PRECIPITACIÓN

PRECIPITACIÓN
Formas de precipitación
• Lluvia
• Nieve
• Granizo
NIEVE
• El proceso de formación de cristales ocurre
cuando los nucleos de condensación estan
por abajo del punto de congelamiento y
existen presiones de vapor bajas. Esto
propicia la formación de copos de nieve, los
cuales pudieran convertirse en lluvia al ir
cayendo debido a que la temp. fuera más
alta en las capas más bajas.
GRANIZO
• Proceso considerado dominante en el
verano
• las nubes calidas cumulus en regiones
tropicales son muchas veces las
responsables
Formación de precipitación
Requiere el ascenso de una masa de aire en la
atmósfera, de tal manera que esta se enfría y
se condensa para formar la lluvia.
Mecanismos de ascenso de la masa de
aire
• Convectivo: el intenso calor de aire en la
superficie, el cual conduce a la expansión y
elevación del aire.
• Elevación por frentes: frentes calientes y
frentes frios
• Orografico: la masa de aire se eleva al
encontrar las montañas para avanzar sobre
de ellas.
CONDENSACIÓN
Para formar nubes se requieren pequeños nucleos de
condensación (sal del oceano, polvo de arcillas,
productos de combustión industrial,etc.,)
Después por condensación, se van agregando gotas a
ese nucleo. La condensación del vapor de agua en
nubes cargadas de lluvia ocurre debido al
enfriamiento de la humedad del aire a una
temperatura por abajo del punto de rocío .
Las gotas se van haciendo más pesadas hasta que son
lo suficientemente pesadas para caer en forma de
lluvia.
Tipos de precipitación
por la causa de ascenso de la masa
de aire húmedo
• Convectivas
• Orográficas
• Frentes
Medición de la precipitación
•
•
•
•
•
Pluviometro
Pluviografo
Estaciones automatizadas
Radar
Imágenes de satélite
Estación Meteorológica
Pluviómetro
Pluviómetro
Pluviógrafo
Pluviografo
Pluviografo-Pluviograma
LA HUELLA DEL HURACAN STAN EN
HUEHUETAN, CHIAPAS (OCT 4 2005)
8 DE AGOSTO DEL 2010; 249 mm en 3.5 horas
VEGA DE LOS GATOS
TAPACHULA, CHIS
ESTACIÓN AUTOMATIZADA
(Davis Meteorological Instrumentation)
•PRECIPITACIÓN
•TEMPERATURA
•VIENTO
•RADIACIÓN
•HUMEDAD
ATMÓSFERICA
•HUMEDAD DEL
SUELO
RADAR-DEFINICIÓN
• Radar. Acrónimo de "RAdio Detection
And Ranging". Sistema de detección y
localización de blancos los cuales son
capaces de reflejar ondas de
radiofrecuencia, recibiendo de regreso
un eco desde un objetivo, del cual se
pueden determinar varios parámetros
en base a las características de la señal
recibida.
RADAR METEOROLÓGICO
• Radar Meteorológico. Es un
radar utilizado para detectar la
presencia de agua en estado
líquido o sólido en la atmósfera.
USO DE LOS RADARES
• El Radar Meteorológico se emplea para la
medición y seguimiento de fenómenos
atmosféricos constituidos por agua, en forma de
lluvia, granizo y nieve principalmente. La ventaja
de un radar meteorológico es equivalente al
empleo de cientos de pluviometros distribuidos a
lo largo de la zona de cobertura del radar, que
transmiten la información en tiempo real.
RADARES EN MÉXICO
• Red de 13 radares meteorológicos
distribuidos en el Territorio Nacional.
Esta red comenzó a funcionar en 1993
y proporciona información continua que
se recibe en el Servicio Meteorológico
Nacional, vía satélite. Con la actual red
de doce radares se cubre casi en su
totalidad el Territorio Nacional.
http://smn.cna.gob.mx/radares/radares.html
RADARES EN MÉXICO
PUERTO ANGEL,OAXACA
IMÁGENES DE SATELITE
• Las imágenes se utilizan para detectar,
identificar y dar seguimiento a los
fenómenos meteorológicos severos
como tormentas, frentes fríos o
huracanes. Por medio de las imágenes
también se puede estimar la intensidad
de la precipitación. Esta información es
utilizada por los meteorólogos en la
elaboración de sus pronósticos para
cada región del país
IMÁGENES DE SATELITE
• Estación terrena receptora de imágenes del
satélite meteorológico GOES-8; Con esta
estación se reciben imágenes cada 30 minutos
de cinco diferentes bandas: una visible, tres
infrarrojas y una de vapor de agua. Cada
imagen cubre la región meteorológica número
IV, la cual abarca México, Canadá, Estados
Unidos, el Caribe y Centro América. Además,
cada tres horas se recibe una imagen visible,
otra infrarroja y una de vapor de agua que
cubren el total del continente americano.
SATÉLITE GOES
http://smn.cna.gob.mx/satelite/goesE/ir.html
DENSIDAD MÍNIMA DE RED
PLUVIÓMETRICA (Org. Met. Mundial)
• Regiones llanas.- 1 estación para 600 a 900 Km2
• Montañas.- 1 estación para 100 a 250 km2
• Zonas áridas y polares.- 1 estación para cada 1500 a
10000 km2
BASES DE DATOS NACIONALES DE
PRECIPITACIÓN
• Estaciones meteorológicas locales
• ERIC (Extractor Rápido de Información
meteorológica)
• CLICOM (lo más actual)
• Boletines de datos climatologicos
• INEGI (Datos generales, Ver caso Edo. De
México).
CARACTERÍSTICAS DE UNA
TORMENTA
•
•
•
•
Frecuencia (periodos de retorno)
Duración
Distribución en tiempo y espacio
Intensidad (=tirante/duración)
NOTA: Para caracterizar una tormenta se
trabaja con las curvas IDF (intensidadduración-frecuencia).
DISTRIBUCIÓN EN TIEMPO
• Hietogramas de altura (graficas de barras
indicando tiempo versus lamina precipitada)
• Hietogramas de intensidad (graficas de
barras indicando tiempo versus intensidad)
• Curva masa de precipitación
PRECIPITACIÓN
ESTACIÓN CHAPINGO
• 613 mm anuales
• Valores máximos en Junio, Julio, Agosto y
Septiembre: 104, 122, 112 y 99 mm
PRECIPITACION MEDIA ANUAL EN CHAPINGO,MEX.
Hp en m m
140
120
100
80
60
40
20
0
E
F
M
A
M
J
MES
J
A
S
O
N
D
PLUVIOGRAMAS, MOSTRANDO DIVERSAS
INTENSIDADES
PLUVIOGRAMAS, MOSTRANDO DIVERSAS
INTENSIDADES
PLUVIOGRAMAS, MOSTRANDO DIVERSAS
INTENSIDADES
LA HUELLA DEL HURACAN STAN EN HUEHUETAN,
CHIAPAS (OCT 4 2005)
8 DE AGOSTO DEL 2010; VEGA DE LOS GATOS
TAPACHULA, CHIS
HIETOGRAMA DE ALTURAS CHAPINGO
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
1 1 DE J ULIO DEL 2 0 0 0
17:30
18:00
18:30
18:50
19:00
19:30
CURVA MASA DE PRECIPITACION CHAPINGO
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
1 1 DE J ULI O DEL 2 0 0 0
17:30
18:00
18:30
18:50
19:00
19:30
HIETOGRAMA DE INTENSIDADES CHAPINGO
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
1 1 J U LI O DEL 2 0 0 0
17:30
18:00
18:30
18:50
19:00
19:30
DISTRIBUCIÓN ESPACIAL
DE PRECIPITACIÓN (Aparicio, p. 140-145)
• Método Aritmético
• Polígonos de Thiesen
• Isoyetas
POLIGONOS
DE
THIESEN
Método de las
isoyetas
OBTENCIÓN DE CURVAS
IDF DE LA PRECIPITACIÓN(Aparicio, p.
169-174)
• Colección de tirantes históricos extremos anuales
para diversas duraciones de lluvias: 5, 10, 20, 30,
40, 50, 60 mins., 2, 3, 4, 5, 10, 15, 24 hs. (cuadro
1)
• Sacar intensidades con la información anterior
(cuadro 2)
• Sacar periodos de retorno de las intensidades
históricas del cuadro 2
• Regresión lineal múltiple
RELACIONES INTENIDAD-DURACIÓNFRECUENCIA DE LA PRECIPITACIÓN
m
KT
i= n
d
log i = log K + m log T − n log(d )
Y = a0 + a1 x1 + a2 x2
Y = α + β1 x1 + β 2 x2
REGRESIÓN LINEAL MÚLTIPLE-SOLUCIÓN
DE SISTEMA DE ECUACIONES NORMALES
KT
i= n
d
m
∑ Y = α N + β1 ∑ x1 + β 2 ∑ x2
2
∑ ( x1 * y ) = α ∑ x1 + β1 ∑ ( x1 ) + β 2 ∑ x1 x2
2
∑ ( x2 * y ) = α ∑ x2 + β1 ∑ ( x1 x2 ) + β 2 ∑ ( x2 )
Y = log i; x1 = log T ; x2 = log d ;
α = log K ; β1 = m; β 2 = −n
USOS DE LAS CURVAS IDF
• METODO RACIONAL para:
- Estimar gasto en cuencas pequeñas no aforadas
(<10 km2)
- Estimar gasto diseño en drenaje urbano
• TORMENTAS DISEÑO
Para simular como se comportaría una obra ante
una tormenta empírica o hipotética que ya es de
cuidado.
METODO RACIONAL AMERICANO
Q = 0.028× C × i × A
Q = Gasto máximo instantáneo, m3/s
C= Coeficiente que depende de textura y uso de suelo
(tablas)
i = intensidad de la lluvia para un periodo dado, cm/hora
A = Area de la cuenca (o drenada en drenaje urbano), Has
0.028 = constante para hacer la ecuación
dimensionalmente correcta
¿De donde obtener la intensidad de la
lluvia?
De curvas IDF para una duración igual al
tiempo de concentración, ya que cuando la
lluvia tiene una duración igual al tiempo de
concentración es cuando se alcanza el gasto
máximo porque toda la cuenca esta
aportando al punto a la salida. Desde luego
que se elige un periodo de retorno de
acuerdo al nivel de seguridad deseado y/o
tamaño de la obra hidráulica
TIEMPO DE CONCENTRACIÓN
Es el tiempo en el cual se tarda en viajar el agua
desde el punto hidráulicamente más distante de la
cuenca hasta su salida.
Ecuación de Kirpich
0.02 × L
tc =
0.385
H
1.15
Tc= tiempo de concentración en
minutos
L = longitud cauce principal en
metros
H = Desnivel del cauce principal de
inicio a final, en metros
TIEMPO DE CONCENTRACIÓN
OTRA ECUACIÓN DE KIRPICH (Aparicio, 2001)
0.000325 × L0.77
tc =
0.385
S
¡En realidad son las mismas, pero
se hicieron redondeos de
coeficientes y con otras unidades!
Tc= tiempo de concentración en
horas
L = longitud cauce principal en
metros
S = Pendiente del cauce principal,
adimensional
TORMENTAS DISEÑO
DATOS PERDIDOS DE
PRECIPITACION
• Media aritmetica de estaciones circundantes
(cuando la pp anual no difiere en 10% con
las estaciones circundantes)
• Metodo del U.S. National Weather Service
o el cuadrado del inverso de la distancia
• Metodo de la Relacion normalizada
• Metodo Racional Deductivo
METODO DEL U.S. NATIONAL
WEATHER SERVICE
Px
(P W )
∑
=
∑W
i
i
i
Px= Dato perdido para el dia, mes, o año en la
estacion x
Pi = Dato existente en la estacion auxiliar i, donde
i = 1,2,…n (minimo n=2) para el mismo dia, mes
o año.
Wi = 1/Di2; Siendo Di la distancia entre cada estacion
circundante auxiliar y la estacion del dato perdido
METODO DE LA RELACION
NORMALIZADA

1  NX
NX
NX
Px = 
PA +
PB +
PC 
3  NA
NB
NC

Px= Dato perdido para el dia, mes, o año en la
estacion x
NX, NA,NB,NC=precipitacion media diaria, mensual o
anual en la estacion de dato faltante (x) y en las
estaciones auxiliares A, B y C. (medias de todas las
series históricas)
PA, PB, PC= precipitacion registrada en las estaciones
auxiliares el dia o mes o año en el que falta el dato en
la estacion x.
EVENTOS EXTREMOS
.
• Precipitación Máxima Probable (PMP)
• Tormenta MáximaMÁXIMA
Probable (TMP)
PRECIPITACIÓN
PROBABLE
descritaProbable
en Campos
Aranda, 1998)
• (metodología
Avenida Máxima
(AMP)
(PMP, PMS y PMF: Probable Maximum
Precipitation, Probable Maximum Storm y
Probable Maximum Flood)
PRECIPITACIÓN MÁXIMA
PROBABLE
• Es la cantidad de precipitación que constituye el
límite superior físico para una duración
determinada sobre una cuenca en partícular.
• Es la mayor cantidad de precipitación
meteorológicamente posible que corresponde a
determinada epoca del año
• No se le asigna un periodo de retorno ni es factible
de estudio económico y se calcula con metodos
especiales de estudio
USO DE EVENTOS EXTREMOS
PMP ----> TMP ----> AMP
• Para utilizarse como avenida de diseño de obras
hidráulica de magnitud importante y cuya falla
implica un alto riesgo de pérdidas de vida humanas.
Por ejemplo presas aguas arriba de ciudades
importantes o cercanas a zonas donde hay
experimentos nucleares.
• Para analizar el comportamiento de los ríos en
relación a los asentamientos humanos para estar
preparados con un plan de emergencia
Chow, et.al, 1999; USACE, 1984
Método de cálculo de PMP
• Método Estadístico o de Hershfield
• Modelos de Tormentas
• Métodos de transposición y maximización
de tormentas
PMP- Método de Hershfield
• Hershfield, 1960s
• WMO, 1973; WMO, 1986
• El método de Hershfield es aplicable a México en
cuencas no mayores de 1000 km2
• Muy útil donde no hay o son insuficientes datos
históricos de punto de rocío y registros de viento
• Para cada año, se colectan las precipitaciones
máximas en 24 horas. Cuando menos 10 años.
Ideal 20 años --- serie anual
PRECIPITACIÓN MÁXIMA
PROBABLE EN MÉXICO
• En México a falta de isocurvas de PMP se utilizan
las isomaximas de 10,000 años de periodo de
retorno publicadas por la SRH en 1976.
• En los Estados Mexicanos fronterizos con Estados
Unidos utilizan los mapas de Estados Unidos,
extendiendolos al lado Mexicano.
• Campos, 1998, determinó PMP para estaciones
pluviométricas del estado de San Luis Potosí con
el método de Hershfield