NOTAS Y CORRESPONDENCIA

Aplicación de la Tecnología SIG para la representación de información climática marina en el Atlántico Sur

 

Elisa C. Nuré y  Estela A. Collini  

Departamento Meteorología, Servicio de Hidrografía Naval Comodoro Py 2055, Piso 15, Ciudad Autónoma de Buenos Aires
dirección electrónica: enure@ara.mil.ar

Manuscrito recibido el 22 de abril de 2010, en su versión final el 20 de diciembre de 2010

 

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RESUMEN

Este trabajo presenta una aplicación de la tecnología de Sistemas de Información Geográfica (SIG) a las bases de datos de información meteorológica marina generadas en función de procedimientos estadísticos recomendados por la Organización Meteorológica Mundial para la elaboración de Resúmenes Climáticos Marinos.
Este SIG permite una visualización dinámica de valores extremos y frecuencias en forma de mapas, tablas y gráficos, tanto temporales como espaciales, así como de la distribución de las observaciones meteorológicas marinas en el Océano Atlántico Sudoccidental.
La información climática regional marina elaborada utilizando esta tecnología, es de interés para toda ciencia o disciplina relacionada con el medio ambiente y constituye un valioso soporte para la planificación de tareas en el ámbito de la seguridad náutica, tanto para el  Servicio de  Hidrografía  Naval  como para  otras instituciones que desarrollen actividades afines. 

Palabras claves: SIG; Climática; Estadística; Marina; Seguridad.  

Application Of Gis Technology For The Representation Of Climate Marine Information In The South Atlantic Region

ABSTRACT

This article shows a Geographic Information Systems (GIS) application to marine climatic information data bases. These data bases are created following the World Meteorological Organization recommendations for applying statistical procedures to marine observations in order to elaborate Marine Climatic Summaries. 
This GIS allows a dynamic visualization of maps, tables and graphics showing extreme values and frequencies of meteorological variables in time and space as well as the marine meteorological observations distribution over the South Atlantic Ocean. 
The regional climatic marine information obtained using this technology, will be a useful tool for environmental related disciplines and, it will be also of valuable support for the safety of naval operations.  

Keywords: GIS; Climatic; Statistical; Naval; Safety.            

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1.    INTRODUCCIÓN  

El globo terráqueo se ha dividido en zonas de incumbencia y responsabilidad de los países miembros de la  Organización Meteorológica Mundial (OMM), quienes se comprometen a contribuir a la seguridad náutica en dichas áreas, mediante normas y procedimientos definidos por la Organización Marítima Internacional en el Convenio Internacional para la  Seguridad de la Vida Humana en el Mar (IMO,  1974).  Para la República Argentina se define la zona NAVAREA VI, área que cubre una extensión aproximada desde 35º 50’S hasta el Polo Sur y entre 20ºO y 67º 16’O, siendo la costa argentina un límite natural. 

Los océanos juegan un rol clave en  el sistema climático intercambiando con la atmósfera grandes cantidades de calor, vapor de agua, partículas y momento; son dinámicos y sus propiedades superficiales varían en diferentes escalas temporales, permitiendo una amplia gama de intercambios y retroalimentaciones entre la atmósfera y el océano (Bigg y otros, 2003). 

Los océanos del Hemisferio Sur presentan una baja densidad de observaciones meteorológicas comparativamente con otros océanos del mundo, en cambio en el caso del Atlántico Norte, la navegación es una actividad rutinaria que siempre aportó información meteorológica que contribuyó a desarrollar el conocimiento climatológico.

Dentro del área del programa de gestión de datos de la OMM, el equipo de expertos sobre climatología marina desarrolla procedimientos y normas para la recopilación de datos,  para  la creación de conjuntos de datos climatológicos  de acuerdo a Normas Mínimas de Control de Calidad (WMO, 2004),  y  establece mecanismos de intercambio de datos con  los  Centros Colectores Internacionales. 

El Departamento  de Meteorología del Servicio de Hidrografía Naval (SHN)  en coordinación con el Servicio Meteorológico Nacional (SMN), tiene como responsabilidad la recopilación de las observaciones meteorológicas marinas, habiéndose generado una base de datos que abarca el período desde  1950 a la fecha,  actualizada permanentemente (Nuré, 2001; 2006; 2007; 2009a). Dichas bases de datos fueron depuradas siguiendo  los procedimientos  sugeridos por la OMM para la generación de la climatología marina. Se obtuvo así un conjunto de resultados estadísticos contenidos en un sistema de bases de datos, definido como Resúmenes Climáticos Marinos (Nuré, 2009b).

Los SIG son una herramienta sistemática que combina el manejo de datos con la presentación de mapas, refiriendo geográficamente una serie de "estratos" de información, a fin de facilitar la superposición, cuantificación y síntesis de los datos, así como de orientar las decisiones, facilitando el avance en el estudio y análisis de las variables climatológicas. En un trabajo preliminar se mostraron ejemplos de la aplicación de esta tecnología a la distribución de las observaciones meteorológicas marinas (Collini y otros, 2004). 

En esta nota se exponen ejemplos de la aplicación de esta tecnología a los Resúmenes Climáticos Marinos de variables seleccionadas sobre el Océano Atlántico Sudoccidental. 

2.   DATOS Y METODOLOGÍA

Es importante sintetizar las diferentes etapas involucradas en la generación del dato que forma parte de estos Resúmenes Climáticos Marinos. 

Los buques en navegación realizan observaciones meteorológicas, que se codifican en el formato de mensaje SHIP (WMO,  1988), se asientan en planillas de observaciones y simultáneamente se emiten a través de las líneas de comunicaciones del buque en navegación, llegando en tiempo real al  Departamento Meteorología del SHN, donde se les aplica en tiempo diferido, un tratamiento de control de calidad según Recomendaciones de la OMM (WMO, 1988;  2004). Estos datos consistidos, se agregan a la base de datos histórica y una selección de los mismos es procesada trimestralmente para ser transferida a los Centros Colectores de Datos de Alemania (Deutscher Wetterdienst, Hamburg) e Inglaterra (Meteorological Office, Bracknell), tarea que se realiza en coordinación con el SMN. 

En esta base de datos, cada registro contiene la observación meteorológica original, a la cual se agregan 20 campos de control de calidad definidos por la OMM y 14 campos definidos en el Departamento, cuyo contenido es el resultado de las verificaciones de los valores de las variables, realizadas por los programas de consistencia.  

Además se desarrollaron programas de grabación con control de calidad “in situ", para ser instalados a bordo de los buques en navegación a los fines de optimizar la calidad de los datos y generar automáticamente el mensaje codificado. Un resumen de la metodología de control de calidad aplicada, se describe en el ANEXO.

A esta base de datos se aplican programas de cálculo de valores extremos y frecuencias relativas de viento, olas de viento, estado del tiempo, visibilidad, nubosidad, temperaturas del aire y del agua y presión atmosférica, para la generación de los resúmenes climáticos sobre una retícula de 5° x 5° sobre la zona NAVAREA VI, los cuales se integran y visualizan en un entorno SIG. 

Cabe aclarar que, dado que la base de datos de las observaciones SHIP se actualiza constantemente con el ingreso de registros, al efectuar periódicamente el reproceso de las aplicaciones, también se actualizan consecuentemente los resúmenes climáticos marinos.  En este trabajo se muestran resultados preliminares correspondientes al  período 1950-2007  (se está  en proceso  de digitalizar información histórica).

3.   RESULTADOS 

La aplicación de la tecnología SIG a los resúmenes climáticos marinos produce una visualización dinámica de la climatología marina  en forma de tablas y gráficos (tanto temporales como espaciales), de la cantidad de datos, las frecuencias relativas  en intervalos y valores extremos con su localización, de las variables viento, olas de viento, estado del  tiempo, visibilidad,  nubosidad, temperatura  del aire y del agua, y presión atmosférica, en cada cuadrado de 5° x 5° de la retícula.

En este SIG se realizan consultas sobre los resultados estadísticos mensuales del período completo (enero a diciembre 1950-2007), estacionales  (verano, otoño, invierno y primavera 1950-2007),  o decadales (enero a diciembre, verano, otoño, invierno y primavera 1950-59, 1960-69, 1970-79, 1980-89, 1990-99 y 2000-09), considerando tres tipos de selección:  i) geográfica (seleccionando un cuadrado dentro de la retícula de 5° x 5°, se despliega la correspondiente tabla),  ii) por parámetro (seleccionando la capa temática del parámetro, se despliega un sub-menú de selección temporal) o  iii)  temporal (seleccionando la capa temática de mes o estación, se despliega un sub-menú de selección de parámetro).

En este trabajo se muestran algunos ejemplos de los productos generados. En particular,  mapas y tablas de valores extremos y frecuencias de algunas variables, resultantes de la activación  de la correspondiente capa temática a consultar y la posterior selección de la zona en el océano.

En la Figura 1, se observa la distribución de las observaciones meteorológicas marinas en el Atlántico Sur, provenientes de la base de datos histórica. En la  misma figura, para la zona comprendida entre 40°S-45°S y 60°O-65°O  y la costa, se muestran las tablas de valores máximos de viento, de olas de viento y su respectiva dirección, de valores extremos de presión atmosférica, de temperatura  del aire y del mar,  para todos los meses y estaciones. Los gráficos de distribución de frecuencia de visibilidad en gamas  para el mes de enero, junto con la tabla de los porcentajes para todos los meses y estaciones, se muestran en la Figura 2. Dado que el Estrecho de Magallanes es una zona de alto tránsito marítimo, tanto la distribución del viento como la  distribución  de la nubosidad  son  variables de particular interés y frecuente consulta. Para la zona comprendida entre 65°S,  45°O  y la costa, la Figura 3  presenta  la distribución de nubosidad en gamas del mes de enero y la tabla de los porcentajes para todos los meses y estaciones. 

Figura 1: mapa donde se muestra la distribución de las observaciones en el Atlántico Sudoccidental y la tabla de valores extremos de las variables para la zona comprendida entre 40º S - 45º S y 60º W- 65º W y la costa.

Figura 2: mapa donde se muestra la distribución de la frecuencia de visibilidad por gamas del mes de enero del período, con la tabla de los porcentajes para todos los meses y estaciones para la misma zona de la Figura 1.

Figura 3: mapa donde se muestra la distribución de la frecuencia de nubosidad por gamas del mes de enero del período con la tabla de los porcentajes para todos los meses y estaciones para la zona comprendida entre 50°S y 55S° y 65W° y la costa.

Para la misma zona, en la Figura 4 se observa la distribución de frecuencia de la intensidad del viento para el mes de enero y la tabla de porcentajes para todos los meses y estaciones.

Figura 4: mapa donde se muestra la distribución de frecuencia de la intensidad del viento para el mes de enero del período y con la tabla de los porcentajes para todos los meses y estaciones para la misma zona de la Figura 3.

La aplicación SIG desarrollada presenta los mapas en Proyección Mercator con elipsoide de referencia GS 84. Los datos de los ríos y afluentes contenidos en el Atlas Digital de los Recursos Hídricos Superficiales de la República Argentina, editado por la Subsecretaría de Recursos Hídricos de la Nación e Instituto Nacional del Agua (INA 2002), se han integrado al SIG.

4.   CONCLUSIONES

Con la aplicación de los SIG, la información geográfica puede ser integrada fácilmente en las bases de datos y puede ser visualizada en un mapa y simultáneamente relacionada con otros datos geo-referenciados.  Las mayores ventajas derivadas de su utilización, surgen de la posibilidad de realizar análisis de conjuntos de datos espaciales y  no espaciales de forma integrada, sobre todo de aquellos datos donde la localización geográfica es una característica importante o es un elemento crítico. Las aplicaciones desarrolladas en el entorno SIG son un instrumento invalorable para la toma de decisión  (por ejemplo, para  la administración de recursos naturales, para el estudio del medio ambiente regional y  para el estudio  del cambio climático). En este caso, servirá de apoyo para las actividades desarrolladas en el ámbito marino: seguridad náutica, administración portuaria, pesca, estudios  medioambientales, exploración e investigación oceanográfica, instalación de boyas, consumo de combustible, etc.

Se prevé la integración al SIG del análisis estadístico de tendencias y patrones, a partir de los valores medios de viento,  temperaturas y presión atmosférica. Este objetivo general se completará con la integración de síntesis climáticas y estudios de variabilidad espacio-temporal de variables de circulación atmosférica  sobre el  sector  Atlántico Sudoccidental.  

Agradecimientos: A  la División SIG del Instituto Geográfico Nacional (ex  Instituto Geográfico Militar),  por el  soporte computacional y valioso asesoramiento. Asimismo,  hemos contado con la inestimable colaboración del Dr. Héctor Salgado en materia cartográfica.  Este trabajo se enmarca dentro  del  Proyecto  “Visualización  de  resúmenes climáticos marinos utilizando tecnología SIG (Sistemas de Información Geográfica)”, desarrollado en el ámbito del Departamento Meteorología del Servicio de Hidrografía Naval, dentro de los Proyectos de la Subsecretaría de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico del Ministerio de Defensa. 

ANEXO  

1.  El control de calidad de los datos comprende los siguientes cuatro niveles:
2.  parámetro: verificación de existencia de información y rangos válidos. 
3.  registro: análisis de coherencia física entre parámetros.
4.  archivo: verificación de registros repetidos y análisis secuencial de observaciones sucesivas del mismo buque, que no difieran más de 6 horas entre sí, analizando los valores de posición, presión atmosférica y temperaturas que hayan resultado correctos según las verificaciones previas.
5.  geográfica: verificación espacial de la información, a través del análisis de la derrota del buque, aplicando la tecnología de sistemas de información geográfica (Nuré, 2006).
6.  En los niveles 1 a 3, los campos de control de calidad pueden tomar valores 0 (no se efectuó control de calidad), 1 (el elemento parece correcto), 2 (el elemento parece incompatible con otro), 3 (el elemento parece dudoso), 4 (el elemento parece erróneo) o 9 (elemento faltante). 

REFERENCIAS  

1. Bigg, G.R., Jickells, T.D., Liss, P.S. y Osborn, T.J, 2003. Review: The role of the oceans in climate. Int. J. Climatol., 23, 1127-1159.         [ Links ]

2. Collini, E.A., Nuré, E., Cattaneo, N., Salgado, H. y Gutiérrez, J.M., 2004.  Aplicación de la Tecnología SIG para la representación de la Información Meteorológica Marina. Anales de la Reunión de la Asociación Argentina de Geofísicos y Geodestas (AAGG), Octubre 2004, Buenos Aires, Argentina.         [ Links ]

3. IMO, 1974. International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS).  International Maritime Organization.         [ Links ]

4. INA, 2002. Atlas Digital de los Recursos Hídricos Superficiales de la República Argentina. Subsecretaría de Recursos Hídricos e Instituto Nacional del Agua.         [ Links ]

5. Nuré,  E., 2001.  Control de Calidad de la información meteorológica y glaciológica proveniente de diversas fuentes.  Boletín del Servicio de Hidrografía Naval, H-106,  Año IV  - Nro.1.         [ Links ]

6. Nuré,  E., 2006.  Aplicación en un entorno de sistemas de información geográfica, para el control de calidad de la posición de las observaciones meteorológicas de buques. SMARA-MT 08/06.         [ Links ] 

7. Nuré, E., 2007. Sistema de Control de Calidad de la información meteorológica marina y de hielos marinos. Jornadas Científicas y Tecnológicas del Servicio de Hidrografía Naval, 16 al 18 de Octubre de 2007.         [ Links ]

8. Nuré,  E., 2009a:  Base de datos de observaciones meteorológicas de buques. Historial y control de calidad. SMARA-MT 01/09.         [ Links ]

9. Nuré,  E., 2009b:  Resúmenes Climáticos Marinos. SMARA-MT 02/09.         [ Links ]

10. WMO, 1988.  FM 13-X SHIP Report of Surface Observations from a Sea Station.  World Meteorological Organization.         [ Links ]

11. WMO, 2004. Minimum quality control standards, MQCS. Versión V. Annex 2 to Recommendation 9 (JCOMM-I).  Joint WMO/IOC Technical Commission for Oceanography and Marine Meteorology (JCOMM)        [ Links ]