El modelo de transporte

químico MOCAGE

Modelos numéricos predictores para gestión medioambiental

www.aemet.es

2

La modelización de la composición química de la atmósfera

• La composición química de la atmósfera terrestre está continuamente en evolución debido a los cambios en las emisiones (tanto naturales como antropogénicas) así como a la variabilidad climática natural (El Niño, Variabilidad estratosférica,etc)

• Como en Meteorología, la modelización numérica es hoy en día una de las herramientas mas útiles para la investigación y las aplicaciones en el campo de la composición Química de la Atmósfera.

El problema• Modelizar la atmósfera y su composición es un problema determinista que

consiste en integrar en el tiempo un conjunto de ecuaciones en derivadas parciales a partir de un estado inicial que se supone conocido y de los flujos de emisión en superficie y en altura.

• La dificultad procede de varios puntos:

• En general no disponemos de solución analítica a este problema.

• Hay que recurrir a métodos numéricos que permitan abordar el problema de forma compatible con los medios de cálculo disponibles.

• La puesta en operación de un modelo químico incluye:

• Elección de los dominios horizontal y vertical

• La elección de los procesos químicos y físicos que se contemplan y la manera de representarlos

• La elección de una estrategia para la integración de las ecuaciones en el tiempo

• Y están condicionados por el grado de conocimiento del modelizador de los fenómenos representados y por los medios de cálculo disponibles.

Tiempo químico

• El llamado tiempo químico (chemical weather) es un campo de creciente interés.

• Varios Institutos meteorológicos (Environment Canadá y NOAA) emiten predicciones de tiempo meteorológico y químico.

• Tiempo químico: Conocimiento de las distribuciones a nivel global, regional y local de gases traza y aerosoles con su correspondientes variabilidades asociadas (desde minutos a días)

• 2 enfoques: • Online: El módulo químico está acoplado a un modelo NWP

• Offline: CTM aislados y forzados por campos meteorológicos procedentes de modelos NWP

¿Por qué modelizar la composición química?

• La finalidad principal de la modelización química es conocer con anticipación suficiente la previsión de los niveles de polución de forma que sea posible tomar las medidas puntuales de reducción de emisiones que limite el impacto de los posible episodios susceptibles de ser peligrosos para la salud de los ciudadanos.

• Pero también son herramientas para prever la evolución futura de la composición química de la atmósfera y de su impacto en el clima y para comparar diferentes escenarios de emisiones antropogénicas. Aunque sus incertidumbres son elevadas, son la mejor herramienta de la que disponemos en la actualidad.

• AEMET ha iniciado un acuerdo de colaboración con Méteo France relativa a la modelización química.

• En virtud de este acuerdo AEMET utilizara el modelo MOCAGE, desarrollado por Météo France, con el fín de proporcionar predicciones de tiempo químico así como de disponer de una herramienta para la simulación realista de emisiones accidentales susceptibles de ser peligrosas para la población.

MOCAGE: Modélisation de la Chimie Atmosphérique Grande Echelle

MOCAGE es un modelo de transporte químico (CTM) 3D que proporciona simulaciones numéricas de las interacciones entre los procesos dinámicos, físicos y químicos en la atmósfera (troposfera y baja estratosfera)

Resuelve la ecuación de continuidad para cada especie

Es flexible: Es global y permite hasta un máximo de 3 niveles de anidamiento.

Permite asimilación de datos (3DVAR, 4DVAR)

Estructura vertical: 47 niveles híbridos (60 en modo clima)

Esquema químico: RACMOBUS:

REPROBUS en estratosfera (Lefevre et al, 1994 1998)

RACM en troposfera (Stockwell et al, 1997)

RACMOBUS tiene en cuenta 119 especies y 372 reacciones

MOCAGE: Modélisation de la Chimie Atmosphérique Grande Echelle

PRINCIPALES PARAMETRIZACIONES FÍSICAS:

Esquema de advección SL (Rasch & Williamson, 1987)

Esquema de difusión turbulenta de LOUIS (1979)

Esquema de convección TIEDKE o KFB (2001)

Deposición seca de WESELY (1989)

El modelo diferencia entre precipitación convectiva y de gran escala para el esquema de deposición húmeda de especies hidrosolubles.

EMISIONES:

TNO-GEMS a nivel europeo (Resolución ~7 km)

EMEP

IPCC

FORZAMIENTOS METEOROLOGICOS:

ECMWF a nivel global

HIRLAM-INM:

ONR

HNR

CNN

PBL (8 niveles)

Estratosfera (28 niveles)

MOCAGE: Estructura vertical

~ 50 km

Global ECMWF

2x2

Atlántico

Europeo

ONR 0.5x0.5

Península

HNR 0.1x0.1

Configuración MOCAGE en AEMet

MOCAGE: Ventajas para AEMET

Cuando MOCAGE esté operativo en AEMet estaremos en condiciones de proporcionar:

Predicciones hasta H+48 de (entre otros)

SO2

NO

NO2

O3

CO

Radiación UV UVI (en condiciones nubosas)

MOCAGE: Modo ACCIDENTE

MOCAGE es también capaz de trabajar en modo ACCIDENTE

En este caso la química está desactivada

Únicamente el transporte, las deposiciones secas y húmedas y (en su caso) el decaimiento radioactivo están activados

Se pueden definir hasta un máximo de 10 fuentes puntuales y el modelo calcula su evolución.

Precisa los forzamientos meteorológicos de presión en superficie (2D) y T, q, u, v y w (3D).

Permite anidamientos (Global + hasta 3 dominios anidados)

Nos permite simular liberaciones accidentales de material (pasivo o radioactivo) y conocer con anticipación la evolución de la nube tóxica

Gracias por su atención