Muñoz, Á.G., Núñez, A., Chourio, X., Díaz

Transcripción

Centro de Modelado Científico - Reporte CMC-01-2015
Reporte Final de la Expedición Catatumbo: Abril 2015
Ángel G. Muñoz*, Alfredo Núñez, Xandre Chourio, Joaquín Díaz-Lobatón, Rómulo
Márquez, Piero Moretto, Marling Juárez, Vanessa Casanova
Centro de Modelado Científico (CMC). Universidad del Zulia. Maracaibo, 4004.
Venezuela
Alexander Quintero, Domingo Zurita, Virgilio Colmenares, Luis Vargas
Servicio Meteorológico de la Aviación Bolivariana de Venezuela (SEMETFAV). Maracay
Venezuela
Marco-Luis Salcedo, Raúl Padrón
Centro virtual de Meteorología (CvM). San Antonio de los Altos. Miranda.
Venezuela
Lucía Contreras, Hernán Parra
Gobernación del Estado Zulia
Venezuela
Catherine Vaughan y Ángel G. Muñoz
International Research Institute for Climate and Society (IRI). The Earth Institute. Columbia University
USA
Deirdre Smith
Department of Geography and Anthropology. Louisiana State University
USA
15 Mayo 2015
* Correos-e:
{agmunoz,anunez,xchourio}@cmc.org.ve
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Resumen Ejecutivo
Se presenta un resumen de las actividades de la expedición realizada entre el 12 y 15 de abril
de 2015 a la zona del Catatumbo, en el Sur de la Cuenca del Lago de Maracaibo (CLM).
En esta actividad participaron 14 expedicionarios, pertenecientes al Centro de Modelado
Científico (CMC) de la Universidad del Zulia, al Servicio de Meteorología de la Aviación
Militar Bolivariana, el Centro virtual de Meteorología (CvM), la Gobernación del Estado Zulia,
el International Research Institute for Climate and Society (IRI) y Lousiana State University
(LSU). Se lanzaron un total de 5 globos cautivos en dos campamentos distintos, 4 de ellos
portando sensores meteorológicos Ícaro -desarrollados por la División de Ingeniería (DDI)
del CMC- a 10, 500 y 1200 metros de altura, mientras que el último solo con una cámara
fotográfica para tomas aéreas de la zona. Las variables medidas fueron temperatura, presión
y humedad relativa.
El CMC ha venido estudiando los Relámpagos del Catatumbo desde 1998, por
medio de expediciones a la zona del Catatumbo y adquisición de datos, simulaciones
numéricas, modelos analíticos, análisis de datos satelitales y desarrollo de instrumentación
específicamente diseñada para estas investigaciones. Estos trabajos han permitido caracterizar
la ocurrencia de las descargas eléctricas atmosféricas en la zona, seleccionar modelos e
identificar predictores potenciales a escala diaria y estacional, lo que sugiere que es posible
establecer un Sistema Integrado de Vigilancia para la Cuenca del Lago de Maracaibo
(SIVIGILA), que considere tanto el monitoreo de determinadas variables medioambientales
como el pronóstico de distintos fenómenos meteorológicos de importancia para la CLM y las
actividades socioeconómicas que ahí se realizan.
Los modelos de predicción requieren un proceso de calibración que usa observaciones in situ.
Esto no solo implica observaciones de superficie sino también a lo largo de la columna de
atmósfera. De especial interés en el estudio de la actividad convectiva es la caracterización de
los procesos que ocurren en la capa de frontera planetaria (o PBL, por sus siglas en inglés).
Es por ello que el diseño experimental llevado a cabo para esta expedición involucró la
adquisición de datos a 10, 500 y 1200 metros de altura. Estas observaciones permitirán evaluar
qué modelos del CMC son los que mejor reproducen la realidad, y también su calibración
para poder proveer pronósticos experimentales de fenómenos atmosféricos de interés (e.g.,
descargas eléctricas, precipitaciones intensas, ráfagas de vientos, trombas marinas) para la
CLM.
El análisis preliminar de los datos adquiridos permite caracterizar la variación diurna de
oscilaciones inerciales en la CLM, que están ligadas al Jet Nocturno de Bajo Nivel (JNBN)
que modula la ocurrencia de descargas eléctricas en la zona. Los resultados preliminares
muestran que, efectivamente, hay cambios entre la superficie y los 1200 metros de altura,
que son consistentes con la ocurrencia del JNBN a las horas indicadas por las simulaciones
computacionales del CMC, específicamente un incremento de la humedad relativa y una
disminución de las temperaturas luego de las 16:30 horas (Hora Local Venezolana, HLV).
Esto es consistente con el modelo conceptual del CMC sobre la formación de los Relámpagos
del Catatumbo: el incremento de transporte de humedad desde el Caribe a partir de esas
horas, el aumento de núcleos de condensación en la zona del Catatumbo, y el descenso
paulatino de la temperatura facilitan la formación de nubes de tormenta de alto despliegue
vertical, cuyo tope máximo es el mismo de la cordillera circundante. Las velocidades de
ascenso de estos núcleos de condensación están directamente asociadas a la energía potencial
Reporte CMC-01-2015. Centro de Modelado Científico (CMC). Muñoz, Núñez, Chourio et al., 2015
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disponible de convección (CAPE, una medida de la capacidad de que ocurran tormentas).
Cuanto mayor la altura del tope de la nube y la velocidad de ascenso de estas partículas,
mayores descargas ocurren dentro de la nube; esto tiende a ocurrir luego de la puesta del sol,
cuando la temperatura disminuye significativamente. Entre la 1:00 y 5:00 horas (HLV) ocurre
el máximo de advección de masas de aire frío que bajan de las montañas hacia las zonas bajas
de la CLM, y el JNBN desaparece. Esto hace que se interrumpa la actividad eléctrica, lo cual
explica el ciclo diurno de ocurrencia de los Relámpagos del Catatumbo.
Citación sugerida
Este trabajo está disponible en el portal de publicaciones del CMC:
http://www.cmc.org.ve/portal/archivo.php?archivo=296
Se sugiere citarlo de la siguiente manera:
Muñoz, Á.G., Núñez, A., Chourio, X., Díaz-Lobatón, J., Márquez, R., Moretto, P., Juárez, M.,
Casanova, V., Quintero, A., Zurita, D., Colmenares, V., Vargas, L., Salcedo, M.L., Padrón, R.,
Contreras, L., Parra, H., Vaughan, C., Smith, D., 2015: Reporte Final de la Expedición Catatumbo:
Abril 2015. Reporte Público CMC-01-2015. Centro de Modelado Científico (CMC). Universidad del
Zulia. 20 pp. DOI: 10.13140/RG.2.1.1351.0566
Antecedentes
En el año 1998 se inician las expediciones de la Universidad del Zulia al Catatumbo para
realizar observaciones in situ de los Relámpagos del Catatumbo, en una colaboración con
el Dr. Nelson Falcón, de la Universidad de Carabobo. Estas actividades produjeron dos
artículos técnicos [Falcón et al., 2000a,b], en los que se presenta un modelo microfísico para la
ocurrencia de descargas en la zona que se basa en la auto-polarización de las moléculas de gas
metano (CH4 ), asumiendo una concentración -aún hoy desconocida- de este gas en la celda de
tormenta. Luego del año 2000 el equipo interuniversitario sigue rumbos distintos. Muñoz en
la Universidad del Zulia plantea que el modelo propuesto básicamente considera las celdas
tormentosas como sistemas estáticos al no considerar las mezclas por corrientes ascendentes
y descendentes presentes en las celdas de tormenta; otro problema importante del modelo
es que predice una mayor ocurrencia de descargas en períodos secos, mientras que lo que se
observa en el campo o en datos satelitales es precisamente lo contrario. El equipo de trabajo de
Muñoz comienza entonces a investigar las relaciones entre variables atmosféricas que puedan
proporcionar una mejor visión de la actividad tormentosa (y por consiguiente eléctrica) en
la Cuenca del Lago de Maracaibo (CLM). En Muñoz y Díaz-Lobatón [2011] se muestran las
variaciones en la actividad electroatmosférica en la región noroeste de Venezuela y se destacan
las implicaciones que tienen tanto el Chorro de Bajo Nivel del Caribe [Amador, 2008; Torrealba
y Amador, 2010] como los desplazamientos de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT)
en la fenomenología observable de los Relámpagos del Catatumbo. Por último, Díaz-Lobatón
y Muñoz [2012] muestran la alta correlación existente entre la energía potencial disponible
para convección (CAPE), vientos Norte-Sur y la actividad eléctrica en la CLM.
Investigaciones recientes del CMC indican que una caracterización de la evolución
espacio-temporal de la capa de frontera planetaria (PBL, por sus siglas en inglés) y
de la dinámica del Jet Nocturno de Bajo Nivel de la CLM (JNBN) es importante para
comprender distintos eventos atmosféricos en la cuenca, de modo que se decide dirigir
esfuerzos a campañas de observación en el Sur del Lago de Maracaibo que permitan
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caracterizar la variación sub-diaria de estos fenómenos. En consecuencia, el CMC comienza a
producir a finales de 2014 nuevas simulaciones numéricas para la CLM basadas en distintas
parametrizaciones físicas [Chourio y Muñoz, 2015]; estas simulaciones muestran que es
factible proveer pronósticos a corto (24-72 horas) y mediano (3 meses) plazo con modelos
dinámicos y estadísticos, si se tienen observaciones de la columna de atmósfera para poder
llevar a cabo los procesos de validación y calibración de los modelos.
Para adquirir estos datos, en septiembre de 2014 se solicitó a la División de Ingeniería
(DDI) del CMC el apoyo técnico y la provisión de sensores Ícaro [Moretto y Núñez, 2011;
Muñoz et al., 2011]. Estos sensores fueron diseñados específicamente para estos fines, han
sido calibrados según los estándares de la Organización Mundial de Meteorología (OMM) y
poseen una muy alta resolución.
El 10 de abril de 2015 el CMC reunió a instituciones aliadas y presentó, en rueda de prensa
y al público presente en un foro organizado para tal fin, la propuesta del Sistema Integrado
de Vigilancia para la Cuenca del Lago de Maracaibo (SIVIGILA), una iniciativa coordinada
por CMC, pero con la participación de instituciones como el Servicio Meteorológico de
la Aviación Militar Bolivariana, el Centro virtual de Meteorología (CvM), la Gobernación
del Zulia, Petróleos de Venezuela (PDVSA), el Instituto para la Conservación del Lago de
Maracaibo (ICLAM) y el International Research Institute for Climate and Society (IRI) de
Columbia University. El 17 de abril del mismo año el Gobernador del Zulia, Francisco Arias
Cárdenas, acordó apoyar institucionalmente a SIVIGILA.
Objetivos
Caracterizar la evolución temporal de la capa de frontera planetaria a distintas horas del
día por medio de mediciones de presión, temperatura y humedad. Estos datos servirán
para perfilar la evolución del Jet Nocturno de Bajo Nivel de la Cuenca del Lago y proveer
una base para la calibración de modelos de predicción atmosféricos.
Incrementar la experiencia del equipo en el lanzamiento de globos cautivos en la zona del
Catatumbo.
Iniciar un estudio antropológico que permita identificar el conocimiento tradicional de
los pobladores de la zona con características de interés sobre los fenómenos atmosféricos
en estudio (e.g., Relámpagos del Catatumbo, trombas marinas, inundaciones, sequías,
variabilidad en la pesca de cangrejo azul), así como las necesidades de los pobladores
que CMC pueda ayudar a resolver desde un punto de vista científico (e.g., predicción de
descargas eléctricas atmosféricas, lluvias, trombas marinas).
1. Introducción
El Catatumbo es la zona con mayor densidad de descargas eléctricas del planeta [Albrecht et
al., 2009]. En promedio, es tres veces más probable que una persona muera por un rayo en
el Zulia que en todos los Estados Unidos. Adicionalmente, los rayos y otras manifestaciones
meteorológicas afectan el desarrollo de actividades socioeconómicas en la Cuenca del Lago de
Maracaibo, tales como la ganadería (se estima que un número importante de ganado muere
por electrofulguración de origen atmosférico cada año), la pesca artesanal y las actividades
de exploración y explotación petrolífera y gasífera en la Cuenca. Una comprensión de los
procesos atmosféricos presentes en la CLM es importante si se desea disminuir estos impactos.
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Figura 1: La Cuenca del Lago de Maracaibo. Créditos: CMC.
La dinámica atmosférica de la CLM (Figura 1) está dominada por la presencia de (a) la
Cordillera Andina Venezolana y la Sierra de Perijá, (b) el Lago de Maracaibo, y (c) su ubicación
geográfica y cercanía del Mar Caribe. Muñoz y Díaz-Lobatón [2011], Díaz-Lobatón y Muñoz
[2012], y Muñoz y Díaz-Lobatón [2012] han realizado análisis que ponen en evidencia algunos
de los agentes que controlan la dinámica de vientos en la CLM a múltiples escalas temporales.
A escala diaria, estos autores han identificado hitos importantes que modulan la ocurrencia
de eventos meteorológicos en la Cuenca (ver Cuadro 1). Simulaciones computacionales del
CMC [Chourio y Muñoz, 2015; Muñoz y Recalde, 2010] indican que el Jet Nocturno de Bajo
Nivel (JNBN), una oscilación inercial producida en parte por diferencias de temperatura entre
distintas zonas, tiende a modular la formación de nubes de tormentas y en particular de la
actividad eléctrica en la CLM. La Figura 2 muestra la circulación de vientos de superficie a
dos horas clave (16:30 h y 04:30, de ahora en adelante se hablará de Hora Local Venezolana
-HLV-, a menos que se acote lo contrario), asociadas con el establecimiento y desvanecimiento
del JNBN; pueden apreciarse también cambios importantes en la dirección de los vientos
hacia/desde las cordilleras circundantes al Lago de Maracaibo. Observaciones in situ de
detectores de descargas en superficie y satelitales [Díaz-Lobatón y Muñoz, 2012; Muñoz y
Díaz-Lobatón, 2011] indican que el inicio y finalización de la actividad electroatmosférica
es consistente con el comportamiento del JNBN de la CLM, y por ello la importancia de
estudiarlo con mayor detenimiento.
A escalas de estacional a interanual, las investigaciones del CMC (ver por ejemplo
Díaz-Lobatón y Muñoz [2012] y Muñoz y Díaz-Lobatón [2012]) indican que otros agentes
cumplen un papel importante en la ocurrencia de descargas eléctricas en la CLM, entre ellos,
la advección (transporte) de humedad y cizalladuras relacionadas con el Jet del Caribe de Bajo
Nivel (JCBN, Amador [2008]), migraciones de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT),
y teleconexiones asociadas a El Niño-Oscilación del Sur (ENOS) y anomalías de temperatura
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Cuadro 1: Hitos en el ciclo diurno de la Cuenca del Lago de Maracaibo, en Horal Local Venezolana (HLV)
y en Tiempo Universal (UTC). Modificado de Muñoz y Díaz-Lobatón [2012])
HLV UTC
04.30 09
10.30 15
13.30 18
16.30 21
19.30 00
01.30 06
Hito
Máxima advección desde las cordilleras hacia la CLM.
El Jet Nocturno de Bajo Nivel desaparece.
Temperatura superficial homogénea en la CLM.
Mínimo en las brisas del lago.
Inversión de brisas del lago
(Lago→Tierra firme).
Brisas intensas. Jet Nocturno de Bajo Nivel
activo. Advección desde el Caribe.
Inversión de brisas del lago
(Tierra firme→Lago).
Mínimo de temperatura en las costas. Brisas
intensas hacia el Lago
Figura 2: Presencia y ausencia del Jet Nocturno de Bajo Nivel en el ciclo diurno de circulación atmosférica
en la Cuenca. La figura presenta mapas de viento de superficie (10 metros de altura) producidos por una
simulación computacional con uno de los modelos del CMC (simulaciones NOSA30K [Muñoz y Recalde,
2010]) para la Cuenca del Lago de Maracaibo. Los colores de las corrientes representan la velocidad de los
vientos en metros por segundo (m/s). La imagen de la izquierda corresponde a las 16.30 HLV (21 UTC),
mientras que la de la derecha a las 04.30 HLV (9 UTC). Nótese la inversión en la circulación de los vientos
en las distintas horas. Para detalles, ver texto. Créditos: CMC.
de la superficie del Atlántico.
El modelo conceptual actual del CMC sobre la formación de los Relámpagos del Catatumbo
es uno que considera tanto el efecto de agentes climáticos locales como globales, no requiere
ninguna asunción sobre la presencia de gas metano para explicar las observaciones, y es
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consistente con el comportamiento medido en campo, detectado por satélites y por radares
de descargas eléctricas ubicados en la CLM. Los detalles se explican a continuación.
El incremento de advección de humedad desde el Caribe a partir de las 16:30, el aumento de
núcleos de condensación (por ejemplo, sal marina) en la zona del Catatumbo y el descenso
paulatino de la temperatura, facilitan la formación de nubes de tormenta de alto despliegue
vertical, cuyo tope máximo es el mismo de la cordillera circundante. Por encima de la altura
de la cordillera, la cizalladura de los vientos destruye la nube de tormenta. Esto explica en
parte por qué la presencia de la cordillera es tan importante para la ocurrencia de celdas
tormentosas, y no se trata únicamente de su rol como regulador de la circulación de vientos en
la Cuenca. Las velocidades de ascenso de estos núcleos de condensación están directamente
asociadas a la energía potencial disponible de convección (CAPE; para detalles sobre esta
medida de la capacidad de producir tormentas ver [Díaz-Lobatón y Muñoz, 2012]). Cuanto
mayor la altura del tope de la nube y la velocidad de ascenso de estas partículas, mayores
descargas ocurren dentro de la nube; esto tiende a ocurrir luego de la puesta del sol, cuando
la temperatura disminuye significativamente. Entre las 1:00 y 5:00 horas ocurre el máximo
de advección de masas de aire frío que bajan de las montañas hacia las zonas bajas de
la CLM, y el JNBN desaparece. Esto hace que se interrumpa la actividad convectiva y
eléctrica, en parte porque la masa de aire frío cambia la estabilidad en la atmósfera baja. Esto
explica adecuadamente el ciclo diurno de ocurrencia de los Relámpagos del Catatumbo y,
particularmente, sus horas de aparición durante la noche (aproximadamente entre 19:00 y
04:30 horas).
Aunque los mecanismos que rigen el ciclo diario se mantienen a lo largo del año, es obvio
que las temperaturas, la inestabilidad atmosférica media y, sobre todo, la disponibilidad de
humedad cambian entre una temporada y otra. Estos aspectos son modulados por los agentes
climáticos no locales mencionados más arriba: JCBN, ZCIT, y anomalías de temperatura en
el Pacífico y el Atlántico (que cambian los patrones e intensidades de las circulaciones de
vientos). Estos agentes son la base del primer sistema de pronóstico estacional de descargas
eléctricas en Venezuela y probablemente en el mundo.
La comprensión de cómo los distintos agentes a distintas escalas espacio-temporales modulan
la ocurrencia de descargas eléctricas en la CLM, ha llevado al CMC a sugerir la creación de
un Sistema Integrado de Vigilancia de la Cuenca del Lago de Maracaibo (SIVIGILA). Para
poder cumplir con el mandato del CMC de proveer productos científicos útiles para la toma
de decisiones por parte de los usuarios, es fundamental el poder contar con observaciones
de calidad en la zona, con las cuales se pueda mantener una vigilancia de las condiciones
medioambientales y también calibrar los distintos modelos disponibles en el seno del CMC
para llevar a cabo pronósticos de eventos meteorológicos y climáticos de interés.
Con el objetivo de poseer datos confiables para estos fines, se planificó la expedición reportada
en este documento, en la que se diseñó un experimento para capturar datos empleando
instrumentos específicamente diseñados y construidos en CMC para estos fines: los sensores
Ícaro Moretto y Núñez [2011]; Muñoz et al. [2011].
La distribución del documento es la siguiente: luego de presentar la relación de los eventos
llevados a cabo durante la Expedición, se exponen aspectos técnicos relacionados con los
instrumentos involucrados, los datos obtenidos y la metodología seguida. Luego se lleva a
cabo el análisis de los resultados preliminares y, finalmente, se presentan las conclusiones y
recomendaciones.
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2. Itinerarios, Campamentos y Actividades
La Expedición se empezó a planificar desde septiembre de 2014. Se estableció que se realizaría
entre los días 12 y 15 de abril de 2015, y se requeriría medir por la mayor cantidad de
horas posibles con globos cautivos con tres sensores Ícaro en cada uno, en dos campamentos
distintos .
La salida de Maracaibo se llevó a cabo el día domingo 12 de abril de 2015 a las 8:00 horas, desde
la sede del CMC en la Facultad Experimental de Ciencias de la Universidad del Zulia. La ruta
terrestre incluyó una parada técnica en la Base Aérea General en Jefe Rafael Urdaneta para la
recogida de 4 bombonas contentivas de hidrógeno, pertenecientes al Servicio de Meteorología
de la Aviación Militar Bolivariana. A las 9:30 horas se partió de dichas instalaciones con
destino a la ciudad de Santa Bárbara del Zulia. La ruta escogida fue la Troncal 6, que une
Maracaibo con toda la costa occidental del Lago de Maracaibo. En total el viaje estuvo
conformado por 12 personas a las que se le unirían 2 más en Santa Bárbara (Figura 3). Dicha
ruta fue escogida por ser la más expedita para llegar a la zona sudoeste del Lago. La duración
total del viaje con paradas incluidas fue de 6 horas. La llegada se registró a las 15:30 y se
requirió de 30 minutos para repostar los tanques y obtener combustible para el generador
eléctrico portátil que se portaba. Culminada esta labor, la Expedición se dirigió a la zona de
embarque de lanchas conocido como Puerto Maroma, desde donde, luego del cargado de
todos los materiales e insumos requeridos, dos lanchas partieron a las 17:00 para llevar a la
Expedición al poblado palafítico de Ologá (Figura 3).
Figura 3: Ubicación de sitios de interés para la Expedición, basada en expediciones anteriores del CMC.
Créditos de la imagen: GoogleEarth.
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La llegada a Ologá se registró a las 19:30 y se decidió pasar la primera noche allí para hacer un
reconocimiento visual de la zona en búsqueda de un sitio idóneo para el primer lanzamiento
de globos cautivos. Esa misma noche se decide enviar una comisión, a la mañana siguiente, al
pueblo de Congo Mirador (Figura 3), para investigar otros sitios apropiados. La mañana del
lunes 13 se encuentra un lugar que reúne los requisitos para montar la operación de izado. Es
por esto que la Expedición decide moverse a dicho pueblo y establecer allí el Campamento 1, y
planear desde desde ese sitio el asentamiento del segundo campamento en el interior de los
pantanos, según se había planificado.
Alrededor de las 10:00 se procede al primer levantamiento de un globo cautivo en
territorio venezolano en toda su historia, según fue informado por el personal del Servicio
de Meteorología de la Aviación Militar Bolivariana. Esto se lleva a cabo sin mayores
contratiempos y con la invaluable ayuda de los efectivos del mencionado servicio. El sitio
elegido fue la plataforma que es usada como cancha de fútbol, al noreste del pueblo de Congo
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Mirador (9o 23 13,30 N, 71o 47 59,30 W). Se izaron tres sensores, con alturas aproximadas
de 1200 metros, 500 y 10 metros sobre el suelo, respectivamente. Dichos sensores miden
humedad, presión y temperatura (ver Sección 3).
Figura 4: Lanzamiento del primer globo meteorológico cautivo en Campamento 1 (Congo Mirador).
Se trata del primero en Venezuela que se ha mantenido midiendo parámetros meteorológicos
simultáneamente a distintas alturas. 13 de abril de 2015, aproximadamente a las 10:00 horas. Créditos:
Centro de Modelado Científico (CMC) y Gobernación del Zulia (Hernán Parra).
Culminado esto, se procede a preparar el asentamiento del Campamento 2, originalmente
planificado en la vecindad de Hato El Tigre. A mediodía, seis expedicionarios parten desde
Congo Mirador hacia esta ubicación, pero se consiguen con que el nivel del agua en el caño es
muy bajo para proseguir el camino, y tras intentar otra ruta y encontrar abundante vegetación
flotante (que los lugareños llaman balsa) impidiendo el funcionamiento adecuado del motor de
la lancha, se decidió reubicar el Campamento 2. Luego de buscar por más de una hora, se logra
divisar un pequeño claro y se determina que puede utilizarse para el lanzamiento del globo
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con los sensores; su ubicación es en las riberas del Río Bravo (9o 17 09,84 N, 71o 58 43,95 W),
a aproximadamente 22 km de distancia o una hora de viaje en lancha desde el pueblo de
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Congo Mirador. Debido a lo agreste y hostil de la zona, el equipo decide izar el globo, dejarlo
instalado y volver a Campamento 1, con miras a regresar el día siguiente. Luego de horas
de trabajo para limpiar la zona y preparar los sensores y el globo, el equipo logra con éxito
su izamiento, hacia las 15:30. Al igual que el primer globo, se colocan sensores a las mismas
alturas especificadas anteriormente. A las 16:30 los expedicionarios parten a Congo Mirador
con enorme satisfacción por el logro alcanzado.
Figura 5: Lanzamiento del globo meteorológico cautivo en Campamento 2 (pantanos). 13 de abril de 2015,
aproximadamente a las 15:30 horas. Créditos: Centro de Modelado Científico (CMC) y Gobernación del
Zulia (Hernán Parra).
A la llegada a Congo Mirador se realiza un tercer izamiento a las 18:45 para tener redundancia
de datos nocturnos. Dicho izamiento se completa sin contratiempos y se dejan los sensores
midiendo las variables antes mencionadas durante la noche. Dado que se le colocó una
lámpara de gran intensidad para verificar la ubicación del globo en el aire, algunos pescadores
de pueblo palafítico describieron el globo en la noche como una nueva estrella brillando sobre
Congo Mirador.
El día martes 14 a las 06:00 se descubre que el tercer globo cayó a tierra con los sensores
y se procede a su recuperación. Se recuperan dos de los tres sensores y posteriormente se
ejecuta el izamiento de un cuarto globo para continuar con las mediciones. Al mismo tiempo,
parte una comisión para buscar y recuperar los sensores que habían sido instalados el día
anterior en el Campamento 2. Se encuentra que este último globo también cayó a tierra, por
lo que la comisión tuvo que adentrarse en terreno pantanoso, uno de los expedicionarios
quedando atrapado repetidas veces en un área consistente de hidrogel coloide (fango). Luego
de aproximadamente una hora de hacer camino a punta de machete, de desvíos para evitar
las zonas más fangosas y con presencia de fauna hostil (serpientes y ocelotes), se completó la
recuperación exitosa de los aparatos y se procedió a regresar al Campamento 1. En total, el
proceso tomó alrededor de una hora y media.
Mientras tanto, en el Campamento 1, los expedicionarios restantes aprendieron que luego de
4 horas algunos de los globos, diseñados originalmente para lanzamientos de radiosondeo y
no para servir como cautivos, tienden a deformarse y explotar. Durante la mañana, el equipo
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que quedó en Campamento 1 izó un cuarto globo para continuar con la adquisición de datos.
La recogida de este cuarto globo se realizó 4 horas después sin novedades añadidas.
Como parte de una actividad para involucrar a la comunidad de Congo Mirador con los
experimentos realizados y explicarle de qué se trataba la Expedición, se elevó un quinto globo
en la tarde del 14 de abril, el cual cargaba una cámara fotográfica que tomó imágenes aéreas.
El izado fue realizado, bajo la supervisión de los expedicionarios, por parte de los niños de la
escuela del pueblo palafítico.
La mañana del miércoles 15, con motivo del viaje de regreso a Maracaibo, se procedió al
levantamiento y recogida de todos los materiales, insumos y desechos para ser trasladados
conjuntamente con los expedicionarios. La partida se inició a las 9:00 con destino a Santa
Bárbara del Zulia, donde aguardaba el transporte a Maracaibo.
3. Instrumentos, Metodología y Datos
Esta sección discute brevemente los equipos, métodos y datos adquiridos.
Componente Atmosférico
El Sistema de Monitoreo Meteorológico Versátil del CMC (SMMV-CMC) busca proveer, al
Centro y usuarios externos interesados, de instrumentación especializada para investigación
científica y aplicaciones particulares, así como suplir la falta de instrumentación meteorológica
endógena venezolana, tanto de estaciones de superficie como de perfiladores verticales. Nació
por solicitud del Eje de Geociencias del CMC y de quien entonces fuera el Jefe del Servicio
Meteorológico de la Aviación Bolivariana de Venezuela, (hoy) Teniente Coronel Ramón
Velásquez (para detalles consultar el reporte de Muñoz et al. [2011]).
Para la expedición se utilizaron 6 SMMV-Ícaros, instrumentos diseñados para ser usados en
microestaciones meteorológicas y poder realizar perfiles verticales atmosféricos. La versión
utilizada posee la capacidad de medir simultáneamente presión, temperatura y humedad
relativa (Ícaro PTH). Las especificaciones técnicas completas de los instrumentos han sido
reportadas anteriormente por Moretto y Núñez [2011].
La carcasa del instrumento se eligió de modo tal que cumpliera con el estándar IEC 60529, de
modo tal que tenga un grado de protección IP65 como mínimo, lo que implica protección
total contra la entrada de partículas y protección limitada contra ingreso de agua dentro
del instrumento (para información adicional ver http://www.dsmt.com/resources/
ip-rating-chart). Además, para evitar las dificultades de recuperación en cuerpos de
agua, se realizó una protección externa adicional utilizando una esfera de poliestireno
expandido para agregar flotabilidad y cierta protección contra impactos. Por último, se le
colocó cinta reflexiva para facilitar la visibilidad del instrumento.
Como se ha indicado en la Sección 2, se planificaron dos campamentos en distintas zonas para
realizar el lanzamiento de globos meteorológicos y poder realizar el perfil vertical. La decisión
de la elección de los puntos de lanzamiento estuvo sopesada por factores como la facilidad
de acceso, la intención de medir tanto a orillas del Lago como ciénaga adentro (para poder
distinguir efectos de brisa del lago y evapo-transpiración en la capa de frontera planetaria, o
PBL por sus siglas en inglés), y tener la mayor cantidad posible de terreno transitable en caso
de necesitar recuperar los instrumentos.
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Los globos utilizados fueron globos meteorológicos de látex normalmente usados para
radiosondeo, de 200 gramos de peso y de radio inflado de 78 pulgadas ( 198 cm). Para
estos lanzamientos se prepararon 4 cilindros de gas hidrógeno y se contó con la asistencia
de dos expertos en lanzamientos de radiosondas del Servicio de Meteorología de la Aviación
Militar Bolivariana. Los globos fueron atados a líneas o hilos continuos de 1.4 km de largo,
de polietileno hidrofóbico ultra-resistente (hasta 150 libras de peso) y ligero, formalmente
denominado UHMWE (ultra high molecular weight high density polyethylene, en inglés).
A esta misma línea se ataron los instrumentos, usando nudos especiales para evitar fricción
o roturas en el hilo. Vale mencionar que el CMC y la Aviación Militar Bolivariana solicitan
conjuntamente un aviso oficial para prohibir vuelos sobre la zona de los lanzamientos y
evitar así accidentes; adicionalmente estos hilos se escogieron en parte porque se funden a
120 o Celsius, de modo que con el simple roce con un aeroplano la línea se derretiría y evitaría
así problemas al hipotético vuelo.
Las alturas de los tres instrumentos en cada globo se escogieron para poder tener
una resolución espacial adecuada de la evolución de la PBL, el JNBN y perturbaciones
atmosféricas de interés. Múltiples simulaciones del CMC [Chourio y Muñoz, 2015] indicaron
que durante la noche la altura de la PBL puede descender hasta unos 500 m sobre el nivel
del mar, y durante el día puede oscilar entre 1 y 1.2 km. Por este motivo se escogió ubicar un
sensor cerca del globo con el objetivo de medir en la base de la nube, otro a aproximadamente
500 metros para capturar la altura de la PBL durante la noche, y un último a una altura
aproximada de 10 metros sobre el nivel del suelo, una altura estándard para superficie. Se
configuraron los instrumentos para realizar mediciones cada 10 minutos, lo cual permite
una ultra-alta resolución temporal para estudiar una variedad de fenómenos a lo largo de
la columna atmosférica. Las horas y días de lanzamiento se han descrito ya en la Sección 2.
Para el postprocesamiento de los datos, se codificaron en CMC programas a la medida de las
necesidades, en su mayor parte usando NCL [NCAR, 2015] y R [R Core Team, 2013].
Componente Etnográfico
Desde el punto de vista socioantropológico, se planificó identificar e interpretar aspectos
del imaginario local vinculados con el fenómeno de los Relámpagos del Catatumbo, con
la finalidad de orientar al CMC en la definición de estrategias de vinculación colectiva con
SIVIGILA.
En términos metodológicos, se llevó a cabo entre los días domingo 12 de abril y miércoles
15 de abril de 2015 una etnografía exploratoria en los pueblos palafíticos de Ologá y Congo
Mirador (ver Figura 3), por medio de la observación participante y realización de entrevistas
informales y semiestructuradas. Ello permitió identificar a los primeros informantes clave que
pudieran contribuir en próximas salidas de campo a Catatumbo.
Se procedió también el registro fotográfico del trabajo de los expedicionarios y las actividades
cotidianas de la comunidad y el registro sonoro de las entrevistas semiestructuradas.
Además de la etnografía, se diseñaron actividades de investigación-acción junto con la
población escolar de Congo Mirador, que consistió en una pequeña representación teatral
después del día de colegio, en la que los niños y expedicionarios representaban los distintos
agentes involucrados en la formación de los Relámpagos del Catatumbo. Adicionalmente los
13
escolares izaron un globo cautivo con una fotocámara con la que se tomaron fotos aéreas del
Congo Mirador y de los niños.
4. Resultados Preliminares de la Expedición
Se presentan algunos resultados preliminares, desde el punto de vista de los perfiles
atmosféricos llevados a cabo, y de las actividades socioantropológicas desarrolladas durante
la Expedición.
Componente Atmosférico
El análisis preliminar de los datos adquiridos permite caracterizar la variación diurna de
oscilaciones inerciales en la CLM, ligadas al JNBN que según el modelo actual del CMC
modula la ocurrencia de descargas eléctricas en la zona. Análisis adicionales están aún en
proceso, pero los resultados preliminares muestran que efectivamente hay cambios entre
la superficie y los 1200 metros de altura, que son consistentes con la ocurrencia del JNBN
a las horas indicadas por las simulaciones computacionales del CMC, específicamente un
incremento de la humedad relativa, que va atada a una disminución de las temperaturas luego
de las 16.30 horas (Figura 6).
Figura 6: Evolución de la temperatura (en Celsius, color azul) y humedad relativa (en %, rojo) a
aproximadamente 500 m de altura sobre el Campamento 2 (pantanos). Fecha: 13 de abril de 2015 (horas
en HLV). Notar el cambio en el comportamiento de las variables luego de las 16:30 (detalles en el texto).
Los sensores a nivel de superficie muestran (para un ejemplo en el Campamento 2 ver Figura
7) que hay un incremento importante de la humedad relativa entre las 20:00 y 20:30 a pesar
de que la temperatura es aproximadamente constante para ese período, que se mantiene en
ascenso -aunque menos marcado- hasta aproximadamente la salida del sol (hacia las 7:00).
La temperatura, por su parte, desciende paulatinamente hasta alcanzar un mínimo entre
las 3:00 y 4:00, para luego ascender progresivamente con el advenimiento del calentamiento
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Figura 7: Evolución de la temperatura (en Celsius, color azul) y humedad relativa (en %, rojo) a 10 m de
altura en las cercanías del Campamento 2 (pantanos), entre el 13 y 14 de abril de 2015 (horas en HLV).
Notar el cambio en el comportamiento de las variables luego de las 03:00 (detalles en el texto).
producido por el amanecer. Este comportamiento es consistente con el análisis del ciclo diurno
de la CLM expuesto en la Sección 1 de este documento (Cuadro 1).
Dado que se tiene suficiente resolución espacial a lo largo de la columna de atmósfera, es
posible también producir un análisis del perfil de temperatura y humedad relativa sobre los
campamentos, así como de su evolución en el tiempo. La resolución temporal es tan alta que
las mediciones permiten detectar rápidas fluctuaciones en las variables. Por ejemplo, la Figura
8 muestra variaciones en la temperatura a lo largo de la columna medida, asociadas con el
paso de una nube sobre el Campamento 1.
Adicionalmente a permitir constatar que efectivamente los hitos del ciclo diurno en la
CLM (Cuadro 1) son observables en la realidad, lo más importante es que estos datos
están permitiendo actualmente calibrar y configurar adecuadamente modelos dinámicos de
simulación y pronóstico numérico en CMC, con los cuales se espera ofrecer productos de
calidad para la toma de decisión. Este análisis se publicará más adelante por CMC, una vez
que el postprocesamiento haya culminado.
Componente Etnográfico
La etnografía exploratoria en la zona de Catatumbo permitió constatar que la presencia del
fenómeno de los Relámpagos en el imaginario colectivo se observa en anécdotas familiares,
mitos y versos populares. Algunas de las muestras recogidas ponen en evidencia que el
fenómeno es más valorado en tanto se reconozca como parte de la memoria colectiva.
En los más jóvenes, sin embargo, se observa que el conocimiento sobre los Relámpagos es
escaso. En conversación informal con los niños pescadores de Congo Mirador se constató que
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Figura 8: Una sección temporal que muestra perfiles verticales de temperatura (en colores) y humedad
relativa (en contornos), medidos por los sensores de la expedición entre las 10:00 y 14:00 horas (HLV) del
día 13 de abril de 2015, en el Campamento 1 (Congo Mirador).
no pueden identificar a algún adulto que les haya enseñado/hablado sobre los Relámpagos.
Por otra parte, según reporta la maestra de primaria de la comunidad, la mayoría de los niños
pescadores han desertado la escuela para dedicarse al oficio familiar.
Junto a las tareas de observación, se organizó en la comunidad de Congo Mirador una
actividad en la escuela el día martes 14 de abril a las 17:00 horas, previa convocatoria
casa por casa, con la participación de los expedicionarios. La actividad consistió en dos
partes: a) Una breve presentación del CMC, sus actividades y objetivos de la expedición
dentro del aula, seguido de una dramatización en la cual dos miembros del CMC (Alfredo
Núñez y Ángel Muñoz) y niños voluntarios recrearon cómo se producen los relámpagos.
Posteriormente, se invitaron a los niños y adultos presentes a un paseo por lancha, al cual se
sumaron los expedicionarios del Servicio de Meteorología de la Aviación y el Centro virtual
de Meteorología, donde los niños tuvieron la oportunidad de controlar (bajo supervisión del
Servicio de Meteorología de la Aviación Militar Bolivariana) el ascenso, suspensión y descenso
de un globo meteorológico de altura máxima de 300 metros, con cámara fotográfica instalada
y atada en la cuerda (Figura 9). El objetivo de esta segunda actividad era despertar el interés
de los niños por la labor científica de la expedición y, al mismo tiempo, reforzar el sentido
de pertenencia con su lugar de origen y los Relámpagos como fenómeno presente en su vida
16
Figura 9: Niños se turnan luego de la escuela para volar un globo meteorológico (esquina superior
izquierda) sobre el Congo Mirador. Créditos: Centro de Modelado Científico (CMC) y Gobernación del
Zulia (Hernán Parra).
diaria.
La actitud inicial de desconfianza observada inicialmente en los miembros de la comunidad
hacia los expedicionarios y su actuación en la zona se fue superando paulatinamente con el
transcurrir de los días. El punto de inflexión ocurrió al tercer día de la expedición, tras las
actividades programadas con la comunidad y la introducción formal del equipo a uno de
los líderes locales (el comisario Hernández). El acercamiento espontáneo de los pescadores
adultos al campamento base es un ejemplo de cómo se superaron las barreras iniciales del
ingreso a campo. Por otro lado, debe destacarse la participación de los pescadores más
jóvenes (niños y adolescentes) en las labores de rescate de los instrumentos meteorológicos
de medición.
Por último, se aprecia entre los pobladores de Congo Mirador la disposición de recibir
información de carácter científico-divulgativo, pero también información meteorológica
precisa que podría ser proveída por el Sistema Integrado de Vigilancia de la Cuenca del
Lago de Maracaibo (SIVIGILA). Asimismo, el comisario Hernández (uno de los líderes de la
comunidad) manifestó su total apoyo a la propuesta del CMC de instalar la instrumentación
de SIVIGILA en Congo Mirador, establecido en consenso con la comunidad como zona cero
del proyecto.
5. Conclusiones y Recomendaciones
La Expedición fue un rotundo éxito en múltiples aspectos. Primeramente, se logró el
lanzamiento de múltiples globos cautivos por múltiples horas, midiendo simultáneamente
a tres alturas distintas. Esto, según indican los oficiales del Servicio de Meteorología de la
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Aviación Militar Bolivariana, es la primera vez que ocurre en Venezuela. Los expedicionarios
de las distintas instituciones adquirieron una experiencia invaluable en el transporte, manejo,
lanzamiento y recogida de estos globos cautivos. Esto será clave para futuras expediciones,
en la que se esperan mejorar algunos aspectos técnicos, como por ejemplo el material de los
globos cautivos.
Figura 10: Ejemplo de un producto de pronóstico de SIVIGILA. El mapa de la izquierda muestra la
ocurrencia de descargas, mientras que el de la derecha señala sitios con precipitaciones. La serie de tiempo
superior muestra precipitaciones esperadas a distintas horas y días, mientras que el inferior muestra
lo propio para temperatura media. Las líneas horizontales naranja indican límites sobre los cuales es
menester anunciar una alerta temprana.
Uno de los logros más importante de la Expedición es el haber conseguido la serie de datos
requerida para iniciar el proceso de calibración de los modelos de pronóstico que serán
18
usados en SIVIGILA. Un producto experimental ha sido ya elaborado (Figura 10) y está
siendo probado en la actualidad. La idea es ofrecer mapas con información de la dirección e
intensidad de vientos, ocurrencia de descargas eléctricas y precipitaciones, así como series de
tiempo de precipitaciones y temperaturas, con información de qué valores significan que una
alerta temprana deba iniciarse (líneas naranja en la Figura 10). Las pruebas no solo consisten
en medir qué tan acertados los productos son en distintos puntos de la Cuenca, sino cuál
es la mejor manera de comunicar esta información. Para esto se ha estado consultando a la
comunidad vía Twitter y otros medios, obteniéndose valiosísimos aportes.
Con mucho, el logro más importante fue la interacción con las comunidades de Ologá y
Congo Mirador. Por su ubicación, forman parte de la zona cero de impacto de descargas
eléctricas, y las instituciones participantes en esta expedición consideran que es un deber
moral proveer productos que sean especialmente útiles para estos pueblos palafíticos. Una
de las ideas que han surgido es la de instalar un radar de descargas eléctricas en Congo
Mirador, que pueda dar alertas tempranas de descargas por medios sonoros (una alarma)
o visuales (un semáforo). Congo Mirador posee ya una infraestructura de comunicaciones
idónea que podría facilitar esta tarea, aunque lo mismo no es cierto para Ologá, por lo que
deben pensarse soluciones al respecto. Asimismo, la interacción con los habitantes de estos
pueblos de agua, y especialmente con los niños (escolares y también los que no asisten al
colegio), ha permitido iniciar un proceso de identificación de la comunidad con SIVIGILA,
de manera que sean partícipes del mismo y sientan que los productos son producidos para
atender sus necesidades, en parte elaborados por ellos mismos, dado que como usuarios
deben participar desde el inicio mismo en el proceso de diseño del sistema de alerta temprana.
Si SIVIGILA es realmente capaz de proveer productos útiles para estas comunidades, será
capaz de hacerlo también para otras.
Los autores recomiendan que se hagan por lo menos 4 expediciones anuales, para poder tener
una continuidad de los datos y representación de las condiciones en los cuatro trimestres
del año. Esto permitirá una calibración continua de los modelos, dado que las condiciones
atmosféricas no son las mismas a lo largo de todo el año.
Como se ha discutido en esta sección, es importante también instalar detectores de descargas
en la zona, como molinos de campo eléctrico de operación automática, en alguna de las
poblaciones palafíticas. Existe ya un detector de descargas en Cabimas (como parte de la red
del Centro virtual de Meteorología, un socio fundamental de SIVIGILA), y el ubicado en CMC
(Maracaibo) habría que repararlo o readquirirlo nuevo. Con tres detectores podrá iniciarse
realmente un sistema de vigilancia de descargas de alta precisión.
Esta red de detección de descargas debe sostenerse en el tiempo, e incluso crecer, dado
que la redundancia permitirá garantizar el salvamento de vidas si alguno de los equipos
falla, y además incrementará la cobertura espacial. Es por ejemplo importante establecer
(o reestablecer, si fuera el caso) los contactos con la Universidad Universidad Nacional
Experimental del Sur del Lago Jesús María Semprúm, para el establecimiento de sensores
remotos de operación continua en sus premisas (molinos de campo eléctrico y detectores de
descargas eléctricas).
Junto a los sensores de descargas eléctricas, se requiere la instalación y mantenimiento
continuo de más estaciones meteorológicas en la Cuenca del Lago de Maracaibo. Los sensores
Ícaro podrían modificarse fácilmente para este fin (de hecho se están usando con estos fines
en países como Ecuador, por su propio Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología -
19
INAMHI, comprados por medio de un proyecto con la Universidad Estatal del Estado de
Nueva York).
En el mediano plazo, y con el personal y financiamiento oportuno, la División de Ingeniería
del CMC y otros centros de investigación y desarrollo deberían considerar la posibilidad de
diseñar y construir sensores de descargas eléctricas hechos a medidas de las necesidades de
SIVIGILA, de la misma manera como se hizo con los sensores Ícaro.
Se requiere que la Gobernación mantenga la articulación de distintas instituciones (ya se
cuenta con CMC, CvM, el Servicio de Meteorología de la Aviación Militar Bolivariana y la
propia Gobernación) que permitan proveer el financiamiento y logística necesarios para hacer
todo esto una realidad continua, y no un episodio pasajero en la historia del Zulia. SIVIGILA
puede incluso crecer al punto de ser un sistema adaptable a otras regiones de Venezuela y
Latinoamérica.
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Transcripción

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