El modelo híbrido de trayectoria integrada lagrangiana de una sola partícula ( HYSPLIT ) [1] es un modelo informático que se utiliza para calcular las trayectorias de las parcelas de aire para determinar qué tan lejos y en qué dirección viajará una parcela de aire y, posteriormente, los contaminantes del aire . HYSPLIT también es capaz de calcular la dispersión , transformación química y deposición de contaminantes del aire . [2] El modelo HYSPLIT fue desarrollado por el Laboratorio de Recursos del Aire de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) y el Centro de Investigación de la Oficina Australiana de Meteorología en 1998. [3] El modelo deriva su nombre del uso de enfoques lagrangianos y eulerianos .
El interés inicial en calcular las trayectorias de los paquetes aéreos surgió de la carrera armamentista nuclear de la Guerra Fría . En 1949, el gobierno de los Estados Unidos utilizó datos del viento obtenidos de mediciones con globos de radiosonda para determinar las fuentes probables de las trayectorias de los paquetes de aire y encontrar un sitio de pruebas atómicas en la Unión Soviética . [4] La versión inicial de HYSPLIT (HYSPLIT1) se desarrolló en 1982 y obtuvo datos meteorológicos únicamente a partir de mediciones de radiosondas , y sus cálculos de dispersión asumieron una mezcla uniforme durante el día y ninguna mezcla durante la noche. [5] La segunda versión de HYSPLIT (HYSPLIT2) mejoró HYSPLIT1 variando la fuerza de la mezcla. [6] La tercera versión de HYSPLIT (HYSPLIT3) utilizó modelos numéricos de predicción del tiempo para calcular la meteorología en lugar de solo datos de sondas crudas, mejorando la resolución espacial y temporal del modelo. [7] HYSPLIT4, creado en 1998, sirve como base para las versiones actuales del modelo. [3]
El modelo HYSPLIT se utiliza ampliamente tanto en aplicaciones de investigación como en eventos de respuesta a emergencias para pronosticar y establecer relaciones fuente-receptor de una variedad de contaminantes del aire y materiales peligrosos. [1] Ejemplos de uso incluyen:
El modelo HYSPLIT se puede ejecutar de forma interactiva en el sitio web del Sistema de visualización y aplicaciones ambientales en tiempo real (READY) [12] o instalarse en aplicaciones de PC, Mac o Linux, que utilizan una interfaz gráfica de usuario , o automatizarse mediante scripts ('PySPLIT 'paquete en Python , paquetes 'openair' y 'splitr' en R ). HYSPLIT es bastante inusual porque puede ejecutarse en modo cliente-servidor (HYSPLIT-WEB) desde el sitio web de NOAA, lo que permite al público seleccionar conjuntos de datos históricos o de pronóstico cuadriculados, configurar ejecuciones de modelos y recuperar resultados de modelos con una web. navegador. Los desarrolladores de HYSPLIT ofrecen capacitaciones anuales sobre la instalación, configuración y uso del sistema de modelado y sus aplicaciones. [13]
El modelo HYSPLIT es ampliamente utilizado por las agencias de gestión de tierras de los Estados Unidos para pronosticar los posibles impactos del humo de los incendios forestales en la salud humana . El humo de los incendios forestales puede afectar directamente la salud del público y del personal de incendios forestales. [14] El equipo de investigación de incendios aéreos del Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de EE. UU. utiliza HYSPLIT como componente de su marco de modelado BlueSky para calcular las trayectorias probables de las parcelas de humo emitidas por un incendio. [15] Cuando se combina con varios otros modelos independientes de información sobre incendios, carga de combustible, consumo de incendios, emisiones de incendios y meteorología dentro del marco BlueSky, el usuario puede calcular las concentraciones a favor del viento de varios contaminantes emitidos por un incendio, como el dióxido de carbono o Materia particular . Esta información es útil para que las agencias reguladoras del aire y de gestión de tierras comprendan los impactos de los incendios forestales planificados y no planificados y las consecuencias relacionadas con el humo de un espectro de tácticas de mitigación y tácticas de manejo de incendios forestales. [16] En situaciones de respuesta de emergencia, los equipos de gestión de incidentes pueden desplegar asesores técnicos especializados en recursos del aire para ayudar a predecir y comunicar los impactos del humo a una amplia variedad de partes interesadas, incluidos los equipos de incidentes, los reguladores de la calidad del aire y el público. Los asesores de recursos aéreos están especialmente capacitados para interpretar los pronósticos de BlueSky a fin de proporcionar información oportuna sobre el impacto del humo y el pronóstico para abordar los riesgos y preocupaciones de salud pública .
Un uso popular de HYSPLIT es establecer si los altos niveles de contaminación del aire en un lugar son causados por el transporte de contaminantes del aire desde otro lugar. Las trayectorias de retroceso de HYSPLIT, combinadas con imágenes de satélite (por ejemplo, de los satélites MODIS de la NASA ), pueden proporcionar información sobre si los altos niveles de contaminación del aire son causados por fuentes locales de contaminación del aire o si un problema de contaminación del aire fue arrastrado por el viento. [17] El análisis de trayectorias de retroceso durante períodos prolongados de tiempo (mes-año) puede comenzar a mostrar el origen geográfico más asociado con concentraciones elevadas. Existen varios métodos para identificar la contribución de altas concentraciones, [18] incluidos enfoques basados en frecuencia, función de contribución de fuente potencial, trayectoria ponderada por concentración y agrupación de trayectorias. [ cita necesaria ]
Por ejemplo, las trayectorias inversas de HYSPLIT muestran que la mayor parte de la contaminación del aire en el condado de Door, Wisconsin, se origina fuera del condado. Este mapa muestra cómo viaja el aire hasta el monitor de contaminación en el Parque Estatal Newport . [19] Debido a que el monitor en el parque estatal Newport está cerca de la costa, solo las líneas rojas (que muestran las corrientes de aire más bajas) representan de manera significativa la ruta del ozono hasta el monitor. Desafortunadamente, como se muestra en el mapa, estas corrientes de aire más bajas transportan aire contaminado desde las principales áreas urbanas. Pero más hacia el interior, el aire procedente de zonas más altas se mezcla más, por lo que todas las líneas de color son importantes a la hora de trazar la trayectoria de la contaminación del aire hacia el interior. Afortunadamente, estas corrientes de aire más altas (que se muestran en verde y azul) llegan desde áreas más limpias, en su mayoría rurales. [20]
Aunque el modelo HYSPLIT ha sido mejorado desde sus inicios en la década de 1980, existen varias consideraciones para los usuarios. [21] Entre ellos, los más importantes son la incapacidad del modelo para tener en cuenta reacciones químicas secundarias y la dependencia de la resolución de los datos meteorológicos de entrada, que pueden tener una resolución temporal y espacial aproximada. Los usuarios deben evaluar los resultados cuidadosamente en áreas con terreno complejo. A pesar de su uso en una amplia gama de eventos de respuesta a emergencias, HYSPLIT no es un modelo preferido o recomendado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (US EPA) para fines regulatorios. AERMOD , un modelo de dispersión de pluma gaussiana de estado estacionario , es el modelo preferido de la EPA de EE. UU. para estimar los impactos de fuentes puntuales de los contaminantes primarios emitidos. [22] Los modelos de cuadrícula fotoquímica, como el modelo comunitario de calidad del aire a múltiples escalas (CMAQ), pueden simular los complejos procesos químicos y físicos en la atmósfera (incluida la formación secundaria de contaminantes del aire) a gran escala.
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