CURSO PROBABILIDAD Y ESTADISTICA


Autores: Guillermo Bello, Juan Cartagena, Fabian Ortiz. 
Universidad Industrial de Santander



NOTA: El propósito de este proyecto es presentar un estudio de los vientos alisios. Este documento muestra las variables que influyen en este fenómeno meteorológico y el desarrollo de una hipótesis intuitiva sustentada en procesos y actividades aplicables a la solución de problemas de ingeniería.



INTRODUCCIÓN

Los vientos alisios son un fenómeno meteorológico que hace referencia al clima bajo la influencia de los fenómenos “El Niño” y “La Niña”, estas corrientes ventosas cambian en ciclos y tanto el agua como el aire juegan un papel muy importante. Cuando las corrientes del océano y del aire cambian, también se produce una fluctuación de la temperatura del agua del océano. El fenómeno del Niño ocurre cuando los vientos alisios soplan con menor intensidad y las temperaturas del océano se vuelven más cálidas, el fenómeno de la Niña es el caso contrario, cuando los vientos alisios soplan con gran intensidad y traen consigo vientos cargados de humedad que luego se convierten en nubes.

Es de especial importancia la zona donde convergen los vientos alisios, la Zona de Convergencia Intertropical (ZCI), que se desplaza hacia el sur durante el invierno del Hemisferio norte cuando se establece la época seca en el país. En el verano del hemisferio norte la ZCI se desplaza hacia el norte provocando la mayor parte del desplazamiento de vientos húmedos hacia el país provocando el período de lluvias.

MARCO TEORICO


Los vientos alisios soplan de manera relativamente constante en verano (hemisferio norte) y menos en invierno. Circulan entre los trópicos, desde los 30-35º de latitud hacia el ecuador. Se dirigen desde las altas presiones subtropicales, hacia las bajas presiones ecuatoriales. El movimiento de rotación de la Tierra desvía a los alisios hacia el oeste, y por ello soplan del nordeste al sudoeste en el hemisferio norte y del sudeste hacia el noroeste en el hemisferio sur. Las épocas en las que los alisios soplaban con menor intensidad constituían un peligro para los primeros viajes veleros hacia el continente americano formándose épocas de calma del viento que impedían avanzar a los veleros.

En el ecuador se produce un ascenso masivo de aire cálido, originando una zona de bajas presiones que viene a ser ocupada por otra masa de aire que proporcionan los alisios. Las masas de aire caliente que ascienden, se van enfriando paulatinamente y se dirigen a bastante altura en sentido contrario a los alisios, hacia las latitudes subtropicales, de donde proceden éstos. Los vientos alisios forman parte de la circulación de Hadley que transporta el calor desde las zonas ecuatoriales hasta las subtropicales remplazando el aire caliente por aire más frío de las latitudes superiores. Como ya se ha dicho, la rotación terrestre es la que produce la desviación hacia el oeste de estos vientos, desviación que se conoce como la fuerza o efecto de Coriolis, cuyo nombre procede de Gaspard Coriolis, un científico francés que describió los mecanismos de este proceso. y finalmente los vientos alisios soplan de alta baja presión.

Cuando convergen los vientos alisios de ambos hemisferios se origina la ZCIT, Zona de Convergencia Intertropical. Es un cinturón de baja presión que ciñe el globo terrestre en la región ecuatorial. Está formado, como su nombre indica, por la convergencia de aire cálido y húmedo de latitudes al norte y al sur del ecuador. A esta región también se la conoce como frente intertropical o zona de convergencia ecuatorial.


Vientos en áreas urbanas

Las áreas urbanas presentan accidentes adicionales y características térmicas diferentes debido a la presencia de elementos hechos por el hombre. La influencia térmica domina la de los componentes friccionales. Materiales de construcción como el ladrillo y el asfalto absorben y retienen el calor de manera más eficiente que el suelo y la vegetación de las áreas rurales. Cuando el sol se pone, el área urbana continúa irradiando calor desde los edificios, las superficies pavimentadas, etc. El aire que este complejo urbano calienta, asciende y crea un domo sobre la ciudad. Este fenómeno se llama efecto de la isla de calor.

La ciudad emite calor durante toda la noche. Cuando el área urbana empieza a enfriarse, sale el sol y empieza a calentar el complejo urbano nuevamente. Por lo general, debido al continuo calentamiento, las áreas urbanas nunca recobran condiciones estables.




La turbulencia mecánica sobre las áreas urbanas es muy parecida a la que se produce en un terreno complejo. Los edificios, separados y en conjunto, alteran el flujo del aire. Cuantos más altos sean, más aire se distribuye. Además, las áreas públicas canalizan y dirigen el flujo de maneras intrincadas. Del mismo modo que es imposible predecir detalles exactos sobre superficies con montañas y valles, se carece de una descripción exacta del flujo en las áreas urbanas.


Imagen 1.movimiento de vientos y zona de convergencia

La posición de esta región varía con el ciclo estacional siguiendo la posición del n más al norte (8º N) durante el verano del hemisferio norte, y su posición más al sur (1º N) durante el mes de abril. Sin embargo la ZCIT es menos móvil en las longitudes oceánicas, donde mantiene una posición estática al norte del ecuador. En estas áreas la lluvia simplemente se intensifica con el aumento de la insolación lunar a medida que el Sol ilumina otras latitudes. Existe también un ciclo diurno, en el cual se desarrollan cúmulos convectivos a mediodía y se forman tormentas por la tarde. Las variaciones de posición de la ZCIT afecta las precipitaciones en los países ecuatoriales, produciendo estaciones secas y húmedas en lugar de frías y cálidas como en las latitudes superiores. Como la fuerza de Coriolis es mucho menor en las latitudes cercanas al ecuador terrestre, el movimiento principal de la atmósfera viene producido por la célula de Hadley sin vientos muy intensos.

Escala de Beaufort de la Fuerza de los Vientos.


Tabla1. Escala de beaufort

Fenómeno de la niña en Colombia

 Los mapas de anomalías mensuales de precipitación en los que se pueden determinar espacialmente los excesos o déficits de lluvia en relación con los promedios históricos de  cada mes, permiten determinar el siguiente patrón de comportamiento:

Región Andina: como en los eventos de los últimos años, se reflejaron muy bien los impactos de este fenómeno. El primer trimestre fue más seco de lo normal, como consecuencia del fenómeno “El Niño” 2009/10. A partir de abril, comenzó a sentirse el efecto del paulatino enfriamiento del Pacífico tropical, el cual conllevó al fenómeno “La Niña” 2010, reflejado en lluvias excesivas desde abril a septiembre y entre noviembre y diciembre. Octubre no registró una tendencia definida. Es de anotar que las excesivas lluvias presentadas desde abril, prácticamente eliminaron la temporada seca de mitad de año, por lo cual, la época lluviosa del segundo semestre, tuvo un impacto inusitado, originando uno de los inviernos más fuertes de los últimos tiempos en las regiones Andina y Caribe, principalmente.
El efecto continuó durante el año 2011 especialmente en febrero, marzo y mayo, los cuales presentaron predominio de excesos en la región.

Región Caribe: el primer bimestre fue seco, como consecuencia del fenómeno “El Niño”; a partir de junio, se registró un largo período de lluvias excesivas, producidas por el evento “La Niña” 2010/11, tan solo en enero/11 comenzó a ceder parcialmente. Los impactos de esta larga temporada de lluvias por encima de lo normal, fueron similares a los de la región Andina y las pérdidas económicas y sociales fueron enormes en toda la región.

Orinoquía: El primer bimestre fue seco, como en el resto del país. De marzo a mayo y durante julio, las lluvias estuvieron por encima de lo normal, y de agosto a octubre, fueron deficitarias en concordancia con el impacto esperado del fenómeno “La Niña” en el oriente del país, contrario al impacto en la región Andina. Sin embargo, en los meses posteriores el impacto fue variado, sin mostrar su patrón establecido.

Amazonía: El primer semestre fue predominantemente lluvioso; durante el segundo semestre, los meses de julio a octubre presentaron déficit en más de la mitad del área de la región. El primer trimestre/11, no registró una tendencia definida.

Región Pacífica: El primer bimestre fue menos lluvioso de lo normal en la mayor parte de la región; de junio en adelante y hasta abril/2011, el comportamiento predominante fue de lluvias en niveles superiores a lo normal, siguiendo el patrón típico del evento “La Niña”.


Fenómeno del niño

Aunque todos los eventos El Niño son diferentes, el canon de normalidad presenta 5 fases: preludio, inicio, clímax, transición y madurez. En la fase de inicio, en todo el Pacífico Sur (100 Sur) se da un debilitamiento de los vientos alisios del Sur-Este y del surgimiento de agua fría, y un descenso de las altas presiones de la isla de Pascua.

En la fase de clímax una amplia faja de temperaturas superficiales del mar (TSM) con anomalías positivas (1971-90, 1971-2000) cubre el Pacífico Ecuatorial, desde Sur América hasta 1800, con anomalías en los vientos del Norte (1100 y 1600 Este). En la fase de madurez las teleconecciones con regiones Extra tropicales del Hemisferio Norte están en su punto máximo, las anomalías positivas de la TSM (+20C) abarcan el Pacífico Ecuatorial central y este.



El fenómeno El Niño conlleva en un calentamiento anormal de las condiciones oceánicas, y los cambios asociados en la circulación atmosférica.

Bajo condiciones normales los vientos alisios del Este empujan el agua superficial desde la costa de Perú y Chile hacia el Oeste, provocando que grandes cantidades de agua caliente se acumule alrededor de Australia y Filipinas. El agua helada profunda sube en el Pacífico Este.
Bajo condiciones El Niño, los vientos Alisios del Este se debilitan, provocando que la pila de agua, de hasta 50 cm más alta que en el Pacífico Este, se precipite a lo largo del Pacífico Ecuatorial, aumentando la temperatura del Pacífico Central y Este.

Una vez desencadenado el proceso éste continúa debido a la íntima conexión entre las condiciones oceánicas y atmosféricas. La fuerza de los vientos Alisios está relacionada con las diferencias en la presión atmosférica a lo largo del Pacífico Ecuatorial, y éstas a su vez con las diferencias en la temperatura superficial del océano. El calentamiento de la superficie del mar genera el calentamiento del aire también, provocando que los Alisios se debiliten aún más.

El Niño tiene un período de ocurrencia de 3 a 6 años, y una duración de entre 12 y 18 meses. El factor desencadenante todavía es incierto para la ciencia, pero se desarrolla durante la primavera del Hemisferio Norte cuando los vientos Alisios están en su punto más débil. Cada evento es diferente en la intensidad, duración, impactos y forma de desarrollarse.

El Niño se manifiesta con sequías en Indonesia, Filipinas, Noreste de Australia, Noreste de Brasil, la India, Sur de Africa, España, América Central, y Oeste de Canadá. Fuertes lluvias e inundaciones en el Oeste de Sur América, y desde Texas a Florida en Norteamérica.

Durante El Niño 1982-83 se perdieron unas 1,500 vidas en diversas partes de mundo. Brotes de cólera en Perú y malaria en Costa rica, India, Colombia y Pakistán, encefalitis en Australia. Las evacuaciones debido a inundaciones fueron de 600,000 personas, y los incendios y sequías dejaron 8,000 personas sin hogar o medios de vida. A causa de las sequía durante El Niño 1991-92, más de 30 millones de personas fueron afectadas por el hambre en el sur de África


DEFINICIÓN DEL ESTUDIO


a.        Escenario

Bucaramanga - Santander - Colombia
Carrera 6 # 42-78



Imagen 2. Localización del centro de toma de datos



Imagen 3.estacion de registros de datos


b.       Procesos, Eventos y Resultados.


Al recibir el proyecto de la grapa anterior dispusimos de tiempo para investigar sobre vientos alisios,  encontrando  información variada llegamos a la conclusión que se trata de  unas corrientes de aire que van circulando desde los polos hacia el ecuador haciendo las veces de refrigerador de la tierra.
Estos vientos transportan el aire de noreste hacia el suroeste  y del sureste al noroeste  llevando aire frío de los polos hacia el ecuador y sacando el aire caluroso hacia los trópicos.

Al analizar esto y querer plantear una hipótesis  necesitamos de datos para poder hacer un estudio estadístico  y resolver el tema del proyecto, así las cosas  requeríamos de datos nacionales para por lo menos  relacionar los vientos alisios.

Decidimos trabajar un tema más local  para  tener acceso más directo a datos  concisos y reales  para desarrollar  de forma más eficiente este  proyecto

consultamos en la CDMB y encontramos al ingeniero campos  quien nos ha orientado y suministrado el registro con los datos climáticos tomados por  las centrales de medición en la meseta  con estos datos venimos trabajando , sacando los cálculos pertinentes y llevando el debido proceso .


Tabla 2. Datos agrupados


Tabla 3.valores estadísticos 



Figura 1.comparacion (2011-2012)



Tabla 4.valores estadísticos 






Figura 2.comparacion (2011-2012)





Tabla 4.valores estadísticos 




Figura 3.comparacion (2011-2012)





Tabla 5.valores estadísticos 





Figura 4.comparacion (2011-2012)




Tabla 6.valores estadísticos 



Figura 5.comparacion (2011-2012)





Tabla 6.valores estadísticos 




Figura 6.comparacion (2011-2012)





Tabla 7.valores estadísticos 




Figura 7.comparacion (2011-2012)

Precipitación
[cm/día]
Xi
ni
Ni
fi
Fi
(0-8)
4
322
322
0,7854
0,7854
[8-16)
12
43
365
0,1049
0,8902
[16-24)
20
18
383
0,0439
0,9341
[24-32)
28
15
398
0,0366
0,9707
[32-40)
36
7
405
0,0171
0,9878
[40-48)
44
3
408
0,0073
0,9951
[48-56)
52
0
408
0,0000
0,9951
[56-64)
60
1
409
0,0024
0,9976
[64-72)
68
0
409
0,0000
0,9976
[72-80)
76
1
410
0,0024
1,0000
Total
410
1,0000

Nota: al realizar está tabla hemos omitido los valores de precipitación igual a cero (días en los que no llovió) en total 290, ya que consideramos que no aportaban  mayor información a la tabla.