosféricos, existiendo gran dificultad para determinarlo, al no formar parte de las prácticas meteorológicas rutinarias. El presente estudio muestra una alternativa de solución para el caso específico de Cuba, mediante la utilización del método de Pasquill, el cual presenta también dificultad, al no existir en Cuba mediciones de nivel de insolación en las estaciones meteorológicas, para ello se utilizaron expresiones matemáticas para determinar la insolación y poder aplicar el método de Pasquill, constituyendo así la novedad del trabajo.

Palabras claves: Insolación, Capa límite atmosférica, Contaminación.

Introducción

En el presente trabajo, se realiza el análisis de la capa límite atmosférica (CLA) o altura de la capa de mezcla (Z), parámetro fundamental, en los estudios de contaminación atmosférica.

La contaminación de la atmósfera ocurre cuando las concentraciones de contaminantes alcanzan niveles capaces de provocar riesgo, daño o molestia grave para las personas, animales, vegetación, el clima y bienes de cualquier naturaleza. Tales concentraciones se producen cuando la atmósfera es incapaz de dispersar adecuadamente las emisiones que se reciben en el área, ya sea porque estas son excesivas, o porque las condiciones meteorológicas son desfavorables a la dispersión, o por la ocurrencia de la combinación de los dos factores anteriores, trayendo como resultado un caso agudo de contaminación.

La CLA o (Z), representa el estrato de aire sujeto a la influencia de la superficie terrestre. Esta definición imprecisa sobre el aire que respiramos abre un ilimitado campo de investigación orientado a descubrir cómo se comporta y cual es la extensión del estrato en el que se emiten los vertidos contaminantes y en el que se desarrolla la vida sobre la Tierra. Precisamente, en los modelos que estudian la contaminación atmosférica, la altura de la capa límite es considerada como un parámetro esencial, del que sin embargo, no es sencillo obtener información al no formar parte de las prácticas meteorológicas rutinarias que llevan a cabo los organismos responsables en materia de medio ambiente.

Aparentemente, la altura de la capa límite parece una variable sencilla. Frente a otros términos meteorológicos, su nombre no sugiere que le acompañe una compleja definición teórica ni parece existir, a priori, una gran dificultad en determinar cuantitativamente el nivel hasta el que se produce mezcla turbulenta en el aire. Sin embargo, este parámetro esencial en la modelización atmosférica presenta una enorme dificultad en su correcta estimación, no existiendo una expresión matemática que sea aceptada universalmente por la comunidad científica internacional hasta la fecha, sobre el mejor y más exacto procedimiento para determinar el espesor de mezcla atmosférico.

Pero a la dificultad en cuantificar hasta donde el aire siente la influencia de la superficie terrestre, se le une, además, la controversia en la elección de un nombre que designe apropiadamente a este estrato de aire. Así, la bibliografía sobre el tema, está repleta de términos entre los que se encuentran por ejemplo, la capa límite atmosférica, capa límite planetaria, capa mecánica, capa convectiva, de forma que ningún otro parámetro de las Ciencias Atmosféricas parece presentar tantos nombres diferentes para asignar a un mismo concepto. Las razones que han conducido a todos estos nombres solo se entienden si se retrocede en el tiempo, unos 150 años hacia atrás, situándose en los orígenes del descubrimiento del concepto de capa límite.

La historia comienza a finales del siglo XIX cuando, a raíz de los estudios sobre fluidos realizados por William Froude (1810-1879), aparece por vez primera dicho concepto. Las investigaciones de Froude estaban orientadas a estudiar los efectos de resistencia friccional en una plataforma delgada que se encontraba inmersa en agua (Garratt, 1992). Junto con su hijo Robert (1846-1924), Froude desarrolló leyes para los modelos a escala y preparó las bases del desarrollo de la teoría de la capa límite. Por aquellos años, Lord Rayleigh (1842-1919) propuso la técnica del análisis dimensional y Osborne Reynolds (1842-1912) publicó en 1883 un excelente trabajo en el que se mostraba la importancia de los efectos viscosos a través de un parámetro adimensional, denominado en su honor como número de Reynolds. Mientras tanto, la teoría de los fluidos viscosos desarrollada por Navier (1785-1836) y Stokes (1819-1903) en la que habían añadido los términos viscosos a las ecuaciones del movimiento, permanecía relegada debido a su dificultad matemática.