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Meteorologica

versión On-line ISSN 1850-468X

Meteorologica vol.31 no.1-2 Ciudad Autónoma de Buenos Aires ene./dic. 2006

 

ARTÍCULOS ORIGINALES

Proyecto MeCIN: Alto Valle de Río Negro, Argentina

Alberto L. Flores (*), Jorge L. Lassig, Claudia Palese y Marisa G. Cogliati

Departamento Mecánica Aplicada - Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional del Comahue

(*)Departamento Ciencias de la Atmósfera - Universidad de Buenos Aires Buenos Aires - Argentina.

Manuscrito recibido el 12 de diciembre de 2005, en su versión final el 3 de octubre de 2007

RESUMEN

Este trabajo presenta los resultados obtenidos durante el experimento de campo MeCIN (Mediciones de la Capa de Inversión Nocturna) cuyo objetivo fue estudiar el comportamiento del viento, la temperatura del aire y la evolución del enfriamiento en los valles de los ríos Neuquén, Limay y Negro en noches con inversión térmica en las primaveras de los años 1992 al 1997. Las situaciones sinópticas que propiciaron los intensos efectos radiativos nocturnos fueron asociadas con un anticiclón migratorio postfrontal en 1000 hPa y un eje de vaguada en 500 hPa. Los gradientes verticales de temperatura alcanzaron valores medios entre 0,26 °C/m en el valle del río Neuquén y 0,14 °C/m en el del Negro. El tope de la inversión térmica, en promedio, se ubicó a más de 30 m. Las mediciones de los perfiles de velocidad del viento mostraron un patrón de dos capas: una capa inferior sin movimiento y otra superior con velocidades en promedio entre 2,9 m/s y 4,0 m/s. El enfriamiento nocturno fue superior en la zona de chacras y menor en cercanías del río y sobre la meseta. La temperatura del aire durante la noche fue menor en el valle que en la meseta, dependiendo de su altura.

Palabras clave: Heladas tardías; Inversión térmica nocturna; Perfiles de viento y temperatura en la capa límite.

MeCIN Project: alto Valle of Rio negro, Argentina

ABSTRACT

This paper presents the results of field experience MeCIN (Measurements of the Nocturnal Inversion Layer). The project was performed to study the characteristics of wind, air temperature and the evolution of nocturnal cooling in the Neuquén, Limay, and Negro river valleys during nighttime with thermal inversion in the layer near ground, between 1992 and 1997 spring seasons. The mean synoptic situations that favored the nocturnal radiative effects were associated with migratory postfrontal 1000 hPa anticyclones and a though axis in 500 hPa. The mean vertical gradient of air temperature was 0,26 °C/m in the Neuquén river valley and 0,14 °C/m in the Negro river valley. The top of the thermal inversion, on the average, was located above 30 m. The wind speed profile presented two layers: a lower one with calm and an upper layer with mean wind speed between 2,9 m/s and 4,0 m/s. The cooling of air during night was greater in the zone of small farms and smaller in the neighborhood of the river and on the plateau. The nighttime air temperature was smaller in the valley that in the plateau, and varied with height.

Keywords: Late frosts; Nocturnal thermal inversion; Wind and temperature boundary layer profiles.

1. INTRODUCCIÓN

La ocurrencia de heladas tardías en áreas de producción frutícola constituye un problema social y económico. El Alto Valle del Río Negro (AVRN) agrupa el 70% de la producción total de fruta argentina.

El pronóstico de las heladas y la elección de los métodos de defensa son críticos y su adecuación debería ser cuidadosamente analizada para cada región. La distribución espacial del fenómeno presenta diferentes grados de complejidad, que influyen en el desarrollo de una herramienta teórica destinada a diseñar posibles soluciones o acciones mitigantes para los efectos de las heladas tardías.

Las heladas tardías pueden ser estudiadas según distintos aspectos: por su origen (heladas radiativas, advectivas o mixtas); por la distribución espacial de la temperatura mínima en una región y su relación con la topografía; por los procesos de micro y meso escala; desde el punto de vista de los métodos de protección; y a partir del pronóstico de las mismas utilizando modelos numéricos y conceptuales (Burgos 1963; Blanc y otros 1969; Bagdonas y otros 1978; y Kalma y otros 1992).

Damario y Pascale (1957) efectuaron ensayos de métodos de lucha contra las heladas en los meses de julio y agosto en Villa Regina (Tabla I (i): VR), mediante el uso de calefactores.

Tabla I: Ubicación y descripción de los datos obtenidos durante el proyecto MeCIN. SMN: Servicio Meteorológico Nacional (1981, 1986 y 1992); FCA: Facultad de Ciencias Agrarias de la U N.Comahue (comunicación personal).

(*) las estaciones sombreadas fueron utilizadas para realizar los cortes transversales a cada valle.
(**) las variable medidas fueron: T temperatura, HR humedad relativa, P presión, f velocidad del viento y dd dirección del viento.

Garabatos (1969) estudió el descenso térmico nocturno de estaciones ubicadas en la zona frutícola del AVRN durante los meses de septiembre y octubre entre 1960 y 1962. Concluyó que el viento es el factor con mayor incidencia en la alteración nocturna de las capas bajas de la atmósfera. El enfriamiento diferencial en el valle lo atribuyó a causas orográficas, hidrográficas, de la composición del suelo y de la variedad de cultivos.

Garabatos (1972, 1978) determinó que la estación Alto Valle (Tabla I (i): AV) se comportaba como el punto más frío de la región y obtuvo una correlación entre la temperatura del aire en AV y varios puntos de observación en el interior del valle cultivado. Pascale y otros (1997) publicaron trabajos relacionados con la fecha de ocurrencia de la primera y última helada en el área de producción frutícola.

Otros trabajos describen el comportamiento de la troposfera y la estratosfera baja en Neuquén Aeropuerto (Tabla I (i): NA) y su relación con los enfriamientos ocurridos en superficie asociados a los eventos de heladas tardías durante el mes de septiembre (Duarte 1993; Duarte 1994; Escobar y otros 1996a; y Escobar y otros 1996b).

En el presente trabajo se estudian las características del flujo y de la temperatura del aire en el AVRN.

Las mediciones presentadas se llevaron a cabo durante el experimento de campo MeCIN (Mediciones de la Capa de Inversión Nocturna) (Flores y otros, 1993a; y Flores y otros, 1995) en las primaveras de 1992 a 1997 en el AVRN. El experimento se diseñó con la finalidad de estudiar el comportamiento de las heladas tardías en los tres valles cultivados y obtener datos de la capa límite atmosférica.

Los resultados contribuirán a la organización de medidas de advertencia y de protección contra las bajas temperaturas, al estudio de tecnologías alternativas no contaminantes para la lucha contra las heladas, y a la utilización eficiente de los métodos de lucha convencionales; así como al manejo y planificación de los cultivos frutihortícolas, ya que el área cultivada fue aumentando lentamente a través de los años en esta región, pero la recolección de datos meteorológicos no fue considerada en la estrategia de planificación.

La experiencia se originó a partir de la cooperación entre dos grupos de trabajo, uno de la Universidad Nacional Comahue y otro de la Universidad de Buenos Aires.

La sección 2 incluye la descripción del área estudiada, el instrumental utilizado y el diseño del experimento. En la sección 3 se muestra la climatología del fenómeno que comprende un análisis estadístico descriptivo y una caracterización de las situaciones sinópticas asociadas a la ocurrencia de inversión térmica nocturna. La sección 4 incorpora los principales resultados del análisis de las mediciones de temperatura y viento tanto en su distribución vertical, como en su distribución espacio-temporal.

2. ÁREA DE ESTUDIO, DISEÑO DEL EXPERIMENTO E INSTRUMENTAL

2.1. Área estudiada

El área estudiada fue la región agrícola denominada Alto Valle del río Negro (AVRN), que comprende los valles inferiores de los ríos Neuquén y Limay y el valle superior del río Negro. Las tierras cultivables se encuentran ubicadas en las terrazas de los ríos. Estas terrazas están limitadas por las escarpas de la meseta patagónica que circundan los valles. Las escarpas son llamadas localmente bardas. Los tres valles tienen configuraciones similares: son anchos y chatos con bordes en forma de escalón (escarpas). El valle del río Neuquén presenta dirección NW-SE, el eje longitudinal del valle del río Limay está en dirección W-E y la dirección del valle del río Negro es WNW-ESE en la zona considerada.

Las diferencias de altura media con la Meseta Patagónica adyacente son en promedio, 55 m en el valle del río Neuquén, 68 m en el valle del río Limay y 120 m en el valle del río Negro. La Figura 1 presenta las características topográficas del lugar con la distribución de las líneas de nivel.


Figura 1: Zona del AVRN y ubicación de las estaciones meteorológicas utilizadas. Las curvas de nivel fueron dibujadas cada 25 m. La referencia a los nombres se encuentran en la Tabla

Las bardas norte y sur en el valle del río Negro tienen características diferentes. El borde norte en los primeros 50 km del valle presenta una pendiente menos escarpada mientras que la barda sur es un borde abrupto. Luego, hacia el este, el patrón se invierte (ver Figura 1).

Las pendientes longitudinales de los valles son suaves, con alturas decrecientes hacia el este alcanzando 1,4 m/km en el valle del río Neuquén, 1,0 m/km en el valle del río Limay y 1,0 m/km en el valle del río Negro.

Las pendientes transversales son más abruptas: en el valle del Neuquén al oeste 5,9 m/km y al este 14,5 m/km, en el valle del Limay 11,3 m/km al norte y 7,8 m/km al sur mientras que en el valle del río Negro al sur 15,6 m/km y al norte 9,5 m/km en el tramo comprendido entre las ciudades de Cipolletti y General Roca.

El suelo de la meseta está cubierto en su mayor parte por vegetación baja muy dispersa (alturas menores a 2 m). En el interior de los tres valles se realizan cultivos intensivos de árboles frutales; dispuestos en general, en parcelas divididas por barreras protectoras contra el viento, constituidas por hileras de álamos. La distancia entre alamedas varía entre 125 m, 250 m, y en algunos casos se extiende hasta 500 m.

En el AVRN el 60.0% de la superficie total está cultivada, representando un total de 41.671 ha. De esas hectáreas cultivadas, el 84,6% están ocupadas con frutales, el 54,0% son manzanos, el 27,1% perales, el 3,9% frutales de carozo y el 15,0% restante otros tipos de frutales.

El 34% (11.985 ha) de la superficie con cultivares frutales se encuentra protegido con algún sistema activo de defensa contra heladas, siendo los métodos más utilizados los de calefacción y de riego por aspersión (CENSAR 1994).

2.2. Descripción del experimento

Los datos analizados provienen de la red de estaciones meteorológicas del Servicio Meteorológico Nacional Argentino (SMN), del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), y de una red de estaciones meteorológicas automáticas (EMA) propias instaladas exclusivamente durante la temporada de heladas tardías en el marco del proyecto MeCIN. Las estaciones meteorológicas automáticas fueron emplazadas en lugares ubicados en zona de chacras en el interior del valle y en varios lugares ubicados sobre la meseta patagónica.

Las mediciones se orientaron a la obtención de datos de la capa de superficie en diferentes localidades, en escalas adecuadas para estudiar las características de las heladas radiativas. Para ello se realizaron mediciones de viento y temperatura en superficie y de los perfiles en la capa cercana al suelo durante condiciones meteorológicas de inversión térmica nocturna. En la Figura 1 se aprecia la red de puestos de medición utilizados para este estudio y en la Tabla I se muestra una descripción de los datos obtenidos. Se listan las estaciones preexistentes en la región (Tabla I (i)). En la sección (ii) están los lugares donde se instalaron las EMAs. En la sección (iii) se indican los lugares donde se realizaron los sondeos. Se eligieron puntos de medición ubicados de manera de efectuar cortes transversales a los valles. Los perfiles de la temperatura y viento se midieron en cada valle durante condiciones meteorológicas nocturnas que favorecieran la ocurrencia de inversión de temperatura. Las variables meteorológicas observadas fueron: temperatura del aire a 0,2 m, 1,5 m y 8 m de altura, humedad relativa (a 1,5 m), presión y viento (10 m).

2.3. Instrumental

2.3.1 Superficie

Las EMAs utilizadas fueron equipos Davis, modelo Weather Monitor II (Flores y otros 1993b) (errores de calibración: temperatura ±0,1 °C, humedad relativa ±2 %, presión atmosférica ±0,3 hPa y viento ±1 m/s). Se utilizaron también termómetros de máxima y mínima (Fuess) (Tabla I: AL). Se midió la diferencia vertical de temperatura del aire en torres ubicadas entre los frutales con sensores a 1,5 m y a 8 m de altura, (doble de altura de la vegetación), por medio de termocuplas de Cu-Constantan preparadas y calibradas en nuestro laboratorio (Tabla I: AL, CVS). Para las mediciones en superficie, por su exactitud y precisión, se consideraron subpatrones de campo al sensor de humedad relativa y temperatura Väisälä: HMP 35 / HMP 36 0903/0904 con unidad indicadora de temperatura y humedad (Väisälä HMI 31) Los sensores fueron previamente calibrados utilizando un psicrómetro portátil ventilado (Väisälä, Ground Check Set Gc 19) como cámara de calibración.

2.3.2 Sondeos

Las variables medidas fueron: temperatura, humedad relativa, presión atmosférica y se estimaron dirección y velocidad del viento desde superficie hasta alrededor de 100 m de altura, con globos cautivos. La estimación de la dirección y velocidad del viento a grandes alturas se realizó con globos piloto, cuya posición se establecía utilizando un teodolito.

En la Tabla I (iii) se describen los lugares donde se realizaron estas mediciones. Los radiosondas utilizados (Graw - M60 QTA1) fueron elevados por medio de globos cautivos utilizando un malacate eléctrico. Cabe mencionar la importante disminución de costo en la realización de sondeos obtenida al utilizar radiosondas de excelente calidad que transmitían en Morse, evitando gastos mayores en los equipos de recepción (Flores y otros, 1996).

La altura máxima alcanzada fue variable y estuvo limitada por la intensidad del viento. Generalmente el límite se ubicó a la altura en la que el hilo de nylon que mantenía el globo, alcanzaba ángulos cercanos a 45°.

Los radiosondas fueron calibrados en laboratorio, detectándose errores de ±0,2 °C para la temperatura, ±2 % en la humedad relativa y ±2 hPa en la presión.

La velocidad del viento fue calculada utilizando una ecuación que contemplaba la fuerza de sustentación, la inclinación del globo y la fuerza de arrastre como:

donde S es la sustentación (dada al globo mediante el inflado con helio), α es el ángulo de inclinación del globo, ρ es la densidad del aire, r el radio del globo inflado y Cd es el coeficiente de arrastre (para los cálculos se consideró la relación entre el Cd de una esfera y el número de Reynolds).

3. CLIMATOLOGÍA DE LAS HELADAS EN EL AVRN

3.1. Climatología estadística

Durante los meses de septiembre y octubre, pueden presentarse en la región de estudio situaciones sinópticas propicias para la ocurrencia de heladas. La helada meteorológica se produce cuando la temperatura del aire es menor o igual a 0 °C medida en abrigo meteorológico. A estas heladas se las denomina tardías o primaverales. En este trabajo se estudian las heladas radiativas es decir, las que se producen debido al enfriamiento radiativo del suelo y del aire cercano al suelo en noches sin nubosidad y con viento muy débil o en calma.

En el período de floración, si la temperatura del aire es inferior a un valor crítico, se producen daños de diversa magnitud en los órganos frutales, llegando incluso a afectar la producción primaria y ocasionar pérdidas económicas importantes. Algunas heladas particularmente intensas en la zona de estudio provocaron pérdidas que afectaron el 54,1% de la producción (Bello y otros, 1985).

La temperatura crítica de daño cambia según la variedad y el estado fenológico de los frutales (Young 1947).

El período de duración de la floración difiere entre las variedades muy precoces a las muy tardías (Ruggiero, 1955).

Pascale y otros (1997) y Cordon y otros (1997) estudiaron la fecha media de última helada en el AVRN ocurriendo entre el 24 de septiembre y el 12 de octubre dependiendo de la localidad.

La Figura 2 (a) muestra el número medio de días con heladas meteorológicas (promedio de días con temperatura menor o igual a 0 °C a 1,5 m de altura por año) en las estaciones Neuquén Aero (NA) ubicada en el valle del río Limay, Cipolletti (CI) y Cinco Saltos (CS) ubicados en el valle del río Neuquén y Alto Valle (AV) y Villa Regina (VR) ubicadas en el valle del río Negro en los períodos indicados en la Tabla I. El mayor porcentaje de días con heladas se presenta en el mes de julio en todas las estaciones consideradas, excepto en VR que se da en junio. En junio y julio los frutales están en etapa de descanso vegetativo y soportan temperaturas rigurosas. Sin embargo, aunque en septiembre y octubre el número de días con heladas es menor que en invierno, la ocurrencia de temperaturas bajo cero representa mayor riesgo para la actividad frutícola. La cantidad media de días con heladas por año, en septiembre y octubre, es 10 días en VR, 8,7 días en AV, 8,3 días en CS, 5,4 días en NA y 3,5 días en CI, como se puede ver en la misma Figura 2 (a). Las heladas que ocurren en noviembre y diciembre presentan baja frecuencia.


Figura 2: (a) Número medio de días con heladas en las estaciones Neuquén (NA), Cipolletti (CI) y Alto Valle (AV) en el período 1961-1990, en Villa Regina (VR) en el período 1961-1970 y en Cincos Saltos (CS) en el período (1972-1992). (b) Distribución de frecuencias de temperaturas mínimas diarias en Cinco Saltos (CS) en el período 1972 - 1992.

El comportamiento de los estadísticos de primer y segundo orden durante todo el año no presentan diferencias significativas al 95 % en todas las estaciones analizadas.

Las heladas radiativas tienen una importante variabilidad espacial debido a que el enfriamiento nocturno depende fuertemente de la topografía, de la composición y contenido de humedad del suelo, de la utilización de la superficie y de las características del flujo del aire en el interior del valle. La intensidad, ocurrencia y duración de las heladas medidas durante el MeCIN presentaron una gran variabilidad espacial. Si bien no se pudieron establecer valores medios debido a que la información fue insuficiente para obtener resultados concluyentes, a modo de ejemplo, se presenta el caso de la madrugada del 8 de septiembre de 1994 en que se registró una helada en la región. En Allen (AL) la temperatura mínima del aire fue -2,1 °C y la duración de la helada fue 9 horas y en Cinco Saltos (CS) la temperatura mínima fue -0,1 °C y la helada duró 12 minutos, mientras que en Centenario (CV) no se registraron heladas.

En Cinco Saltos (CS), en septiembre son más frecuentes las heladas con temperaturas entre 0°C y -1,0 °C (33%), entre -1,1 °C y -2,0 °C (25%) y entre -2,1 °C y -3,0 °C (18%). En octubre disminuyen los casos de heladas más intensas. El mayor rigor de las heladas se encuentra por debajo de -7,1 °C, pero la frecuencia de ocurrencia de estos eventos extremos es muy baja (Figura 2 (b)).

3.2. Climatología sinóptica

Las heladas radiativas tardías se producen debido a la interacción de fenómenos meteorológicos de distinta escala.

Los principales factores de escala sinóptica que se relacionan con la ocurrencia de heladas radiativas son:

- el cambio de la masa de aire, asociado a la advección de aire frío;

- la superposición de ondas de longitudes más cortas sobre las ondas más largas características del flujo principal, que impulsan la formación o inhibición de nubosidad en escala de tiempo más pequeña (algunas horas) (Lässig y Bastanski, 1993);

- y la intensificación o debilitamiento del flujo medio del aire.

Burgos (1963) realizó uno de los primeros trabajos sobre el tema para la región, tratando de caracterizar el tipo de circulación propicio para la ocurrencia de la última helada radiativa en la baja troposfera, encontrando que en esos casos parte de la Patagonia y Mendoza estaban dominadas por un intenso centro de alta presión, que se instalaba como un anticiclón migratorio postfrontal.

Escobar y otros (1996 a y b) analizaron mediante el método de las componentes principales los campos sinópticos de la troposfera y estratosfera baja, asociados a situaciones propicias para la ocurrencia de heladas en la ciudad de Neuquén, en el mes de septiembre del período 1980-1986. El análisis discriminó los campos 1000 hPa y 500 hPa que se asociaron a heladas en Neuquén Aero (NA).

Durante las campañas de mediciones de campo del Proyecto MeCIN se seleccionaron las situaciones en las que las condiciones sinópticas nocturnas pronosticadas eran favorables para la ocurrencia de inversión térmica.

3.2.1. Situaciones con inversión térmica nocturna

Se analizaron los campos de altura geopotencial de 1000 hPa y de 500 hPa, la temperatura de superficie y la humedad específica de 1000 hPa, utilizando los reanálisis del NCEP/NCAR (Kalnay y otros 1996) de las 06:00 UTC y de las 12:00 UTC. En total se produjeron 45 días con inversión térmica nocturna, y dentro de estos en 27 días se produjeron heladas.

Del total de casos con situaciones propicias para la ocurrencia de inversión nocturna se seleccionaron 24 días no consecutivos para garantizar una muestra independiente y 13 días con temperatura del aire por debajo de 0 °C.

El 83% de las configuraciones de flujo de 1000 hPa de las situaciones con inversión térmica nocturna en el AVRN son comparables a los campos obtenidos por Escobar y otros (1996b).

Estas situaciones sinópticas se pueden especificar como:

• Entrada de un anticiclón migratorio postfrontal centrado aproximadamente en 30 °S (60 %).

• Entrada de un anticiclón migratorio postfrontal centrado aproximadamente en 45°S (40 %). Estos patrones pueden presentarse en días sin heladas, sin embargo, aún en esos casos los procesos radiativos que propician la presencia de una capa de inversión térmica nocturna cercana a la superficie están presentes.

El flujo en la troposfera media (500 hPa), se ajusta muy bien al descrito por Seluchi y Norte (1994) presentando un eje de vaguada asociado a un frente frío de superficie.

En la Figura 3 se incluyen los mapas medios considerando el total de casos (24 días) con condiciones propicias para la ocurrencia de inversión térmica.


Figura 3: Mapas medios correspondientes a 24 casos con condiciones de inversión nocturna en la capa cercana al suelo en el AVRN (NOAA-CIRES Climate Diagnostics Center http://www.cdc.noaa.gov/)
(a) Configuración media de altura geopotencial de 1000 hPa (mgp) de las 06:00 UTC
(b) ídem (a) para altura geopotencial de 500 hPa (mgp) de las 06:00 UTC.
(c) ídem (a) para temperatura de superficie (°C) de las 12:00 UTC.
(d) ídem (a) para humedad específica (g vapor/kg aire húmedo) en 1000 hPa de las 12:00 UTC.

La Figura 3 (a) presenta la configuración media de altura geopotencial de 1000 hPa a las 06 UTC. Un frente frío se ubica al norte de Uruguay y sobre las provincias del nordeste argentino, con orientación NW-SE y un anticiclón migratorio ocupa el centro de Argentina, generando descenso de la temperatura, de la humedad y de la nubosidad sobre la región. La Figura 3 (b) presenta la altura geopotencial media de 500 hPa a las 06 UTC. Las ondas en la troposfera media se asocian al anticiclón migratorio y al frente frío observados en la Figura 3 (a).

La distribución de temperatura del aire en superficie a las 12 UTC se presenta en la Figura 3 (c). La zona del AVRN es influenciada por una masa de aire frío y en particular hay un mínimo de temperatura del aire en la zona cercana.

En la Figura 3 (d) se incluye el campo medio de humedad específica de 1000 hPa de las 12 UTC que presenta la característica de un mínimo relativo en el área postfrontal.

3.2.2. Situaciones con heladas

Se analizaron además las situaciones de escala sinóptica considerando noches con al menos un registro de temperatura bajo cero en la zona del AVRN (13 casos) (Figura 4) de días no consecutivos. Los campos medios de altura geopotencial de 1000 hPa (Figura 4 (a)) y de 500 hPa (Figura 4 (b)) de las 06 UTC son similares, pero más intensos que los casos analizados en el punto 3.2.1 (Figura 3). Esta configuración del flujo asociada a las características de la masa de aire favoreció la ocurrencia de heladas en capas bajas en el AVRN y una menor humedad del aire; siendo, en consecuencia, más intensos los procesos radiativos (Figuras 4 (c) y (d)).


Figura 4: Mapas medios correspondientes a 13 casos con heladas en la capa cercana al suelo en el AVRN (NOAA-CIRES Climate Diagnostics Center http://www.cdc.noaa.gov/). (a), (b), (c) y (d) como en Figura 3.

4. COMPORTAMIENTO DEL AIRE EN LA CAPA CERCANA AL SUELO

Los sondeos se efectuaron durante situaciones sinópticas descriptas en la sección 3.2.1., en condiciones de inversión térmica nocturna. En la mayoría de estas noches, en el lugar del sondeo, no se registraron temperaturas inferiores a las temperaturas críticas a partir de la cual los órganos frutales sufren daños que afectan la producción. Este criterio se propuso para evitar que las mediciones, realizadas en la zona de producción fruti-hortícola, fueran afectadas por la lucha activa contra las heladas que realizan los productores regionales.

4.1. Perfiles de temperatura

La distribución vertical de la temperatura del aire, humedad y viento en noches despejadas y con viento en calma en la capa cercana al suelo presentan características particulares en el interior de los valles, y más aún en los valles con plantaciones de frutales, que sobre la meseta. En las chacras el movimiento del aire es más débil, el aire es más frío y húmedo.

En este estudio la diferencia de altura entre los dos primeros niveles de medición fue superior a la altura de los frutales, por lo que los intercambios radiativos puntuales dentro de la canopia se ven filtrados por la resolución vertical de los datos.

La Tabla II muestra los valores de variación vertical de la temperatura, viento máximo (velocidad y dirección) y altura a la que ocurrió.

Tabla II: Fecha, hora (LT: Hora Oficial Argentina) y número de sondeo (Figuras 5 a 7). ΔT: Variación de la temperatura entre los niveles inferior y superior (Δz) en la capa de inversión nocturna, ΔT/Δz : gradiente de temperatura, Vmáx: intensidad máxima del viento, su dd: dirección y H: altura a la que se midió.

En la Figura 5 se presentan los perfiles verticales nocturnos de temperatura del aire obtenidos en los valles de los ríos Limay, Neuquén y Negro.


Figura 5: Perfiles nocturnos de temperatura del aire hasta 60 m de altura en noches radiativas, según la referencia de los números de sondeo de la Tabla II.

La variación de la temperatura del aire con la altura (ΔT/Δz) dependió del estado de la atmósfera en cada noche y fue distinto en cada localidad.

El promedio de los gradientes verticales en el valle del río Negro, en Allen (AL) fue de 0,15 °C/m, y en General Roca (RC) fue 0,13 °C/m; en el valle del río Limay, en Colonia Valentina Sur, (CVS) fue 0,25 °C/m; y en el valle del río Neuquén en Cinco Saltos (CS), fue 0,27 °C/m, y en San Patricio del Chañar fue 0,24 °C/m (ver Tabla II). Estas diferencias dependerían de las particularidades topográficas de cada sector del AVRN y de las diferencias físicas de cada chacra.

Los gradientes verticales de temperatura medidos durante el MeCIN muestran una capa de inversión térmica nocturna cercana al suelo. Los cálculos se efectuaron tomando la capa con máxima inversión térmica más cercana a la superficie, que varió en cada lugar y durante cada noche (ver Tabla II).

Del análisis de los perfiles se observa que durante la noche el descenso de la T en la capa cercana a la superficie, con viento en calma, es menor que en altura (-1.04 °C/h CVS, -0.03 °C/h CS, -0.73 °C/h y -0.29 °C/h en AL). A 30 m sobre el suelo el enfriamiento dependería de un mayor número de factores, incluyendo además de la tasa de pérdida radiativa, la advección térmica, la mezcla turbulenta y la debida a inestabilidad de Kelvin-Helmholtz (Holton, 1979 y Lassig y Bastanski, 1993) (-1.52 °C/h en CVS, -0.58 °C/h en CS, -0.86 °C/h y -0.94 °C/h en AL) (Figura 5).

La variación vertical de la temperatura en la capa de calma (cercana al suelo) fue mayor en casi un orden de magnitud que en la capa superior con viento como se aprecia en la Figura 5.

La altura promedio de la inversión térmica alcanzó: en AL 33,3 m y en RC 42 m; en CVS 35,6 m; en CS 39,5 m y en CH fue 38 m.

Todos los sondeos midieron capas de inversión térmica de más de 30 m de altura. A mayores alturas el gradiente vertical fue mucho más débil o con isotermía.

4.2. Perfiles de viento

Dentro de los cuadros con frutales es común encontrar una zona en calma cercana al suelo, velocidades de viento mínimas coincidiendo con las zonas de mayor densidad del follaje y una zona con mayor velocidad en la capa donde la vegetación es más abierta. Como en el caso del análisis de los perfiles de temperatura, el efecto del arrastre aerodinámico de los árboles frutales es parcialmente filtrado por la resolución vertical de los datos, si bien, en la mayoría de los puntos de observación se eligieron sectores sin vegetación ubicados en zonas de chacras, la influencia del entorno con vegetación estaría presente.

En las Figuras 6 y 7 se presentan las mediciones de las componentes zonal y meridional del perfil de velocidad. En ellas se observa que las distribuciones con la altura se asemejan a un modelo de dos capas: una capa cercana a la superficie con viento leve o en calma y con espesores variables en el tiempo conforme se va intensificando la estratificación; y en niveles por sobre la canopia vegetal el flujo de aire se acelera. La altura media de la canopia vegetal en CVS era de 8,0 m, en AL 7,8 m y en CS 6,5 m.


Figura 6: Perfiles en noches radiativas de la componente zonal de la velocidad (u), normalizada con la velocidad máxima de cada sondeo, según la Tabla II. (u >0 componente Este).


Figura 7: Perfiles en noches radiativas, de la componente meridional de la velocidad (v), normalizada con la velocidad máxima de cada sondeo, según la Tabla II. (v >0 componente Norte).

La altura de la capa con velocidades muy débiles o calmas (V menor o igual a 1 m/s) se extendió en el valle del río Limay, en CVS hasta 12,4 m; en el del Neuquén en CS 23,8 m y en CH 6,0 m; y en el del río Negro en AL 14,7 m y en RC 1,5 m.

Esta intensificación de la velocidad y la altura a la que se midió fue, en promedio, en el valle del río Limay, CVS 4,0 m/s a 36,4 m; en el del río Neuquén, CS 2,9 m/s a 44,3 m, en CH 2,7 m/s a 38 m (un sondeo) y en el del río Negro, AL 4,0 m/s a 38,0 m y RC 5,0 m/s a 42 m (un sondeo). Los valores máximos para cada localidad se encuentran en la Tabla II.

Este modelo de dos capas de aire que presentan una importante cortante en la vertical podría asociarse a la inestabilidad del flujo del aire del tipo definido por Kelvin - Helmholtz (Holton, 1979, Lässig y Bastanski, 1993) y a los máximos de viento que provocan episodios turbulentos nocturnos (Blackadar, 1957).

En los sondeos [10], [17], [23] se observó una intensificación de la diferencia de temperatura en la capa de inversión nocturna, este efecto estuvo asociado a un incremento de la intensidad del viento y a una rotación de la dirección del sector sur al sector norte (ver Figuras 5 y 7 y Tabla II).

4.3. Enfriamiento nocturno en el AVRN

Durante la noche, en ausencia de radiación solar, el calor excedente almacenado durante el día es radiado hacia el espacio como radiación de onda larga. En condiciones de terreno complejo se establece un flujo de aire frío desde áreas más elevadas hacia otras más bajas. Este drenaje puede causar temperaturas inferiores a las esperadas. El enfriamiento nocturno depende entonces, entre otros factores, del grado de ventilación que incide sobre la región en estudio, del relieve, de la velocidad del viento durante la noche y del gradiente vertical de temperatura.

Las estaciones meteorológicas fueron ubicadas para medir en cortes transversales a cada valle, tomando mediciones simultáneas en tres puntos, uno sobre la meseta, otro en el centro del valle y el último en cercanías del río, en los períodos detallados en la Tabla I.

En las noches en que se realizó el experimento de campo se observó que sobre la meseta el enfriamiento (ΔT/Δt) fue más débil debido a la frecuente ocurrencia de viento, que produce mezcla por turbulencia mecánica. Por el contrario, en el interior de los valles, debido a la rugosidad y densidad de los obstáculos (vegetación), hay menor velocidad del viento, por lo tanto, la temperatura del aire desciende fuertemente durante la noche.

También se observó que en la zona adyacente al río hay menor variación temporal de la temperatura. Esta diferencia se nota especialmente en el valle del río Negro en la zona de Allen (AI) y en Roca (FV) ya que hay mayor cantidad de superficie cubierta por agua debido a que el río en esas zonas tiene numerosos brazos (ver Tabla III y Figura 1).

Tabla III: Enfriamiento nocturno medio (°C/h) en transectas a los valles; diferencia de temperatura (°C); y de altura (m) entre la barda y la zona baja dentro del valle.

El enfriamiento nocturno se vio afectado por la ocurrencia de:

• brisas esporádicas, que podrían deberse a la inestabilidad producida por la cortante de viento (modelo de dos capas) (Blackadar, 1957). Cuando estas brisas fueron de corta duración (10 minutos) se observó que la variación de la temperatura con el tiempo no tuvo valores positivos, poniendo de manifiesto la importancia del enfriamiento radiativo nocturno.; y

• nubosidad, aunque los períodos nubosos fueran de corta duración con porcentajes de cielo cubierto mayores al 50%, el enfriamiento del aire (°C/h) disminuyó o se hizo constante. aire sobre el valle. La diferencia de altura del terreno entre la barda y el valle se puede apreciar en la Tabla III, que sugeriría una relación directa entre ambos resultados, es decir, que la diferencia de temperatura se incrementaría en las localidades con bardas más altas.

5. SINTESIS Y CONCLUSIONES

En los meses de septiembre y octubre se producen, en los cultivares de mayor difusión en el AVRN (perales y manzanares), los estados fenológicos de mayor sensibilidad a las heladas. Durante estos meses en promedio ocurren entre 3,5 días y 10 días con heladas. De estas, el 60 % alcanzan temperaturas críticas de daños.

En las situaciones sinópticas analizadas de noches con inversión térmica, el 80% de las configuraciones del flujo de 1000 hPa correspondieron a la entrada de anticiclones migratorios postfrontales y un eje de vaguada en 500 hPa asociado a un frente frío de superficie.

Durante la noche el descenso de la temperatura en la capa cercana a la superficie, con viento en calma, fue menor que en altura (-1.04 °C/h CVS, - 0.03 °C/h CS, -0.73 °C/h y -0.29 °C/h en AL). A 30 m sobre el suelo el enfriamiento dependería de un mayor número de factores, incluyendo además de la tasa de pérdida radiativa, la advección térmica, la mezcla turbulenta y la debida a inestabilidad de Kelvin-Helmholtz (-1.52 °C/h en CVS, -0.58 °C/h en CS, -0.86 °C/h y -0.94 °C/h en AL).

El gradiente vertical de temperatura alcanzó valores importantes en los diferentes valles. El promedio de los gradientes verticales en el valle del río Negro, en Allen (AL) fue de 0,15 °C/m, en el valle del río Limay, en Colonia Valentina Sur, (CVS) fue 0,25 °C/m; y en el valle del río Neuquén en Cinco Saltos (CS), fue 0,27 °C/m. Todos los sondeos midieron una capa de inversión térmica de más de 30 m de altura.

Estas observaciones son un dato importante en la planificación de métodos de lucha basados en el aumento de la temperatura mediante el movimiento del aire de la capa de superficie, ya que permite conocer el alcance del calentamiento en capas bajas que se podría lograr a partir de la mezcla turbulenta.

Los perfiles de velocidad del viento con la altura presentaron una configuración que se podría asociar un modelo de dos capas. La capa más cercana al suelo presentó calma o vientos muy débiles, y sobre ella, otra capa con mayor intensidad de viento.

La altura de la capa con velocidades muy débiles o calmas (V menor o igual a 1 m/s) se extendió en el valle del río Limay, en CVS hasta 12,4 m; en el del Neuquén en CS 23,8 m; y en el del río Negro en AL 14,7 m.

La mayor velocidad de la capa superior, se encontró, en promedio, en el valle del río Limay, CVS 4,0 m/s a 36,4 m; en el del río Neuquén, CS 2,9 m/s a 44,3 m, y en el del río Negro, AL 4,0 m/s a 38,0 m.

Este modelo de dos capas produce una cortante de viento que ocasionaría inestabilidad del flujo del aire del tipo definido por Kelvin Helmholtz que se asociaría a las irrupciones de brisas que se presentan durante la noche y que no aparecen correlacionadas con el viento en escala regional.

Debido a la resolución espacial vertical de los sondeos, la influencia de los árboles frutales en los perfiles de viento se ve filtrada.

Sobre la base de estas conclusiones se puede inferir que los sistemas removedores de aire fijos utilizados en la lucha contra las heladas en otras regiones, serían ineficaces en un gran número de situaciones, ya que el tope de la inversión térmica varía dependiendo de la situación y el valle considerado. Por otro lado, para que el sistema sea rentable, debería poder trasladarse, ya que las variedades de los frutales que se cultivan en el AVRN presentan su mayor sensibilidad en fechas y períodos distintos en una misma temporada.

Las mediciones realizadas en superficie formando una transecta en cada valle mostraron que el enfriamiento fue menor en la meseta que en el valle debido a la frecuente ocurrencia de viento, que produce mezcla por turbulencia mecánica. Por el contrario, en el interior de los valles, debido a la rugosidad y densidad de los obstáculos hay menor velocidad del viento y la temperatura del aire desciende en mayor medida excepto en las zonas adyacentes al río, observándose mejor en el valle del río Negro con enfriamientos menores a -1,0 °C/h en la meseta y en el río y mayores en la chacra (-2.4 °C/h en AL).

El aire sobre la barda siempre fue más cálido que el aire sobre el valle, medidos ambos a la misma altura sobre el suelo, alcanzando 8,1 °C en el valle del río Negro.

Agradecimientos: Este trabajo se realizó en el marco del Proyecto de Investigación: Adversidades meteorológicas y tecnologías de Protección de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Comahue. Los subsidios PIP del CONICET178 y de la UBA EX 041 y 081 contribuyeron al desarrollo del proyecto. Los autores agradecemos los valiosos comentarios y sugerencias de los revisores anónimos.

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