Aplicación del modelo SMOKE para generar el Inventario Nacional

.
Desarrollo de Metodologías para la Aplicación de
Modelos de la Calidad del Aire a Nivel Nacional en
México
Reporte Final
Contrato INE/I3P-006/2006
“Aplicación del modelo SMOKE para generar el
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para
modelación”
Preparado por
M en C. David Alejandro Parra Romero
Consultor de LT Consulting
Para el
Instituto Nacional de Ecología (INE)
México, D.F.
Diciembre del 2006.
NOTA: El presente documento incorpora los reportes finales sobre; a) el procesamiento del
inventario nacional de emisiones 1999 con fines de modelación a través del sistema SMOKE, y,
b) preparación de los insumos meteorológicos demandados por el modelo de calidad del aire
CAMx. Ambas actividades formaron parte del proyecto “Desarrollo de Metodologías para la
Aplicación de Modelos de la Calidad del Aire a Nivel Nacional en México” (Contrato INE/I3P006/2006), desarrollado por la empresa LTConsulting para el Instituto Nacional de Ecología
durante el año 2006.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
2
CONTENIDO
1. Introducción
2. Antecedentes
2.1. Descripción del INEM 1999
2.2. Descripción de SMOKE
3. Objetivos
4. Metodología
4.1. Dominios de modelación
4.2. Pariodos de modelación
4.3. Paquetería y recursos
4.4. Instalación de SMOKE
4.4.1 Estructura básica de SMOKE
4.4.2 Organización de directorios en la estación de trabajo del INE
4.4.3 Instalación de los compiladores, pre/post procesadores y
librerías necesarias para SMOKE
4.4.4 Compiladores Intel Fortrar 77 y F90 (no comercial)
4.4.5 Librerías Pararell Virtual Machina (PVM) versión 3
4.4.6 Librerías I/O API versión 3.0
4.4.7 Librería NETCDF versión 3.6.2
4.4.8 Programa MCIP versión 3.2
4.4.9 Programa Spatial Allocator version 3.2
4.4.10 UNC Spatial Surrogate Tools Version 1.1
4.4.11 Programa mmscan
4.4.12 Software de visualización PAVE versión 2.3
4.4.13 Software de visualización IDV versión 2.1
4.5. Aplicación de SMOKE
4.5.1 Assigns file
4.5.2 Estructura básica de un caso base o escenario
4.5.3 Programa Smkinven
4.5.4 Programa UNC spatial surrogate tools versión 1.1
4.5.5 Programa Grdmat
4.5.6 Programa Spcmat
4.5.7 Programa Temporal
4.5.8 Programa Elevpoint
4.5.9 Procesamiento de fuentes biogénicas
4.5.10 Programa Smkmerge
4.5.11 Procesamiento de entradas para CAMx
5. Resultados y discusión
5.1. Procesamiento del inventario de emisiones de México y USA
5.1.1. Fuentes de área
5.1.2. Fuentes móviles
5.1.3. Fuentes puntuales
5.1.4. Fuentes biogénicas
5.2. Análisis de emisiones
6. Control de calidad
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
5
7
7
12
15
16
16
17
18
18
20
21
22
22
23
23
24
24
25
26
27
27
27
28
28
29
30
48
54
63
66
71
73
83
89
93
93
94
99
103
104
109
116
3
7. Conclusiones y sugerencias
8. Referencias bibliográficas
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
120
122
4
1.0 INTRODUCCIÓN
La industrialización ha tenido impactos positivos en la vida del ser humano al brindarle medios para tener
una vida más cómoda, sin embargo, también ha tenido efectos negativos al provocar la degradación
ambiental, principalmente mediante la generación de contaminantes. Generalmente, los residuos de las
diferentes actividades humanas se han venido descargando al ambiente con la idea de que los
ecosistemas tendrían la capacidad de absorberlos o «limpiarlos» sin que se generaran problemas
posteriores. El resultado es que hoy en día las huellas de la actividad humana son evidentes en
prácticamente cualquier lugar del planeta. Un ejemplo de ellos son los problemas de calidad del aire en
las grandes ciudades y sus impactos sobre la salud de la población.
México en particular enfrenta problemas de calidad del aire en sus principales zonas metropolitanas.
Entre los casi 65 millones de habitantes de zonas urbanas de nuestro país, alrededor de 27 millones
viven en zonas en las que se exceden las normas de calidad del aire establecidas por la Secretaría de
Salud, especialmente para ozono y partículas finas. Por ejemplo, en el 2002 la norma horaria de ozono se
excedió durante el 75 % de los días en la ZMVM, el 21% de los días en la ZMG, el 2% de los días en la
ZMM, el 4% de los días en la ZMVT, y casi 2% de los días en Ciudad Juárez y Puebla. Para este mismo
año, la norma diaria de PM10 se excedió en estas mismas ciudades entre el 2% (ZMVM) y casi el 20%
(ZMM y ZMG) de los días del año. Para otros contaminantes como los óxidos de azufre y nitrógeno,
aunque la situación es menos preocupante, en términos de excedencia de los valores normados, no
dejan de ser importantes por cuanto a su papel como precursores de partículas de origen secundario, las
cuales se han asociado con diversos efectos a la salud.
Diversos estudios han asociado la contaminación atmosférica con diversos impactos
en la salud,
incluyendo aquellos sobre el sistema respiratorio, neurológico y cardíaco, e inclusive con algunos tipos de
cáncer. Estudios realizados en más de 100 ciudades en el mundo, incluida la Ciudad de México, han
encontrado resultados consistentes en cuanto a la asociación entre concentraciones ambientales de
ozono y partículas y el incremento de muertes por causas respiratorias. En la Zona Metropolitana del
Valle de México (ZMVM) se han llevado a cabo diversos estudios que indican que una reducción de 10%
en los niveles de PM10 traería como consecuencia una reducción anual de diez mil casos de bronquitis
crónica y de entre mil y tres mil muertes por año. Estos mismos estudios indican que una reducción del
10% simultáneaneamente
en las concentraciones de O3 y PM10 tendría como consecuencia una
disminución en los casos de morbilidad y mortalidad en la ZMVM, con un consecuente ahorro de entre
760 y 2,200 millones de dólares estadounidenses al año.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
5
Ante este escenario, las autoridades ambientales de nuestro país están luchando coordinadamente para
lograr una calidad del aire que asegure la salud de la población a través del desarrollo de estrategias de
control para la reducción de emisiones contaminantes. Estas estrategias pueden incluir grupos de
medidas de aplicación estatal o regional (como las que se plasman en los programas estatales de calidad
del aire –PROAIRES-), o medidas de impacto nacional (como por ejemplo, el establecimiento de normas
de emisión de contaminantes, normas de calidad del aire o normas de calidad de los combustibles). Sin
embargo, dada la complejidad técnica y los factores no lineales que influyen en la calidad del aire, el
impacto de tales medidas antes de su aplicación sólo puede ser estimado a través del uso de modelos de
simulación, ya que con ellos es posible relacionar las concentraciones ambientales de los contaminantes
directamente con sus fuentes de emisión (en el caso de los contaminantes primarios como el monóxido
de carbono), o con la emisión de sus precursores (en el caso de los contaminantes secundarios como el
ozono), así como con las condiciones topográficas, de uso de suelo y meteorología de una región
determinada.
Con base en lo anterior, el INE a través de la Dirección de Investigación sobre la Calidad del Aire (DICA),
se ha dado a la tarea de mejorar su capacidades de modelación y para ello planteó el desarrollo del
presente proyecto (“Desarrollo de Metodologías para la Aplicación de Modelos de la Calidad del Aire a
Nivel Nacional en México”), el cual considera entre sus objetivos la implementación del Sparse Matriz
Operador Kernel Emissions (SMOKE, por sus siglas en inglés), y del modelo meteorológico de
mesoescala MM5. En este contexto general, el presente documento tiene por objeto describir el
procedimiento, las metodologías y las fuentes de información que se utilizaron para llevar a cabo la
instalación y adaptación parcial a México del sistema de procesamiento de emisiones SMOKE y a través
de él preparar el primer inventario nacional de emisiones de contaminantes criterio de 1999 con fines de
modelación.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
6
2.0 ANTECEDENTES
Los pasos técnicos que deben ejecutarse para preparar un inventario de emisiones con fines de
modelación de la calidad del aire son los siguientes:
1. Distribución temporal – desglose de los estimados anuales de emisión en el año base del inventario en
incrementos de tiempo más pequeños (generalmente en horas).
2. Distribución espacial – distribución de los estimados de emisión en el año base en celdas de
cuadrantes individuales definidas sobre el dominio del inventario.
3. Especiación – desglose de las emisiones de gases orgánicos totales (GOT) o gases orgánicos
reactivos (GOR) en grupos de reactividad y/o especies químicas individuales, NOx total en óxido nítrico
(NO) y bióxido de nitrógeno (NO2), y material particulado total (PM) por tamaño de partículas y/o por
especies químicas individuales.
4. Proyecciones – combinación de los estimados de emisión del año base con los factores de crecimiento
y control para estimar las emisiones en años futuros.
Para instrumentar estos pasos técnicos se requieren diferentes conjuntos de datos que necesitan ser
adaptados específicamente a la región geográfica que se desea modelar y a las condiciones de operación
de los tipos de fuentes dentro de esa región. Por ejemplo, los datos específicos del sitio son necesarios
para los perfiles de distribución espacial y las tasas estacionales de operación. Los datos específicos de
las fuentes son necesarios para los perfiles de distribución temporal (estacional, semanal, por hora), la
especiación química de las emisiones y los factores de crecimiento y control. Por lo tanto, cada dominio
de modelación y cada categoría de fuente requieren conjuntos específicos de datos para la distribución
temporal y espacial, la especiación y la proyección de emisiones. Los detalles específicos sobre las
consideraciones hechas en esta aplicación son referidos en diferentes apartados de la metodología. A
continuación sólo se hace una breve descripción del Inventario Nacional de Emisiones y del sistema de
procesamiento SMOKE, empleado para procesar dicho inventario con la información antes referida.
2.1 Descripción del INEM 1999
El Inventario Nacional de Emisiones de México, 1999 (INEM, 1999) constituye el primer inventario de
alcance nacional para contaminantes criterio desarrollado en el país. Este inventario fue desarrollado con
el objetivo de apoyar los esfuerzos institucionales en las áreas de gestión de la calidad del aire y
evaluación de sus efectos en la salud, así como sentar las bases técnicas para realizar mejores
evaluaciones de calidad del aire e impacto ambiental al interior del país.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
7
En términos de su ámbito geográfico el INEM comprende toda la República Mexicana, constituida por 32
entidades federativas (incluido el DF) y su resolución es municipal. El año base, 1999, se eligió porque en
su momento se consideró que las dependencias gubernamentales contaban con información suficiente
para calcular las emisiones para dicho año. Los contaminantes incluidos son: óxidos de nitrógeno (NOx),
óxidos de azufre (SOx), compuestos orgánicos volátiles (COV), monóxido de carbono (CO), partículas
suspendidas (PM10 y PM2.5) y amoniaco (NH3).
El INEM incluye las emisiones calculadas para cinco tipos de fuentes de emisión, a saber: fuentes fijas,
fuentes de área, vehículos automotores, fuentes móviles que no circulan por carretera (maquinaria
agrícola y de construcción) y fuentes naturales (emisiones naturales de COV generadas por la
vegetación, de NOx provenientes del suelo y de SO2 y PM podrecidas por actividad volcánica). Un
resumen del inventario nacional de emisiones es mostrado en el Cuadro 1. Es importante mencionar que
las unidades en las que se encuentran las tablas y cuadros del INEM 1999, incluidas en este reporte y
publicadas en el libro del mismo nombre, están expresadas en toneladas métricas. Por otro lado las
unidades de los archivos de entrada al modelo (archivos en formato IDA), están en toneladas cortas
debido a las características del formato. Una tonelada corta equivale a 0.907185 toneladas métricas. El
control de calidad de las emisiones se llevo a cabo tomando como base las tablas del INEM 1999 del
Anexo 3, expresadas en toneladas cortas.
Como puede observarse en el Cuadro 1, la mayor parte de las emisiones antropogénicas -excluyendo las
emisiones que emanan de fuentes naturales – provienen de:
¾
Vehículos automotores, que ocupan el primer sitio en cuanto a emisiones de NOx y CO, así como
el segundo lugar en emisiones de COV, y
¾
Plantas de generación de electricidad, que emiten la mayoría de las emisiones de SOx y se
ubican en segundo sitio en emisiones de NOx, después de las fuentes móviles.
En este mismo contexto, el análisis de emisiones por contaminante arroja los siguientes resultados:
¾
Tratándose de emisiones de NOx, las fuentes de emisión más representativas, después de los
vehículos automotores, son las fuentes móviles que no circulan por carreteras y las plantas de
generación de energía eléctrica.
¾
Las emisiones de SOx están fuertemente determinadas por procesos de manufactura y otros
procesos industriales, las refinerías de petróleo y otros combustibles fósiles, así como por el
consumo industrial de combustibles (fuente de área).
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
8
¾
En el caso de los COV, las fuentes que contribuyen de manera más significativa son el uso de
solventes, los vehículos automotores, la distribución de combustibles (gasolina y gas LP), así
como otros usos de combustibles (principalmente combustión doméstica de leña).
Cuadro 1. Resumen del inventario nacional de emisiones, 1999
Categoría de fuente
Minería
Plantas de generación de
electricidad
Refinación del petróleo y otros
combustibles fósiles
Manufactura y otros procesos
industriales
Otros servicios
Comercialización al mayoreo
Combustión industrial de
combustibles
Otros usos de combustibles
Distribución de combustibles
Uso de solventes
Incendios y quemas
Polvo fugitivo
Fuentes de amoniaco
Otras fuentes de área
Vehículos automotores en ruta
Fuentes móviles que no circulan
por carreteras
Fuentes biogénicas
Fuentes geogénicas
Total
Categoría de fuente
Minería
Plantas de generación de
electricidad
Refinación del petróleo y otros
combustibles fósiles
Manufactura y otros procesos
industriales
Otros servicios
Comercialización al mayoreo
Combustión industrial de
combustibles
Otros usos de combustibles
Distribución de combustibles
Uso de solventes
Incendios y quemas
Polvo fugitivo
Fuentes de amoniaco
Otras fuentes de área
Vehículos automotores en ruta
Fuentes móviles que no circulan
por carreteras
Fuentes biogénicas
Fuentes geogénicas
Total
Emisiones ( ton/año)
COV
CO
27,977.6
45,983.7
PM10
32,427.6
PM2.5
15,538.0
1,604,849.2
11,394.4
25,310.8
79,508.3
62,884.7
39,078.3
389,056.5
55,074.0
19,765.9
18,516.8
13,043.7
119,537.0
492,580.8
105,981.4
76,433.7
166,802.8
107,560.5
50.9
50.7
276.1
64.3
80.4
47,347.2
8.4
109.1
20.9
11.8
14.7
8.6
53,286.9
189,420.7
8,953.0
48,233.5
14,438.3
11,231.4
89,276.8
3,051.3
1,993,769.1
227,681.5
219,218.1
9,174.4
537.5
421,282.5
423,658.5
773,944.0
54,943.7
402,537.2
58,689.1
127,703.9
53,627.7
27,279.1
124,582.5
435,664.7
1,632.2
24,452.8
60,805.6
573,042.4
56,312.2
4,671,841.8
10,740.4
20,567.5
9,012.9
18,844.9
263,767.8
3,485.9
35,169.1
153,603.5
37,240.1
36,122.9
NOx
30,323.7
SOx
147,108.2
259,833.8
NH3
1,297,832.5
1,018,613.2
7,609.4
17,443,902.4
2,443,240.7
2,606,550.0
5,463,065.5
1,954,913.0 390,983.0
20,043,556.2 7,493,908.9 2,749,262.0 965,370.2 1,305,441.9
Emisiones (porcentaje)
COV
CO
PM10
PM2.5
NH3
0.14
0.61
1.18
1.61
NOx
1.24
SOx
2.69
10.63
29.38
0.06
0.34
2.89
6.51
1.60
7.12
0.27
0.26
0.67
1.35
4.89
9.02
0.53
1.02
6.07
11.14
0.00
0.00
0.01
0.00
0.00
0.24
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
2.18
3.47
0.04
0.64
0.53
1.16
3.65
0.06
26.61
8.28
22.71
0.38
0.01
2.10
2.11
3.86
0.27
5.37
2.13
4.65
5.56
2.83
5.10
17.83
0.03
0.45
0.30
2.86
0.75
62.34
0.39
0.75
0.93
1.95
10.80
0.06
0.18
2.05
1.35
3.74
71.11
100
40.50
100
99.42
41.69
100
0.58
87.03
47.71
100
100
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
100
100
9
¾
En cuanto al CO, más del 62% del total de emisiones proviene de los vehículos automotores,
mientras que alrededor del 27% corresponde a otros usos de combustibles (fundamentalmente
gas LP en el sector transporte).
¾
Para las emisiones de NH3 son las actividades ganaderas, la aplicación de fertilizantes y la
generación doméstica de amoniaco las responsables de la mayoría de las emisiones. Sólo una
muy pequeña proporción de las emisiones de este contaminante proviene de los vehículos
automotores.
Por otro lado, los resultados de este inventario muestran que las fuentes naturales (biogénicas y
geogénicas) contribuyen sustancialmente a las emisiones totales de NOx, SOx, COV y PM. Por ejemplo,
los volcanes de Colima y Popocatépetl son las principales fuentes de emisión de PM10 y PM2.5. Si bien
es cierto que las emisiones de fuentes naturales son, en general, de mayor magnitud (ton/año) que el
total de emisiones provenientes de fuentes antropogénicas, el hecho de que estas últimas se ubiquen
comúnmente en, o cerca de, zonas urbanas en las que hay concentraciones poblacionales presupone
una exposición a estos contaminantes de más personas, en comparación con las fuentes naturales que
representan sobre todo en zonas remotas o rurales. Cabe mencionar que para las fuentes naturales
posiblemente se tenga una sobreestimación de las emisiones que se presentan en este inventario; en el
caso de las emisiones de la vegetación y los suelos se asocia con la incertidumbre de la calidad de la
información disponible y con los cálculos de las emisiones de NOx y COV; en cuanto a las emisiones
volcánicas, se relaciona con la variabilidad misma de las emisiones, los métodos y los supuestos
utilizados para estimarlas.
Los resultados del inventario a nivel de entidad federativa (Cuadro 2) también ilustran la situación del país
en términos de emisiones contaminantes a la atmósfera y la problemática que enfrenta la calidad del aire
a nivel local y regional. Por ejemplo, si se toman en cuenta únicamente las emisiones de origen
antropogénico, los estados que presentan las emisiones más elevadas de NOx son:
¾
Coahuila, principalmente provenientes de plantas de generación de electricidad (carboeléctricas).
¾
Veracruz, provenientes de una combinación de fuentes fijas como plantas de generación de
electricidad, actividades de extracción de petróleo y gas, y también refinerías, así como fuentes
de área, particularmente embarcaciones marítimas comerciales.
¾
DF y Estado de México, provenientes en su mayoría de fuentes móviles, sobre todo vehículos
pesados a diesel y vehículos y camiones ligeros a gasolina.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
10
En lo referente a emisiones de SOx las entidades con mayores emisiones son:
Veracruz, Sonora, Coahuila, Tamaulipas, Colima, Guerrero, siendo el origen de las emisiones,
¾
básicamente, la generación de energía eléctrica.
Cuadro 2. Resumen del INEM, 1999 por entidad federativa (ton/año)
Entidad
NOx
SOx
COV
CO
PM10
PM2.5
NH3
Aguascalientes
9,668
7,060
25,593
54,848
3,560
1,895
22,917
Baja California
41,213
44,401
85,071
162,207
10,780
8,500
10,363
Baja California Sur
13,042
20,600
8,515
17,443
2,166
1,649
5,669
Campeche
43,236
151,756
19,795
74,437
10,814
8,045
14,650
Coahuila
157,200
175,090
65,201
147,824
31,609
29,328
26,839
Colima
22,959
192,149
13,654
27,502
12,495
8,773
6,163
Chiapas
22,411
94,126
108,030
380,490
50,804
39204
93,976
Chihuahua
64,782
91,301
91,021
222,901
23,450
16,592
41,975
Distrito Federal
89,549
6,389
213,084
769,830
7,114
6,202
9,783
Durango
20,796
27,342
50,671
101,912
12,664
7,994
45,967
Guanajuato
50,102
134,055
106,184
269,784
24,132
16,784
52,624
Guerrero
31,622
191,124
77,017
250,905
35,060
28,112
52,280
Hidalgo
63,323
358,640
54,430
154,950
35,675
26,312
25,058
Jalisco
84,237
39,560
172,690
607,440
33,753
20,824
138,024
México
113,950
47,311
327,553
999,795
32,671
24,906
49,105
Michoacán
47,362
30,976
87,060
254,970
30,734
22,407
75,909
Morelos
14,610
13,863
35,639
88,790
8,320
5,553
11,974
Nayarit
9,826
2,856
19,135
54,942
7,603
4,635
23,987
Nuevo León
77,114
99,901
137,352
407,386
18,650
15,627
13,104
Oaxaca
32,155
61,820
95,963
332,013
45,595
35,911
61,770
Puebla
36,109
18,134
129,347
361,073
37,691
30,261
61,225
Querétaro
13,158
8,717
34,344
79,215
7,525
5,571
15,413
Quintana Roo
12,247
3,136
19,856
65,578
6,221
4,717
4,897
San Luis Potosí
30,232
85,457
57,515
180,805
25,669
18,338
34,390
Sinaloa
38,946
105,531
50,614
141,443
23,591
14,055
62,128
Sonora
41,279
159,775
54,187
148,133
41,804
23,335
49,155
Tabasco
28,805
148,836
58,576
137,538
29,218
19,306
40,841
Tamaulipas
56,592
155,267
92,847
173,518
19,683
12,196
37,514
Tlaxcala
10,010
5,631
24,338
65,714
5,337
3,826
8,342
Veracruz
110,520
342,392
209,048
547,964
129,871
93,646
124,393
Yucatán
20,402
29,828
45,367
142,937
15,151
13,000
36,372
Zacatecas
17,172
3,495
27,958
69,656
14,942
6,887
38,637
Total
¾
1,424,628
2,856,516
2,599,654
7,493,909
794,349
574,387
1,305,442
Hidalgo y Campeche, en donde las emisiones están relacionadas con las refinerías de petróleo y
las actividades de extracción de petróleo y gas.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
11
En lo que respecta a emisiones de COV y CO, se distribuyen de la siguiente manera:
¾
El Estado de México, el Distrito Federal, Jalisco y Veracruz, presentan las emisiones más altas de
COV, provenientes principalmente de fuentes de área como la distribución de gas LP, la
combustión doméstica de leña y el uso comercial y doméstico de solventes, y fuentes móviles
tales como vehículos y camiones ligeros a gasolina.
¾
En estos mismos estados las emisiones de CO son más elevadas que en el resto de las
entidades federativas. En el Estado de México, el Distrito Federal y Jalisco provienen en su
mayoría de vehículos automotores (alrededor de 81 % del total en Jalisco y Estado de México y
casi 94 % en el Distrito Federal); sin embargo, en Veracruz el 59 % de las emisiones de CO son
producto de fuentes de área, sobre todo de la combustión doméstica de leña, en tanto que sólo
37 % corresponde a vehículos automotores.
Respecto a las emisiones de partículas suspendidas, éstas se distribuyeron de la siguiente manera:
¾
Las entidades con mayores emisiones antropogénicas de PM10 son el Estado de México, Jalisco
y Veracruz. En este último, la mayor parte de estas emisiones provienen de fuentes fijas.
¾
Los estados con mayores emisiones de PM2.5 asociadas con fuentes no naturales son Veracruz,
Puebla y Jalisco. En el primero, las fuentes fijas dan cuenta de alrededor del 53 % de las
emisiones totales de PM2.5, y, en los segundos, contribuyen con menos del 20 % de estas
emisiones.
Finalmente, dado que el ganado contribuye con 80 por ciento de las emisiones totales de NH3 en México,
los cuatro estados con mayores emisiones son Jalisco, Veracruz, Chiapas y Michoacán, en ellos, esta
actividad juega un papel importante para la economía local.
Más detalles sobre las emisiones por estado y contaminante pueden ser consultados directamente en el
reporte del inventario nacional de emisiones disponible en:
http://www.ine.gob.mx/dgicurg/calaire/inem.html
2.2 Descripción de SMOKE
SMOKE es un modelo para el procesamiento de emisiones que prepara la información necesaria por un
modelo de calidad del aire como CAMx o CMAQ. SMOKE realiza la distribución espacial, temporal y
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
12
especiación de emisiones, para pasar de un inventario de emisiones convencional a un inventario de
emisiones para modelación.
SMOKE tiene la capacidad de procesar las emisiones para diferentes mecanismos químicos, tales como
CB4 y RADM2. El modelo se compone de programas o módulos que se ejecutan de manera
independiente y en cada caso se emplean archivo de entrada y salida que se emplean por uno o varios
módulos. Además, SMOKE también genera en cada modulo archivos “.ncf” que pueden visualizarse con
programas como PAVE o IDV.
La información de entrada a SMOKE es el inventario de emisiones anual en alguno de los formatos que el
modelo maneja. SMOKE es capaz de incorporar diferentes formatos de inventarios de emisiones y hacer
proyecciones del mismo a un tiempo futuro. El formato principal de entrada SMOKE es el .IDA, el cual
consiste en un arreglo vertical de los datos por columnas. El inventario de emisiones contiene información
de fuentes de área, puntuales, móviles y móviles no carreteras y biogénicas. Cada tipo de fuente se
procesa por separado en SMOKE.
Además del inventario de emisiones, SMOKE requiere información para realizar la desagregación
espacial y temporal de las emisiones, así como la especiación química, dicha información se incorpora al
modelo mediante perfiles espaciales, temporales y de especiación, respectivamente. Para procesar el
INEM 1999, la información de perfiles de especiación y temporales va a ser tomada de los perfiles que
maneja por default la US Environmetal Protection Agency (EPA).
Para el caso de la distribución espacial, los factores para la desagregación espacial de las emisiones se
generaron específicamente para México. SMOKE emplea archivos conocidos como “surrogates”, los
cuales son generados por sistemas de información geográfica o por medio de un programa llamado
MIMS, Spatial Allocator. Independientemente del programa, la generación de los surrogates requiere de
información geoestadística actualizada a manera de shapefiles (.shp). Los archivos .shp contienen
diferentes atributos (por ejemplo población total), por medio de los cuales se pueden distribuir
espacialmente las emisiones a nivel municipal. Tomando en cuenta que el INEM esta desarrollado para
1999, la información geoestadística más actualizada corresponde al año 2000; de esta forma los archivos
.shp que habrán de aplicarse para la distribución espacial de las emisiones serán del 2000.
La estimación de las emisiones biogénicas se realiza con el modulo SMOKE-BEIS3, el cual emplea datos
de uso de suelo generados por el programa Normbeis3 y datos meteorológicos estimados con el modelo
meteorológico de quinta generación MM5. Para extraer la información meteorológica que BEIS3 necesita,
se emplea un programa alterno llamado MCIP. De manera general esta es la forma en que SMOKE está
estructurado. Para el procesamiento de cada tipo de fuente existen archivos y procesos más específicos
los cuales serán descritos más adelante.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
13
Los resultados que se obtienen después del procesamiento completo, son emisiones por celda,
distribuidas espacial y temporalmente y con una especiación química de acuerdo al modelo de calidad del
aire que se vaya a utilizar.
SMOKE fue originalmente desarrollado por el North Carolina Research and Education Network (MCNC) y
actualmente por el Carolina Environmental Program (CEP). Es administrado por el Center for
Environmental Modeling for Policy Development (CEMPD). Una de las ventajas de SMOKE es su
constante desarrollo y capacidad para generar entradas para diferentes modelos de calidad del aire,
como CAMx. El procesamiento del INEM1999 con SMOKE se realizo en el orden descrito en la Figura 1.
SMOKE
Shp files MX
Shp files USA
INEM 1999
NEI 1999
Smkinven
Perfiles de
especiación
Spcmat
Programa
Srgtools
Grdmat
Perfiles
temporales
Temporal
Programa
Elevpoint
Merge
Smkreport
(QA)
Archivos p/
CAMx
Figura 1. Etapas del procesamiento de emisiones con SMOKE.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
14
El proceso para importar el INEM 1999 se realizó por medio del programa Smkinven para las fuentes de
área, móviles y puntuales. Para importar los usos de suelo de BEIS3 se aplicó Normbeis3 en la
estimación de emisiones biogénicas.
Spcmat se emplea para fuentes de área, móviles y puntuales. El programa Spcmat produce un inventario
de emisiones reportado en una variedad de clases compuestos químicos como CO, NOx, VOC, PM10 y
SO2. Casi siempre, los mecanismos químicos de los modelos de calidad del aire (por ejemplo CB4,
RADM2) contienen un set simplificado de ecuaciones que usan especies químicas representativas para
reproducir la química atmosférica.
Grdmat se emplea para fuentes de área, móviles y puntuales. Grdmat produce una matriz que contiene
los factores para la distribución espacial de emisiones dentro del dominio de simulación. En el caso de las
fuentes puntuales, éstas son asignadas a sus celdas correspondientes usando las coordenadas
geográficas de su ubicación dentro del inventario.
Temporal se emplea para fuentes de área, móviles y puntuales. El programa Temporal produce un
inventario con emisiones horarias de contaminantes.
Smkmerge se emplea para fuentes de área, móviles, puntuales y biogénicas. El programa Smkmerge
combina las matrices producidas por otros programas de SMOKE para producir los archivos de emisiones
de entrada a un modelo de calidad del aire (AQM). Smkmerge puede ser empleado para cualquier tipo de
fuente y puede incorporar distribución espacial, temporal, especiación, etc.
3.0 OBJETIVOS
¾
Aplicar el modelo Sparce Matriz Operator Kernel Emissions (SMOKE) para general el Inventario
Nacional de Emisiones de México 1999 (INEM 1999) para modelación fotoquímica con el modelo
Comprehensive Air Quality Model with Extensions (CAMx).
¾
Procesar con SMOKE el Inventario Nacional de Emisiones de Estados Unidos de 1999 (NEI,
1999) para modelación fotoquímica con el modelo CAMx.
¾
Capacitación en el uso del sistema SMOKE al personal del INE.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
15
4.0 METODOLOGÍA
4.1 Dominios de modelación
SMOKE fue configurado para hacer la distribución espacio temporal de las emisiones en cinco dominios.
El primero, dominio madre, cubre desde el sur de los Estados Unidos hasta el norte de Centro América,
abarcando toda la extensión de la República Mexicana, su resolución espacial en la horizontal es de 24
kilómetros El segundo y el resto de los dominios se configuraron con una resolución de 8 Kilómetros, y
cubre la zona metropolitana del Valle de México, la zona metropolitana de Guadalajara con extensión a la
zona del Bajío, la zona metropolitana de Monterrey y las ciudades de Tijuana y Mexicali respectivamente.
Las mallas para los dominios tiene una proyección de tipo Lambert cónica conformal, con latitud y
longitud central en 24°N y 100.5°W respectivamente. Los detalles sobre le número de celdas de cada
dominio son presentados en el Cuadro 1. Gráficamente la ubicación de los dominios de simulación es
presentada en la Figura2.
Cuadro 1. Dominios de modelación empleados en SMOKE
Celdas
Dominio
Resolución
Descripción (cobertura)
X
Y
espacial
1
147
104
24 km
2
23
23
8 km
3
44
20
8 km
Zona Metropolitana de Guadalajara
4
23
20
8 km
Zona Metropolitana de Monterrey
5
44
17
8 km
Tijuana y Mexicali
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
México, Sureste de USA y parte de
Centroamérica
Zona Metropolitana del Valle de
México
16
Figura 2. Dominios de modelación
4.2 Periodos de modelación
Debido a planes futuros para evaluar medidas de control de emisiones sobre una base anual, se decidió
preparar el inventario de emisiones para un año completo a través de un “año sintético”, que comprende
varios episodios que caracterizarían las emisiones a lo largo de un año. Este “año sintético” se construyó
a través de la preparación del inventario de emisiones para cuatro meses distintos: Febrero, Mayo,
Agosto y Noviembre. Cada uno asumido como representativo de cada trimestre del año (Cuadro 2)
Cuadro 2. Periodos de simulación
Época del año
Periodo
Invierno
1 a 28 de febrero de 1999
Primavera
1 a 31 de mayo de 1999
Verano
1 a 31 de agosto de 1999
Otoño
1 a 30 de noviembre de 1999
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
17
4.3 Paquetería y recursos
Previo a la descripción de la aplicación de SMOKE, es necesario describir las características del equipo
donde se llevo a cabo este proyecto, así como el software que fue necesario instalar previamente. La
estación de trabajo es una Dell Modelo OPTIPLEX GX620 con Procesador Intel Pentium IV a 3.2 Ghz, 1
Gb de memoria en RAM y 3 discos duros de 80, 80 y 200 Gb cada uno. El sistema operativo es Open
SuSe versión 10.2
La paquetería que se instalo para el desarrollo del proyecto fue la siguiente:
•
Compiladores Intel Fortran F77, F90 versión 9.1.042 no comercial
•
Compiladores C y C++ versión 9.1.036 no comercial
•
Librería Pararell Virtual Machine (PVM) versión 3
•
Librería I/O API versión 3.0
•
Librería NETCDF versión 3.6.2
•
Programa MCIP versión 3.2
•
Programa Spatial Allocator versión 3.2
•
Programa MIMS Spatial Allocator versión 3.2
•
Programa MMSCAN
•
Software de visualización PAVE versión 2.3
•
Software de visualización IDV versión 2.1
4.4 Instalación de SMOKE
La instalación del modelo se llevo a cabo en el directorio /home/david/d1. La versión instalada es la 2.3.
El proceso es muy sencillo, primeramente se descargan los tres archivos que contienen los ejecutables,
los datos de entrada para el caso nctox y el script de instalación llamados smoke.Linux2_x86pg.tar.gz,
smoke.nctox.data.tar.gz y smoke_install.csh, respectivamente. Después se crea un directorio en la ruta
antes descrita (mkdir SMOKE) y se mueven los tres archivos a este nuevo directorio. Se ejecuta el script
de instalación tecleando “./smoke_install.csh”.
Además, es necesario definir las variables de ambiente para SMOKE en el archivo .cshrc, que
corresponde al tipo de shell que utilizamos (tcsh); se encuentra ubicado en el directorio /home/david.
Cada vez que se inicia una nueva sesión o se abre una nueva terminal, este archivo es invocado
automáticamente y carga las variables de ambiente que requiere SMOKE y otros programas como PAVE,
ArcExplorer, etc.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
18
A continuación se muestra el archivo .cshrc con las variables de ambiente para SMOKE y los demás
programas instalados en la estación de trabajo. Nótese que también se definieron algunos accesos
directos a directorios y programas para hacer más ágil la navegación.
#export PILOTPORT=/dev/pilot
#export PILOTRATE=115200
# VARIABLES DE AMBIENTE PARA NCARGRAPHICS
setenv NCARG /usr/local/src/ncarg-4.4.1
setenv NCARG_ROOT /usr/local/ncarg
setenv PATH /home/david/d1/ioapi_3.0/Linux2_x86ifc:/home/david/d1/PAVE_v23:$NCARG_ROOT/bin:.:$PATH
setenv MANPATH $NCARG_ROOT/man:$MANPATH
# VARIABLES DE AMBIENTE PARA LOS COMPILADORES DE INTEL
setenv FC ifort
setenv CC icc
source /opt/intel/cc/9.1.042/bin/iccvars.csh
source /opt/intel/fc/9.1.036/bin/ifortvars.csh
setenv F_UFMTENDIAN big
#VARIABLES DE AMBIENTE PARA SMOKE
#setenv SMKROOT /home/david/d1/SMOKE
#setenv SMK_HOME /home/david/d1/SMOKE
#setenv EDSS_ROOT /home/david/d1/SMOKE
alias assigns 'cd /home/david/d1/SMOKE/subsys/smoke/assigns'
#VARIABLES DE AMBIENTE PARA ArcExplorer
setenv AEJHOME /home/dparra/arcgis/ArcExplorer
alias arc '/home/dparra/arcgis/ArcExplorer/bin/aejava'
#VARIABLES DE AMBIENTE PARA PAVE
#setenv HOWTO_COMPILE OPTIMIZE
unsetenv EDSS_DIR
alias d1 'cd /home/david/d1'
alias d2 'cd /home/david/d2'
alias d3 'cd /home/david/d3'
alias inven 'cd /home/david/d1/INEM1999'
alias c 'clear'
# VARIABLES DE AMBIENTE PARA MCIP
setenv BIN Linux2_x86ifc
# VARIABLES DE AMBIENTE PARA PVM
setenv PVM_ROOT /home/david/d1/pvm3
setenv PVM_ARCH LINUX
#ACCESOS DIRECTOS
alias mims 'cd /home/david/d1/MIMS'
alias spatial 'cd /home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2'
alias smk 'cd /home/david/d1/SMOKE'
alias down 'cd /home/david/DOWNLOADS'
alias personal 'cd /home/david/PERSONAL'
alias res 'cd /home/david/RESPALDO'
alias mmscan '/home/david/d1/MMSCAN/mmscan'
alias mcip 'cd /home/david/d1/MCIP_V3.2'
alias inem 'cd /home/david/d1/INEM1999'
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
19
4.4.1 Estructura básica del SMOKE
La estructura de los directorios de SMOKE esta organizada por directorios y subdirectorios de UNIX,
esencialmente lo mimos que las carpetas en Windows. Estos directorios están definidos y creados
usando el Assigns file de SMOKE. En dicho script se declaran variables de ambiente, las cuales crean las
ligas y dependencias entre los directorios de entrada y salida del modelo. Es necesario crear un Assigns
file para cada escenario, esto evita sobrescribir información de un caso a otro.
Por default, SMOKE es instalado en el directorio llamado SMK_HOME. Como se describió anteriormente,
SMK_HOME es una variable de ambiente de la cual dependen otros directorios de SMOKE; es el
directorio raíz del modelo. Cuando de instala SMOKE se debe definir y crear este directorio raíz como
parte del proceso de instalación. Debido a que SMK_HOME es una variable de ambiente, se puede elegir
el nombre que se desee o adoptar este por default. La Figura 3 nos muestra los directorios básicos de
SMOKE, que corresponden a los tres primeros niveles de la estructura del modelo.
Figura 3. Directorios básicos de SMOKE: primeros tres niveles de la estructura.
Todos los directorios mostrados en la figura son creados durante el proceso de instalación del modelo. El
directorio data corresponde con la variable de ambiente $SMKDAT, mientras que el directorio subsys
corresponde con la variable SMK_SUBSYS; las variables de ambiente están mostradas en paréntesis
debajo del nombre del directorio. El directorio script no tiene asociada una variable de ambiente, debido a
que se consideró no necesario por los desarrolladores de SMOKE. De manera general el directorio data
contiene los archivos de entrada y salida del modelo, el directorio subsys contiene los códigos fuente, los
ejecutables y los scripts para correr SMOKE. El directorio data contiene los archivos de entrada y de
salida del modelo, los archivos intermedios creados en las simulaciones, los reportes de las corridas y los
logfiles. Finalmente el directorio scripts contiene archivos generales que no necesitan ser modificados por
el usuario.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
20
4.4.2 Organización de directorios en la estación de trabajo del INE
La estación de trabajo del INE en la cual se instalo el modelo SMOKE, así como sus pre y post
procesadores cuenta con 3 discos duros: d1, d2 y d3 con 80, 40 y 200 Gb, respectivamente. En el disco
d1 se instalo el modelo, los pre y post procesadores, los directorios de las librerías y los archivos del
inventario de México y Estados Unidos.
drwxrwxr-x
6 david users
4096 may
drwxr-xr-x
4 root
4096 abr 17 09:23 IDV.1
drwxr-xr-x
2 david users
4096 may
2 11:58 INEM1999
drwxr-xr-x 10 david users
4096 may
3 12:07 ioapi_3.0
root
2 11:00 EI_analysis
-rw-r--r--
1 david users
drwx------
2 root
drwxr-xr-x
7 david users 12288 may 15 17:08 MCIP_V3.2
drwxr-xr-x
8 david users
4096 mar 23 12:04 MIMS
drwxr-xr-x
2 david root
4096 mar
drwxr-xr-x
6 david users
4096 mar 29 15:40 NEIUS1999
drwxr-xr-x
3 david users
4096 abr 21 15:36 NEIUS2002
root
0 may 17 12:48 listado.d1.txt
4096 abr 21 07:54 lost+found
9 16:42 MMSCAN
drwxr-xr-x 13 david users
4096 may
drwxr-xr-x
4096 abr 16 14:32 PAVE_v23
5 david users
3 12:08 netcdf-3.6.2
drwxr-xr-x 23 david users
4096 sep
8
drwxr-xr-x
5 david users
4096 may
2 12:13 SMOKE
2004 pvm3
drwxr-xr-x
5 david users
4096 abr 20 13:35 SMOKE-old
drwxr-xr-x
8 david users
4096 abr 17 12:29 SPATIAL_ALLOCATOR3.2
En el disco d2 se colocaron las salidas del modelo meteorológico MM5, los archivos del programa Terrain
de MM5 y los archivos Surrogates que emplea SMOKE para la distribución espacial de las emisiones, y
que fueron generados con el programa UNC Spatial Surrogate Tools Versión 1.1
. drwx------
2 root
root
4096 abr 24 06:11 lost+found
drwxr-xr-x 6 david users 4096 abr 26 17:14 MM5_DATA
drwxr-xr-x 2 david users 4096 mar 30 19:28 MM5_DOMAINS
drwxr-xr-x 7 david users 4096 abr 20 17:20 SURROGATES
Finalmente, en el disco d3 se ubicaron las salidas del programa MCIP, el cual extrae la información
meteorológica que emplea SMOKE para estimar las emisiones biogénicas. Además en este disco se
redireccionaron las salidas de SMOKE debido a que el espacio disponible en este disco.
drwxrwxr-x 2 root
root
16384 abr 13 17:49 lost+found
drwxr-xr-x 7 david users
4096 abr
drwxr-xr-x 3 david users
4096 abr 20 13:28 SMOKE
2 14:47 MCIP_OUT
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
21
4.4.3 Instalación de los compiladores, pre/post procesadores, y librerías necesarias
por SMOKE
A continuación se describe el procedimiento de instalación de los diferentes programas y librerías que
emplea SMOKE, así como las especificaciones que se utilizaron de acuerdo a los compiladores de
Fortran y C que se instalaron en dicha estación.
4.4.4 Compiladores Intel Fortran F77, F90 versión 9.1.042 no comercial
Las versiones “non-comercial” de los compiladores de Fortran y C de Intel se descargaron de la página
http://www.intel.com/cd/software/products/asmo-na/eng/compilers/flin/282048.html
En
dicho
sitio
es
necesario aceptar los términos bajo los cuales se pueden obtener los compiladores, así como
proporcionar una dirección de correo electrónico a donde se enviarán los archivos con las licencias,
necesarias en la instalación. Una vez que se bajan los compiladores y se reciben por correo las licencias
es necesario mover dichos archivos al directorio /opt. Se descomprime y expande cada archivo con el
comando tar xvfz file.tar.gz.
Para instalar el compilador de C, se cambia al directorio previamente creado a partir del archivo .tar.gz y
se ejecuta el script llamado install.sh. Al ejecutar este script, el programa va almacenando las opciones de
instalación del usuario. Entre otras cosas es necesario proporcionar el directorio donde se desea instalar
el compilador y la paquetería adicional necesaria para su funcionamiento (incluida en el mismo archivo
.tar.gz), el path y nombre completo de la licencia. Una vez almacenados todos estos datos se procede a
la instalación y a declarar las variables de ambiente necesarias para aplicar los compiladores desde
cualquier ubicación. Es necesario estar trabajando como super-usuario para instalar el compilador. Las
variables de ambiente que se deben adicionar al archivo .cshrc son:
setenv CC icc
source /opt/intel/cc/9.1.042/bin/iccvars.csh
Para instalar el compilador de fortran se siguen los mismos pasos que para el compilador de C. cabe
destacar que los directorios seleccionados para la instalación de ambos, fortran y C, fueron los
designados por default (/opt/Intel). Las variables de ambiente que se deben adicionar al archivo .cshrc
son:
setenv FC ifort
source /opt/intel/fc/9.1.036/bin/ifortvars.csh
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
22
4.4.5 Librerías Pararell Virtual Machine (PVM) versión 3
Para la instalación de la librería PVM, necesaria para compilar el programa MCIP, se descargo la última
versión (source code) de la página http://www.csm.ornl.gov/pvm/pvm_home.html. Una vez situado el
archivo .tar.gz en el directorio de instalación (/home/david/d1), se descomprime y expande con el
comando tar xvfz file.tar.gz. No es necesario modificar el archivo Makefile. El programa se compila
tecleando “make”. Una vez que el programa compila es necesario definir la siguiente variable de ambiente
en el archivo .cshrc:
setenv PVM_ROOT $HOME/pvm3
setenv PVM_ARCH LINUX
4.4.6 Librerías I/O API versión 3.0
Para la instalación de la librería I/O API, necesaria para compilar el programa MCIP, se descargo la última
versión (source code) de la página http://www.baronams.com/. Una vez situado el archivo .tar.gz en el
directorio de instalación (/home/david/d1), se descomprime y expande con el comando tar xvfz file.tar.gz.
Después de cambiarse al directorio del programa, se modifica el archivo Makefile, guardando
previamente una copia del mismo como respaldo. Es importante mencionar que debe estar instalada
previamente la librería PVM, necesaria para la compilación de I/O API. No es necesario definir variables
de ambiente para PVM. El programa se compila tecleando “make”. A continuación se muestra parte del
contenido del Makefile empleado para compilar I/O API en el INE.
#.........................................................................
# VERSION "@(#)$Header$"
#
EDSS/Models-3 I/O API Version 3.
#.........................................................................
#
Environment Variables:
#
#
BIN
machine/OS/compiler/mode type. Shows up as suffix
#
for "$(IODIR)/Makeinclude.$(BIN)" to determine compilation
#
flags, and in $(OBJDIR) and $(INSTALL) to determine
#
binary directories
#
#
INSTALL installation-directory root, used for "make install":
#
"libioapi.a" and the tool executables will be installed
#
in $(INSTALL)/$(BIN)
BASEDIR
= /home/david/d1/ioapi_3.0
INSTALL
= /home/david/d1/ioapi_3.0
LIBINST
= $(INSTALL)/$(BIN)
BININST
= $(INSTALL)/$(BIN)
CPLMODE
= cpl
IOAPIDEFS
= -DIOAPICPL
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
23
PVMINCL
= $(PVM_ROOT)/conf/$(PVM_ARCH).def
#
****
Variants
****
#
# CPLMODE
#
turn off PVM coupling mode
# IOAPIDEFS=
= nocpl
#
for "nocpl"
# PVMINCL
#
for "nocpl"
= /dev/null
PVM_ROOT = /home/david/d1/pvm3
PVM_ARCH = LINUX
BIN
= Linux2_x86ifc
INSTALL
= /usr/local/ioapi_3.0
LIBINST
= $(INSTALL)/lib
BININST
= $(INSTALL)/bin
4.4.7 Librería NETCDF versión 3.6.2
Para la instalación de la librería NETCDF, necesaria para compilar el programa MCIP, se descargo la
última versión (source code) de la página http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/. Una vez situado el
archivo .tar.gz en el directorio de instalación (/home/david/d1), se descomprime y expande con el
comando tar xvfz file.tar.gz. Después de cambiarse al directorio del programa, se siguen las instrucciones
para su instalación en el archivo INSTALL. Básicamente se debe teclear:
./configure
make check
make install
La instrucción “./configure” corre un script que genera un Makefile específico para estación de trabajo,
detecta el tipo de arquitectura, tipo de compilador, etc. Una vez que el programa compila correctamente,
la librerías de NETCDF se instalan en el directorio /usr/local/lib. No es necesario definir variables de
ambiente para NETCDF.
4.4.8 Programa MCIP versión 3.2
Para la instalación del programa MCIP, se descargo la última versión (source code) de la página
Community Modeling and Analysis Systems
http://www.cmascenter.org/. En esta página es posible
descargar el modelo SMOKE, así como sus pre y post procesadores. En este reporte dicha dirección será
referida en varias ocasiones. Para descargar cualquiera de estos programas es necesario crear una
cuenta utilizando una dirección de correo electrónico e iniciar una sesión.
Después de seleccionar que programa se quiere bajar, es necesario especificar que tipo de computadora
que se utiliza y compilador instalado. Para todas las descargas de esta página las opciones empleadas
fueron: Linux PC y Linux Intel Fortran, respectivamente.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
24
Una vez situado el archivo mcip_v32.tar.gz en el directorio de instalación (/home/david/d1), se
descomprime y expande con el comando tar xvfz mcip_v32.tar.gz. Opcionalmente se pueden descargar
los archivos de documentación y datos de prueba del mismo sitio. Después de cambiarse al directorio del
programa (/home/david/d1/MCIP), se modifica el archivo Makefile, guardando previamente una copia del
mismo como respaldo. Antes de compilar MCIP, es necesario definir la siguiente variable de ambiente en
el archivo .cshrc:
setenv BIN Linux2_x86ifc
El programa se compila tecleando “make”. Una vez que el programa compila correctamente, genera el
archivo ejecutable mcip.exe. A continuación se muestra parte del contenido del Makefile empleado para
compilar MCIP en el INE.
.SUFFIXES:
.SUFFIXES: .o .F .f
MODEL = mcip.exe
NETCDF = /usr
IOAPI = /home/david/d1/ioapi_3.0/Linux2_x86ifc
PVM = /home/david/d1/pvm3/lib/LINUX
#...Linux (Intel)
FC
= /opt/intel/fc/9.1.036/bin/ifort
FFLAGS = -g -O0 -check all -C -pc32 -fpstkchk -traceback -FR -I/usr/include
#FFLAGS = -O3 -fast -check all -FR -I/usr/include
LIBS
= -L$(IOAPI) -lioapi \
-L/usr/local/lib -lnetcdf \
-L$(PVM) -lpvm3
Cabe destacar que uno de los problemas para instalar MCIP fue el intentar compilar el programa
utilizando las versiones precompiladas (archivos binarios o ejecutables) de las librerías I/O API, NETCDF
y PVM. Fue necesario el compilar cada librería a partir de los códigos fuente utilizando los compiladores
de Intel, previamente instalados. La razón de estos problemas se debe a que las versiones precompiladas
fueron hechas utilizando compiladores de Portland Group, lo cual genera problemas al compilar MCIP con
Intel.
4.4.9 Programa Spatial Allocator versión 3.2
El programa Spatial Allocator versión 3.2 se descargo de la página de CMAS http://www.cmascenter.org/.
Para
su
instalación,
es
necesario
generar
previamente
un
directorio,
en
este
caso:
/home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2. Se siguen las instrucciones descritas en la página
http://www.ie.unc.edu/cempd/projects/mims/spatial/installing.html. Es necesario bajar tres archivos:
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
25
•
mims_spatial_10_2006_Linux.tar.- Contiene los ejecutables para el sistema operativo.
•
mimssp_10_2006.zip.- Contiene el código fuente, los script y la documentación.
•
data.tar.gz.- Contiene los datos de entrada para correr un caso de prueba.
Los archivos .tar se expanden con el comando tar –cvf file.tar, los archivos “.zip” con el comando unzip
file.zip, y los .tar.gz con el comando tar xvfz file.tar.gz. No es necesario compilar ningún programa, puesto
que en este caso funcionan bien los ejecutables para Linux.
El programa Spatial Allocator fue utilizado para generar los usos de suelo de beld3, empleados por
SMOKE para estimar emisiones de fuentes biogénicas. Además, Spatial Allocator cuenta con muchas
más funciones para el manejo y modificación de surrogates y shapefiles.
El programa empleado para generar los archivos surrogates fue el UNC Spatial Surrogate Tools Versión
1.1 (srgtools). Srgtools se coloco en el directorio /home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2.
El
programa se descarga de la página http://www.ie.unc.edu/cempd/projects/mims/spatial/srgtool/. Para su
instalación solo es necesario descomprimir el archivo srgtools.zip con el comando unzip file.zip. Una vez
hecho esto se genera el directorio srgtools, dentro del cual se encuentran los scripts necesarios para
generar los surrogates.
4.4.10 UNC Spatial Surrogate Tools Version 1.1
Este
programa
es
una
utilería
del
Spatial
Allocator,
se
puede
descargar
de
la
página
http://www.ie.unc.edu/cempd/projects/mims/spatial/srgtool/ . Una vez descargado el archivo srgtools.zip y
ubicado en el directorio /home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2, se expande con el comando unzip
srgtools.zip. Automáticamente se genera el directorio del mismo nombre, dentro del cual están los scripts
que se han de modificar para generar los archivos surrogates. La principal diferencia entre generar los
archivos surrogates con Spatial Allocator vs Srgtools consiste en que el segundo de ellos utiliza la función
GAPFILLING. Cuando se genera un archivo surrogate, este emplea shapefile, archivo que contiene
información por municipio, por ejemplo población. En aquellos casos donde no se cuente con información
específica en algún municipio, la función GAPFILLING toma en cuenta un segundo o tercer shapefile para
rellenar estos huecos. Por otro lado, con el Spatial Allocator solo se puede definir un solo Shapefile para
llevar a cabo dicha acción.
Otra de las ventajas de Srgtools es que permite procesar todos los surrogates en una sola corrida,
mientras que Spatial Allocator emplea un shapefile a la vez.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
26
4.4.11 Programa MMSCAN
El programa MMSCAN es una herramienta que se emplea para el análisis de las salidas del modelo
meteorológico MM5 y del modelo fotoquímico MCCM. Con MMSCAN, el usuario puede ver la información
contenida en las salidas finales de ambos modelos y sus preprocesadotes. Además es posible extraer
información en formato ASCCI, a partir de los archivos binarios, e incluso generar plots con dicha
información. Para su instalación, solo es necesario compilar el código del programa con el compilador
Fortran 77 de Intel. La sintaxis para la compilación se encuentra descrita en el archivo README, ubicado
en el directorio principal del programa. MMSCAN fue instalado en /home/david/d1/MMSCAN. El programa
se ejecuta tecleando mmscan. Para poder aplicarlo desde cualquier directorio solo es necesario adicionar
al archivo de variables de ambiente un “alias”.
alias mmscan '/home/david/d1/MMSCAN/mmscan'
4.4.12 Software de visualización PAVE versión 2.3
Se descargo la última versión de la página http://www.cmascenter.org/. El archivo que contiene los
scripts, ejecutables, y librerías para Red Hat Linux es pave_v2.3_Redhat2.4.20-18.tar. Una vez situado el
archivo .tar en el directorio de instalación (/home/david/d1/PAVE), se descomprime y expande con el
comando tar –xvf file.tar. Opcionalmente se pueden descargar los archivos de documentación y datos de
prueba del mismo sitio.
Se presentaron algunas complicaciones para el funcionamiento de la versión de PAVE precompilada para
Red Hat en la estación de trabajo del INE. Dichas complicaciones fueron solventadas adicionando la
siguiente variable de ambiente al archivo .cshrc:
setenv PATH /home/david/d1/PAVE_v23:$NCARG_ROOT/bin:.:$PATH
Además, cada vez que se utilice PAVE es necesario aplicar el siguiente comando:
rm /tmp/sbus*david
4.4.13 Software de visualización IDV versión 2.1
Se descargo la penúltima versión (2.1) de la página http://www.unidata.ucar.edu/software/idv/. Para bajar
este programa es necesario crear una cuenta utilizando una dirección de correo electrónico e iniciar una
sesión.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
27
El archivo que contiene el script de la instalación es idv_2_1_linux-i386_installer.sh. Una vez situado el
script directorio de instalación (/home/david/d1/IDV2.1). Para ejecutar el script e instalar el programa es
necesario teclear “./ idv_2_1_linux-i386_installer.sh”. Opcionalmente se pueden descargar los archivos de
documentación y datos de prueba del mismo sitio.
4.5 Aplicación de SMOKE
En esta sección se describen cada uno de los programas empleados para el procesamiento del INEM
1999. Se detallan los archivos que fueron modificados para tal motivo, así como las entradas y salidas de
cada programa. Finalmente también se incluyen los principales problemas que se encontraron en la
aplicación del modelo y la forma como se resolvieron.
Antes de describir los scripts de los diferentes programas que componen SMOKE, es necesario mostrar
como es el Assigns file. El Assigns file es el script principal de SMOKE, contiene la descripción de la
corrida, el periodo de estudio, los archivos de entrada y salida, así como las variables de ambiente.
4.5.1 Assigns file
Debido a que este script es bastante largo, solamente se presenta una parte del mismo. En esta sección
se definen los nombres de las rutas, de los archivos de entrada y salida, el periodo se simulación, la
estructura de los directorios y la forma en que se invocan o llaman script alternos y archivos de entrada y
salida. A medida que se detalle la aplicación de cada uno de los programas aplicados, se incluirán las
secciones del Assigns file que fueron modificadas para tal efecto.
## I/O Naming roots
#
setenv INVID
inem
# Inventory input identifier
setenv INVOP
inem
# Base year inventory output name
setenv INVEN
inem
# Base year inventory name with version
setenv ABASE
$INVOP
# Area base case output t name
setenv BBASE
$INVOP
# Biogenics base case output name
setenv MBASE
$INVOP
# Mobile base case output name
setenv PBASE
$INVOP
# Point base case output name
setenv EBASE
$INVOP
# Output merged base case name
setenv METSCEN
mm5_d1
# Met scenario name
setenv GRID
mex.24km_d1
# Gridding root for naming
setenv IOAPI_GRIDNAME_1 MEX24_D1
# Grid selected from GRIDDESC file
setenv IOAPI_ISPH
19
# Specifies spheroid type associated with grid
setenv SPC
camx.cb4p25
# Speciation type
La siguiente sección incluye la definición del periodo de estudio:
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
28
## Mobile episode variables
setenv EPI_STDATE 1999032
# Julian start date
setenv EPI_STTIME
# start time (HHMMSS)
000000
setenv EPI_RUNLEN 6720000
# run length (HHHMMSS)
setenv EPI_NDAY
# number of full run days
28
## Per-period environment variables
setenv G_STDATE
1999032
# Julian start date
setenv G_STTIME
000000
# start time (HHMMSS)
setenv G_TSTEP
010000
# time step
setenv G_RUNLEN
250000
# run length (HHMMSS)
(HHMMSS)
setenv ESDATE
19990201
# Start date of emis time-based files/dirs
setenv MSDATE
19990201
# Start date of met
setenv NDAYS
1
setenv MDAYS
28
setenv YEAR
1999
time-based files
# Duration in days of each emissions file
# Duration in days of met
time-based files
# Base year for year-specific files
En el ejemplo anterior podemos ver como el nombre del escenario para las diferentes fuentes fue definido
como “inem”. El periodo de estudio corresponde al mes de Febrero de 1000, del día primero al 28. Para la
definición del periodo de estudio SMOKE emplea días julianos, por lo cual es necesario hacer la
conversión correspondiente. Para conocer el día juliano, a partir del día gregoriano se utiliza el comando
“juldate”. La sintaxis es la siguiente: juldate mes día año. Para conocer el día juliano del 01/02/1999 se
teclea:
juldate 2 1 1999
Como resultado obtenemos:
1999032
Además de definir el día juliano de inicio de la simulación (variable EPI_STDATE), es necesario declarar
la hora de inicio (G_STTIME), el paso de tiempo (G_TSTEP), la duración de la corrida en horas
(EPI_RULEN), el numero de días completos de la corrida (EPI_N_DAY), entre otros.
4.5.2 Estructura básica de un caso base o escenario
Antes de describir el procesamiento del INEM 1999, es necesario ilustrar como es la estructura básica de
un caso base con sus directorios y subdirectorios. La Figura 4 muestra la ubicación de los archivos de
salida intermedios para una configuración básica. En esta configuración las variables del archivo Assigns
ASCEN, BSCEN, MSCEN, PSCEN, y ESCEN son declaradas de la misma forma. Estas variables definen
el nombre del escenario para las cuatro diferentes categorías o fuentes de emisión (área, biogénicas,
móviles y puntuales) Al definir estas variables de la misma forma se permite una estructura básica en la
cual el directorio run_$ESCEN es el mismo que los directorios run_$ASCEN, run_$BSCEN,
run_$MSCEN, y run_$PSCEN. La variable $BSCEN para fuentes biogénicas es usualmente definida con
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
29
un nombre de escenario diferente, usualmente “beld2” o “beld3”, debido a que generalmente no se
emplean escenarios con modificaciones en este tipo de emisiones.
Figura 4. Ubicación de los archivos intermedios de salida para un caso base de SMOKE con una
estructura básica.
4.5.3 Programa Smkinven
El proceso para importar el INEM 1999 se realizó por medio del programa Smkinven para las fuentes de
área, móviles y puntuales. Para importar los usos de suelo de BEIS3 se aplicó Normbeis3 en la
estimación de emisiones biogénicas.
Smkinven realiza muchos tipos de actividades durante la importación de emisiones antropogénicas. A
pesar de que el principal propósito es leer los datos de emisiones en formato ASCII, generar salidas y
inventarios intermedios de SMOKE en formato I/O API, existen muchas acciones que necesitan llevarse a
cabo durante el proceso de importación, como lo son las siguientes:
1. Checar que los inventarios estén en el formato correcto, sean consistentes y puedan leerse todos
los datos correctamente
2. Asignar los nombre de los contaminantes a los datos por medio de códigos numéricos.
3. Seleccionar contaminantes de los inventarios para ser almacenados para un futuro
procesamiento con SMOKE
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
30
4. Cuando múltiples inventarios son importados, combinar los datos anuales o de promedios diarios
en un solo inventario; esto incluye checar datos duplicados y posibles opciones de procesamiento
definidas por el usuario
5. Combinar inventarios de contaminantes tóxicos con inventarios de contaminantes criterio
6. Cambiar el formato de los inventarios al formato esperado por SMOKE
7. Agregar o desagregar emisiones tóxicas con las especificaciones del usuario
8. Asignar ubicaciones de fuentes de emisión puntuales cuando esto sea posible
9. Asignar códigos de país, año y zonas horarias
10. Convertir ubicaciones de chimeneas de UTM a lat-lon
11. Opcionalmente asegurarse que las coordenadas en lat-lon correspondan al hemisferio oeste.
12. Manejar los inventarios con datos de años múltiples
13. Definir el año base
14. Importar datos de días específicos y horas específicas, si están disponibles y asegurarse que el
formato de estos concuerde con el de los datos anuales de promedios diarios.
15. Reportar los resultados incluyendo los totales de contaminantes tóxicos y antropogénicos
Smkinven puede leer los siguientes formatos ASCII para inventarios con datos anuales y de promedios
diarios:
•
Formato de análisis de datos (IDA).- El formato IDA es el formato de SMOKE que más se
asemeja al Inventario Nacional de Emisiones (NEI) crudo o plano. La Agencia de Protección
Ambiental de los Estados Unidos (EPA) emplea este formato para las versiones oficiales del NEI.
Existen diferentes formatos IDA para cada tipo de fuente: área (incluyendo las fuentes móviles no
carreteras), puntuales y móviles
•
Formato ORL.- Este formato es empleado para importar inventarios de fuentes puntuales, de
área, móviles y de contaminantes tóxicos. Existe un formato ORL diferente para cada tipo de
fuente
•
Formato EMS-95.- Estos formatos de entrada para el Emissions Modeling System-95. Son
empleados para permitir a los usuarios de EMS-95 procesar sus datos con SMOKE. Incluye
varios tipos de fuente como área (incluyendo las fuentes móviles no carreteras), puntuales y
móviles. El formato EMS-95 debe utilizarse en conjunto con el formato de lista (abajo)
•
Formato de lista.- Este es el formato de entrada usado para proporcionar inventarios múltiples en
los tres formatos anteriores en una sola corrida de Smkinven. Este formato es un simple archivo
ASCII que contiene una lista con los inventarios de entrada.
•
Formato I/O API de malla.- Este formato consiste en un archivo I/O API que permite importar
datos ya ubicados en una de malla.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
31
Como se menciono anteriormente el formato en el que se encuentra el INEM es conocido como IDA y
consiste en el arreglo descrito en la Tabla 1.
#IDA
#TYPE
Area Source Inventory
#COUNTRY
MEXICO
#YEAR
1999
#DESC
MEXICO NATIONAL EMISSIONS INVENTORY 1999
#POLID
CO NH3 NOX PM10 PM2_5 SO2 VOC
Tabla 1. Formato IDA
Posición Nombre Tipo
Descripción
1-2
STID
Int
State Code (required)
3-5
CYID
Int
County Code (required)
6-15
SCC
Char SCC (required)
16-25
ANN1
Real
pol1 Annual Emissions (short tons/yr) (required)
26-35
AVD1
Real
pol1 Average-day Emissions (short tons/average day) (optional)
36-46
EMF1
Real
pol1 Emission Factors (SCC units) (not used by SMOKE)
47-53
CE1
Real
pol1 Control Efficiency (give value of 0-100) (optional; if left blank, SMOKE default is 0)
54-56
RE1
Real
pol1 Rule Effectiveness (give value of 0-100), (optional; if left blank, SMOKE default is 100)
57-62
RP1
Real
pol1 Rule Penetration (give value of 0-100) (optional; if left blank, SMOKE default is 100)
63-72
ANN2
Real
pol2 Annual Emissions (short tons/yr)
73-82
AVD2
Real
pol2 Average-day Emissions (short tons/average day)
83-93
EMF2
Real
pol2 Emission Factors (SCC units)
94-100
CE2
Real
pol2 Control Efficiency (0-100); see pol1 above
101-103
RE2
Real
pol2 Rule Effectiveness (0-100); see pol1 above
104-109
RP2
Real
pol2 Rule Penetration (0-100); see pol1 above
110-119
ANN3
Real
pol3 Annual Emissions (short tons/yr)
120-129
AVD3
Real
pol3 Average-day Emissions (short tons/average day)
130-140
EMF3
Real
pol3 Emission Factors (SCC units)
141-147
CE3
Real
pol3 Control Efficiency (0-100); see pol1 above
148-150
RE3
Real
pol3 Rule Effectiveness (0-100); see pol1 above
151-156
RP3
Real
pol3 Rule Penetration (0-100); see pol1 above
(Repetición del resto de los n contaminantes)
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
32
La Figura 5 muestra los archivos de entrada y salida de Smkinven para fuentes de área. Si se utiliza el
formato de malla (gridded data) Smkinven lee el archivo AG; para los inventarios anuales, el programa lee
el archivo ARINV; el archivo ARTOPNT es usado para asignar ubicaciones de fuentes puntuales como
fuentes de área y el archivo COSTCY es usado para asignar zonas horarias a los inventarios anuales.
Smkinven también usa la tabla del inventario (INVTABLE), opcionalmente el archivo de exclusiones
NONHAP (NHAPEXCLUDE) y el archivo de descripción de los Source Clasification Codes (SCC),
conocido como SCCDESC, en caso de que se procesen fuentes puntuales como de área.
Durante todo el procesamiento de emisiones con SMOKE, los SCC’s son muy importantes, ya que
identifican los giros por fuente de emisión. Para cada SCC existe un perfil temporal y de emisión
asociado, por medio de los cuales se realiza posteriormente la distribución temporal y la especiación
química de las emisiones.
Smkinven genera un archivo anual con promedios diarios de emisiones del inventario de fuentes de área
(AREA), un archivo con el listado de los SCC’s incluidos en dicho inventario (ASCC), un logfile (LOGFILE)
y un reporte que contiene información sobre el procesamiento (REPINVEN).
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Figura 5. Entradas y salidas del programa Smkinven para fuentes de área.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
33
La Figura 6 muestra los archivos de entrada y salida de Smkinven para fuentes móviles. Éstos incluyen el
country-state-county file (COSTCY), la tabla del inventario (INVTABLE), el inventario por columnas
(MBINV) y el archivo de códigos de fuentes móviles (MCODES). Los archivos NHAPEXCLUDE y
VMTMIX son opcionales.
Sminven genera un archivo anual con promedios diarios de emisiones del inventario de fuentes de área
(MOBL), un archivo con el listado de los SCC’s incluidos en dicho inventario (MSCC), un logfile
(LOGFILE) y un reporte que contiene información sobre el procesamiento (REPINVEN).
Road Class 000 Æ 001
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Figura 6. Entradas y salidas del programa Smkinven para fuentes móviles.
La Figura 7 muestra los archivos de entrada y salida de Smkinven para fuentes puntuales. Éstos incluyen,
el country-state-county file (COSTCY), la tabla del inventario (INVTABLE), el inventario por columnas
(PTINV) y opcionalmente el archivo CEM creado por CEMScan (CESUM) el archivo de códigos de
fuentes móviles (MCODES) y el archivo NHAPEXCLUDE. Si se importan datos en horarios específicos, el
archivo de descripción OPISDESC es utilizado. Si días específicos son importados, entonces el archivo
PTDAY es utilizado. Si horas específicas son importadas estos datos son leídos del archivo PTHOUR.
Para leer los datos en horarios específicos también el SCCDESC es necesario.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
34
Smkinven genera un archivo anual con promedios diarios de emisiones del inventario de fuentes de área
(PNTS), un archivo con el listado de los SCC’s incluidos en dicho inventario (PSCC), un logfile
(LOGFILE), un reporte que contiene información sobre el procesamiento (REPINVEN) y opcionalmente
un inventario con días y horas específicas.
Se adicionaron
emisiones de NH3 Æ
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Figura 7. Entradas y salidas del programa Smkinven para fuentes puntuales.
El primer paso fue juntar los dos inventarios disponibles: 1) el de los estados fronterizos y 2) el de los
restantes 26 estados. Este paso se realizó con la ayuda del editor gedit. Otra forma de juntar archivos es
por medio del comando “cat”. El INEM 1999 se ubico en el directorio /home/david/d1/INEM1999.
El inventario de Estados Unidos que se proceso fue el National Emissions Inventory 1999 (NEI 1999). Se
descargó de la página http://www.epa.gov/ttn/chief/net/index.html. El NEI 1999 se ubico en el directorio
/home/david/d1/NEIUS1999. A diferencia del INEM 1999, el NEI 1999 esta seccionado en inventarios por
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
35
tipo de fuente, por lo cual se crearon directorios en cada caso. A continuación se muestra el contenido de
cada directorio con los archivos que se descargaron.
NP Non-Point Emissions (Fuentes de area)
-rw-r--r-- 1 david users
4419333 mar 27 13:04 ar_99v3_040219.emis.zip
-rw-r--r-- 1 david users
81907 feb 19
2004 ar_cook_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
1948421 feb 19
2004 ar_dust_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
1460479 feb 19
2004 ar_fert_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
5163729 feb 19
2004 ar_fire_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
164873 feb 19
2004 ar_hogs_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
190282 feb 19
2004 ar_nondairy_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users 60806416 feb 19
2004 ar_other_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
7450 feb 19
2004 ar_other_ls_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
548125 feb 19
2004 ar_other_ls_nh3_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
187308 feb 19
2004 ar_poultry_99v3_040219.emis
-rw-r--r-- 1 david users
680468 feb 19
2004 ar_roaddust_99v3_040219.emis
NR Non-Road Emissions (Fuentes móviles no carreteras)
-rw-r--r-- 1 david users 8996089 mar 27 13:12 nr_99v3_040129.emis.gz
OR On Road Emissions (Fuentes móviles)
-rw-r--r-- 1 david users 56461187 mar 27 14:07 mb_99v3_feb04_emis.zip
-rw-r--r-- 1 david users 56237791 feb 16
2004 mbinv_1999_apr.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237792 feb 16
2004 mbinv_1999_aug.emis
-rw-r--r-- 1 david users
1117007 abr 21 15:28 mbinv_1999_ca.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237794 feb 16
2004 mbinv_1999_dec.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237794 feb 16
2004 mbinv_1999_feb.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237793 feb 16
2004 mbinv_1999_jan.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237790 feb 16
2004 mbinv_1999_jul.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237790 feb 16
2004 mbinv_1999_jun.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237791 feb 16
2004 mbinv_1999_mar.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237789 feb 16
2004 mbinv_1999_may.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237794 feb 16
2004 mbinv_1999_nov.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237793 feb 16
2004 mbinv_1999_oct.emis
-rw-r--r-- 1 david users 56237795 feb 16
2004 mbinv_1999_sep.emis
PT Point Emissions (Fuentes Puntuales)
-rw-r--r-- 1 david users
1807737 abr 21 15:14 names.txt
-rw-r--r-- 1 david users 235594729 abr 22 11:19 pt_99v3_040126.emis
-rw-r--r-- 1 david users 235594729 abr 22 11:18 pt_99v3_040126.emis.bak
-rw-r--r-- 1 david users
-rw-r--r-- 1 david users
14054734 mar 27 13:18 ptall_99v3_040126.emis.zip
1453198 abr 21 14:07 pt_fug_99v3_040126.emis
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
36
Para evitar generar un archivo Assigns para el procesamiento de cada inventario, se decidió adicionar
condicionales para identificar si se esta procesando el INEM 1999 o el NEI 1999. Dichas modificaciones
se realizaron en las secciones de archivos de entrada por tipo de fuente. Además, también se modificaron
los nombres de archivos de salida intermedios y finales para evitar que se sobrescribieran. Las
modificaciones esencialmente consistieron en adicionar a los archivos procesados para el NEI 1999 las
siglas “us”.
Para correr Smkinven es necesario direccionar en el Assigns file el archivo que contiene la ruta y
nombres del inventario de emisiones. Este archivo esta nombrado dependiendo del tipo de fuente
(ARINV, MBINV y PTINV), siendo el arinv.lst_mex y el arinv.lst_us los utilizados para procesar el INEM
199 y el NEI 1999 para fuentes de área, respectivamente. Cabe destacar que las fuentes móviles no
carreteras fueron tratadas como fuentes de área, razón por la cual fueron diseccionadas en el archivo
arinv.lst_mex. Para ilustrar el procesamiento completo del inventario de México y Estados Unidos se
describirá el procesamiento de las fuentes de área a detalle. El procesamiento para las fuentes móviles y
puntuales varía solo en ciertos detalles, los cuales serán descritos igualmente.
Contenido el archivo arinv.lst_mex:
#LIST
/home/david/d1/INEM1999/INEM99_NP_IDA.txt
/home/david/d1/INEM1999/INEM99_NR_IDA.txt
Contenido el archivo arinv.lst_us:
-rwxr-xr-x 1 david users 22950011 feb 23 17:23 99mxnp-IDAv1.txt
-rw-r--r-- 1 david users
1201676 feb 23 12:50 99mxnr-IDAv1.txt
-rw-r--r-- 1 david users
2533586 feb 23 12:50 99mxor-IDAv1.txt
-rw-r--r-- 1 david users
2093822 feb 23 12:50 99mxpt-IDAv1.txt
-rw-r--r-- 1 david users
3177781 feb 23 12:50 IDA-nonpoint-MX-BorderStates-20051027v4.txt
-rw-r--r-- 1 david users
178232 feb 23 12:50 IDA-nonroad-MX-border-20061025v4.txt
-rw-r--r-- 1 david users
323411 feb 23 12:50 IDA-onroad-MX-BorderStates-20051021v4.txt
-rw-r--r-- 1 david users
460406 feb 23 12:50 IDA-point-MX-border-20061025v4.txt
-rw-r--r-- 1 david users 25999373 abr 16 11:00 INEM99_NP_IDA.txt
-rw-r--r-- 1 david users
1375343 abr 16 11:00 INEM99_NR_IDA.txt
-rw-r--r-- 1 david users
2839009 abr 18 09:36 INEM99_OR_IDA.txt
-rw-r--r-- 1 david users
2549578 abr 22 19:12 INEM99_PT_IDA.txt
#LIST
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_nondairy_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_other_ls_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_other_ls_nh3_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_poultry_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_hogs_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_fert_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_cook_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_dust_99v3_040219.emis
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
37
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_fire_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_other_99v3_040219.emis
/home/david/d1/NEIUS1999/NP/ar_roaddust_99v3_040219.emis
Como se menciono anteriormente, los archivos de entrada y salida de SMOKE se declaran en el Assigns
file por medio de variables de ambiente. Durante la descripción de la aplicación del modelo se
mencionarán los nombres de los archivos modificados por cada programa, así como su correspondiente
variable de ambiente, definida entre paréntesis y generalmente con mayúsculas. Para cualquier consulta
sobre la ubicación de este archivo en la estación se trabajo se puede hacer referencia al Anexo
Electrónico 1: Assigns File, haciendo una búsqueda sencilla por la variable de ambiente de la cual se
desea tener información.
Los archivos modificados para importar el INEM y NEI 1999 fueron: costcy_mex.txt (COSTCY) y
scc_desc_030804.txt (SCCDESC). El archivo COSTCY asigna las zonas horarias a los inventarios
anuales y el archivo SCCDESC contiene la descripción del los SCC’s. Ambos archivos fueron
proporcionados por la UNC.
Entradas definidas en el Assigns file para fuentes de área:
##########
SMOKE formatted raw inputs #############
#
## Area-source input files
if ( $SMK_SOURCE == 'A' ) then
if ( $SRCABBR == ar ) then
setenv ARINV
$INVDIR/area/arinv.lst_mex
# Stationary area emission inventory
setenv AGREF
$GE_DAT/amgref_mex.txt
# Area gridding x-ref
setenv HOLIDAYS
$GE_DAT/holidays_mex.txt
# holidays for day change
else if ( $SRCABBR == arus ) then
setenv ARINV
$INVDIR/area/arinv.lst_us
setenv AGREF
$GE_DAT/amgref_us_160407.txt
setenv HOLIDAYS
$GE_DAT/holidays.txt
# Area gridding x-ref
endif
#
setenv REPCONFIG $INVDIR/area/repconfig.area.txt
# Default report configurations
setenv ARTOPNT
$INVDIR/other/artopnt.1999.txt
# area-to-point assignments
setenv AGPRO
# Area gridding surrogates, now defined in the SRGDESC file
setenv ATPRO
$GE_DAT/amtpro.m3.us+can+mex.txt
# Temporal profiles
setenv ATREF
$GE_DAT/amtref.m3.us+can+mex.txt
# Area temporal x-ref
Otros archivos de entrada a Smkinven que no fueron modificados fueron: ARTOPNT que sirve para
definir fuentes de área para ser tratadas como fuentes puntuales, INVTABLE que contiene el listado de
los contaminantes y su descripción, NHAPEXCLUDE que contiene el listado de los municipios y SCC’s
para excluir de la integración de contaminantes tóxicos, cuando se procesen este tipo de inventarios.
Para el caso de fuentes móviles, el único archivo que es necesario modificar es el mcodes_mex.txt
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
38
(MCODES). Este archivo es empleado para convertir de “road class “ a “road type” y de “vehicle type
name” a “vehicle type number”. Este archivo fue proporcionado por la UNC.
Entradas definidas en el Assigns file para fuentes móviles:
## Mobile source input files
if ( $SMK_SOURCE == 'M' ) then
if ( $SRCABBR == mb ) then
setenv MBINV
$INVDIR/mobile/mbinv.lst
# Stationary area emission inventory
setenv MGREF
$GE_DAT/amgref_mex.txt
# Area gridding x-ref
setenv HOLIDAYS
$GE_DAT/holidays_mex.txt
# holidays for day change
else if ( $SRCABBR == mbus ) then
setenv MBINV
$INVDIR/mobile/mbinv_us.$month.lst
setenv MGREF
$GE_DAT/amgref_us_160407.txt
setenv HOLIDAYS
$GE_DAT/holidays.txt
# Area gridding x-ref
endif
setenv VMTMIX
$INVDIR/mobile/vmtmix.txt
# VMT mix (for EMS input)
setenv MEPROC
$INVDIR/mobile/meproc.txt
# Mobile emission processes
setenv MCODES
$INVDIR/mobile/mcodes_mex.txt
# mobile codes
setenv MCREF
$INVDIR/mobile/mcref.txt
# County cross-reference file
setenv MVREF
$INVDIR/mobile/mvref.txt
# County settings file
setenv M6MAP
$INVDIR/mobile/m6map.txt
# MOBILE6 vehicle mapping file
setenv METLIST
$INVDIR/mobile/metlist.premobl.txt
# Episode meteorology files list
setenv SPDREF
$INVDIR/mobile/spdref.$MSCEN.txt
# Speed cross-reference file
setenv SPDPRO
$INVDIR/mobile/spdpro.$MSCEN.txt
# Speed profiles file
setenv REPCONFIG $INVDIR/mobile/repconfig.mobile.txt
#
# Default report configurations
setenv MGPRO
# Mobile gridding surrogates, now defined in the SRGDESC file
setenv MTPRO
$GE_DAT/amtpro.m3.us+can+mex.txt
# Temporal profiles
setenv MTREF
$GE_DAT/amtref.m3.us+can+mex.txt
# Mobile temporal x-ref
endif
Para el caso de fuentes puntuales, no es necesario hacer modificaciones extras. Los archivos adicionales
de estrada mostrados en las Figuras 5,6 y 7 son opcionales, o no fueron necesarios modificar para
procesar el INEM y el NEI 1999. Entradas definidas en el Assigns file para fuentes puntuales:
## Point source input files
if ( $SMK_SOURCE == 'P' ) then
if ( $SRCABBR == pt ) then
setenv PTINV
$INVDIR/point/ptinv.lst
setenv HOLIDAYS
$GE_DAT/holidays_mex.txt
# Stationary poin emission inventory
# holidays for day change
else if ( $SRCABBR == ptus ) then
setenv PTINV
$INVDIR/point/ptinv_us.lst
setenv HOLIDAYS
$GE_DAT/holidays.txt
endif
setenv PTDAY
$INVDIR/point/ptday.lst
# daily point emis
setenv PTHOUR
$INVDIR/point/pthour.lst
# hourly point emis
setenv PELVCONFIG $INVDIR/point/pelvconfig.camx.txt
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
# elevated source selection
39
setenv REPCONFIG
#
$INVDIR/point/repconfig.point.txt
PTMPLIST
# Default report configurations
# Set automatically by script
setenv PTPRO
$GE_DAT/ptpro.m3.us+can+mex.jul.txt
# Temporal profiles
setenv PTREF
$GE_DAT/ptref.m3.us+can+mex.jul.txt
# Point temporal x-ref
setenv PSTK
$GE_DAT/pstk.m3.txt
# Replacement stack params
Además de los archivos por tipo de fuente, existen otros archivos de entrada a SMOKE que comparten
todas las fuentes, conocidos como “Shared input files” y son definidos en la sección del mismo nombre.
Entre ellos podemos encontrar al archivo de descripción de las mallas (GRIDDESC), la tabla del
inventario (INVTABLE), el archivo para asignar las zonas horarias (COSTCY), el archivo de descripción
del los SCC’s (SCCDESC), el perfil de especiación (GSPRO), el archivo de referencias cruzadas de
especiación (GSREF), entre otros. Entradas definidas en el Assigns file para todas las fuentes:
## Shared input files
setenv INVTABLE
$INVDIR/other/invtable_nonroad.cb4.120202.txt # Inventory table
setenv NHAPEXCLUDE $INVDIR/other/nhapexclude.1999.txt
$GE_DAT/GRIDDESC_MEX_NEW
# Grid descriptions.
setenv COSTCY
$GE_DAT/costcy_mex.txt
# country/state/county info
setenv SCCDESC
$GE_DAT/scc_desc_030804.txt
# SCC descriptions
setenv SRGDESC
$GE_DAT/SRGDESC_D1.txt
# surrogate descriptions
setenv SRGPRO_PATH /home/david/d2/SURROGATES/D1/
#
# NONHAPVOC exclusions x-ref
setenv GRIDDESC
# surrogate files path
setenv ORISDESC
$GE_DAT/oris_info.txt
# ORIS ID descriptions
setenv MACTDESC
$GE_DAT/mact_desc.txt
# MACT descriptions
setenv NAICSDESC
$GE_DAT/naics_desc.txt
# NAICS descriptions
setenv GSCNV
$GE_DAT/gscnv.txt
# ROG to TOG conversion facs
setenv GSREF
$GE_DAT/gsref_zac.$SPC.txt
# Speciation x-ref
setenv GSPRO
$GE_DAT/gspro_zac.$SPC.txt
# Speciation profiles
setenv PROCDATES
$GE_DAT/procdates.txt
# time periods that Temporal should process
Para correr el programa Smkinven y los demás programas de SMOKE, es necesario editar y aplicar los
scripts ubicados en el directorio /home/david/d1/SMOKE/subsys/smoke/scripts/run. El acceso directo, una
vez invocado el Assigns file, es $SCRIPTS/run. Los scripts están nombrados por tipo de fuente. Además,
se generó un script por tipo de inventario y dominio de simulación, es decir, para el INEM 1999 se tienen
5 archivos por tipo de fuente, representando los 5 dominios. Para el NEI 1999 solo se tienen 2 archivos
por tipo de fuente, debido a que solamente el dominio 1 y 5 son los que abarcan una porción de los
Estados Unidos. A continuación se muestra el contenido del directorio $SCRIPTS/run:
-rw-r--r-- 1 david users
8159 oct
3
2006 cntl_run.csh
-rw-r--r-- 1 david users
3469 oct
3
2006 emisfac_run.csh
-rw-r--r-- 1 david users
1321 abr 21 15:22 make_invdir.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
1374 oct
3
2006 metcombine.csh
-rw-r--r-- 1 david users
1152 oct
3
2006 movelog.csh
drwxr-xr-x 2 david users
4096 abr 20 09:32 OTROS_SCRIPT
-rw-r--r-- 1 david users 10865 abr 20 14:31 qa_run.csh
-rwxrwxrwx 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david users
1093 may 16 11:59 run_all.csh
202 may 16 11:53 script_run_FA.csh
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
40
-rwxr-xr-x 1 david users
156 may 15 09:14 script_run_FB.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
202 may 16 11:53 script_run_FM.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
202 may 16 11:54 script_run_FP.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
180 may 15 17:36 script_run_MERGE_ALL.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
6924 may 16 13:25 smk_ar_inem_d1.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
6924 abr 25 11:04 smk_ar_inem_d2.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
6924 abr 25 11:07 smk_ar_inem_d3.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
6924 abr 25 11:31 smk_ar_inem_d4.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
6924 abr 25 11:31 smk_ar_inem_d5.csh
-rwxr-xr-- 1 david users
6927 may 10 11:54 smk_ar_neius_d1.csh
-rwxr-xr-- 1 david users
6926 abr 25 13:38 smk_ar_neius_d5.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5237 may
8 17:52 smk_bg_inem_d1.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5202 may
8 18:02 smk_bg_inem_d2.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5202 abr 24 17:21 smk_bg_inem_d3.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5202 abr 20 14:04 smk_bg_inem_d4.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5202 abr 20 14:05 smk_bg_inem_d5.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
9503 may 15 10:32 smk_mb_inem_d1.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
9502 abr 25 16:07 smk_mb_inem_d2.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
9502 abr 25 16:08 smk_mb_inem_d3.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
9502 abr 25 16:08 smk_mb_inem_d4.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
9502 abr 25 16:08 smk_mb_inem_d5.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
9547 may 16 11:32 smk_mb_neius_d1.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
9546 may 16 11:32 smk_mb_neius_d5.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5529 may 15 18:33 smk_mrgall_inem_d1.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5529 may 12 17:10 smk_mrgall_inem_d1.csh_mrgelev
-rwxr-xr-x 1 david users
5529 may 12 17:08 smk_mrgall_inem_d1.csh_mrggrid
-rwxr-xr-x 1 david users
5529 may 12 17:02 smk_mrgall_inem_d1.csh_smk2emiss
-rwxrwxrwx 1 david users
5502 may 15 18:33 smk_mrgall_inem_d2.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:10 smk_mrgall_inem_d2.csh_mrgelev
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:08 smk_mrgall_inem_d2.csh_mrggrid
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:03 smk_mrgall_inem_d2.csh_smk2emiss
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 15 18:33 smk_mrgall_inem_d3.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:10 smk_mrgall_inem_d3.csh_mrgelev
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:08 smk_mrgall_inem_d3.csh_mrggrid
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:03 smk_mrgall_inem_d3.csh_smk2emiss
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 15 18:33 smk_mrgall_inem_d4.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:10 smk_mrgall_inem_d4.csh_mrgelev
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:08 smk_mrgall_inem_d4.csh_mrggrid
-rwxr-xr-x 1 david users
5502 may 12 17:03 smk_mrgall_inem_d4.csh_smk2emiss
-rwxr-xr-x 1 david users
5529 may 15 18:33 smk_mrgall_inem_d5.csh
-rwxr-xr-x 1 david users
5529 may 12 17:10 smk_mrgall_inem_d5.csh_mrgelev
-rwxr-xr-x 1 david users
5529 may 12 17:08 smk_mrgall_inem_d5.csh_mrggrid
-rwxr-xr-x 1 david users
5529 may 12 17:03 smk_mrgall_inem_d5.csh_smk2emiss
-rwxr-xr-x 1 david users 10417 may 15 10:32 smk_pt_inem_d1.csh
-rwxr-xr-x 1 david users 10414 may 10 13:14 smk_pt_inem_d2.csh
-rwxr-xr-x 1 david users 10414 abr 25 18:55 smk_pt_inem_d3.csh
-rwxr-xr-x 1 david users 10414 abr 25 18:49 smk_pt_inem_d4.csh
-rwxr-xr-x 1 david users 10414 abr 25 18:49 smk_pt_inem_d5.csh
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
41
-rwxr-xr-x 1 david users 10419 may 10 13:09 smk_pt_neius_d1.csh
-rwxr-xr-x 1 david users 10416 abr 25 19:04 smk_pt_neius_d5.csh
-rwxr-xr-x 1 david users 30814 abr 22 19:37 smk_run.csh
El siguiente paso consiste en editar el script smk_ar_inem_d1.csh de fuentes de área. En este script se
habilitan/deshabilitan banderas para correr los diferentes programas de SMOKE y se definen parámetros
específicos de procesamiento.
Este script esta ligado con el Assigns file y hace uso del mismo para llamar a los archivos de entrada para
cada programa. Para el caso de fuentes de área es necesario declarar la variable RUN_SMKINVEN = Y,
dejando las variables de los otros programas declaradas como “N”. Es importante mencionar que se
pueden aplicar todos los programas simultáneamente, sin embargo, para describir más apropiadamente
su aplicación se detallarán uno a uno.
A continuación se presenta el script de fuentes de área para procesar el INEM 1999. En esta sección se
declara el script Assigns que se va a utilizar y el tipo de fuente:
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
A
# source category to process
setenv MRG_SOURCE
A
#
source category to merge
setenv MRG_CTLMAT_MULT ' '
# [A|P|AP] for merging with multiplier controls
setenv MRG_CTLMAT_ADD
# [A|P|AP] for merging with additive controls
' '
setenv MRG_CTLMAT_REAC ' '
# [A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
Aquí se declaran los programas que van a correr, en este caso solo esta definido Smkinven:
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_SMKINVEN
Y
# run inventory import program
setenv RUN_SPCMAT
N
# run speciation matrix program
setenv RUN_GRDMAT
N
# run gridding matrix program
setenv RUN_CNTLMAT
N
# run control matrix program
## Time-dependent programs
setenv RUN_TEMPORAL
N
# run temporal allocation program
setenv RUN_SMKMERGE
N
# rn merge program
setenv RUN_SMK2EMIS
N
# run conversion of 2-d to UAM binary
## Quality assurance
setenv RUN_SMKREPORT N
# run emissions reporting program
Aquí se declaran controles específicos para cada programa, solo se incluyen los de Smkinven:
## For Smkinven
setenv FILL_ANNUAL
N
# Y fills annual data with average-day data
setenv IMPORT_GRDIOAPI_YN
N
# Y imports gridded I/O API NetCDF inventory data
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
42
setenv RAW_DUP_CHECK
N
# Y checks for duplicate records
setenv SMK_ARTOPNT_YN
N
# Y uses the ARTOPNT file to assign coordinates
setenv SMK_BASEYR_OVERRIDE
1999
setenv SMK_DEFAULT_TZONE
6
# default time zone for sources not in the COSTCY file
setenv SMK_NHAPEXCLUDE_YN
N
# Y uses NHAPEXCLUDE file when integrating toxic sources
setenv SMKINVEN_FORMULA
"PMC=PM10-PM2_5" # formula for computing emissions value
setenv WEST_HSPHERE
Y
# Y converts longitudes to negative values
setenv WKDAY_NORMALIZE
N
# Y treats average-day emissions as weekday only
setenv WRITE_ANN_ZERO
N
# Y writes zero emission values to intermediate inventory
# year to override the base year of the inventory
#
INVNAME1
set by make_invdir.csh script
#
INVNAME2
set by make_invdir.csh scripts
#
OUTZONE
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_MAXERROR
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_MAXWARNING
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_TMPDIR
set by assigns/set_dirs.scr script
Antes de correr el script para procesar las fuentes de área, cualquier otra fuente o trabajar con SMOKE es
necesario invocar el Assigns file correspondiente al escenario que estamos trabajando, esto se realiza por
medio del comando source más el path completo donde se ubica este script:
source /home/david/d1/SMOKE/subsys/smoke/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
Invocar el assigns file permite utilizar las variables de ambiente declaradas en él y poder desplazarse
dentro de los directorios con mayor facilidad. Es importante mencionar que no importa si se invoca el
assigns file para procesar el INEM del dominio 1, 2, 3, 4 o 5, ya que los script que corren cada programa
de SMOKE lo invocan individualmente.
En este caso se esta invocando el Assigns file del dominio 1. Una vez hecho este paso, es fácil navegar
por los directorios de SMOKE. Por ejemplo, para ir directamente al directorio donde están los script de
control para las diferentes fuentes o categorías de emisión se teclea “cd $SCRIPTS” y así sucesivamente
para las demás variables de ambiente. Ya en el directorio /home/david/SMOKE/subsys/smoke/scripts/run,
el programa Smkinven se corre tecleando “./smk_ar_inem_d1.csh”.
Cuando el programa termina con éxito manda a pantalla la leyenda:
- - > Normal Completion of program SMKINVEN
Para correr Smkinven para el NEI 1999 solamente es necesario hacer una copia del script con el que se
procesó el INEM 1999. La única modificación entre los script del INEM y NEI es la variable SRCABBR, la
cual se define con las siglas “us” cuando se trate del NEI 1999. Esta modificación en los script aplica para
las fuentes de área, móviles y puntuales.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
43
setenv SRCABBR
ar
setenv SRCABBR
arus
La descripción completa de la corrida de los programas de SMOKE, incluyendo Smkinven, se almacena
en archivos conocidos como logfiles. El logfile de la corrida nos sirve para revisar los WARNINGS que
cada proceso arroja, los archivos de entrada y salida del programa en cuestión, los posibles mensajes de
error y el mensaje de terminación normal del programa. Para acceder directamente a los archivos log se
teclea “cd $LOGS”.
Para poder tener un orden adecuado de los archivos log se decidió almacenarlos por directorios
específicos, dependiendo del tipo de fuente y del inventario a procesar. Para tal efecto fue necesario
modificar los Assigns file para direccionar los archivos log a nuevos directorios dentro de la ruta $LOGS
(/home/david/d3/SMOKE/data/run_inem/static/logs). La nomenclatura de los directorios se muestra a
continuación:
drwxrwxr-x 2 david users 81920 may 15 18:34 abmp
drwxr-xr-x 2 david users 45056 may 26 14:27 ar
drwxr-xr-x 2 david users 20480 may 15 14:37 arus
drwxr-xr-x 2 david users 32768 may 15 17:20 bg
drwxr-xr-x 2 david users 40960 may 26 16:28 mb
drwxrwxr-x 2 david users 20480 may 15 13:50 mbus
drwxr-xr-x 2 david users 36864 may 26 16:26 pt
drwxr-xr-x 2 david users 20480 may 16 11:58 ptus
Algunos logfiles son bastante largos de revisar. Una forma rápida de asegurarse que el programa termino
correctamente es utilizar el comando “tail”. Este comando nos muestra las últimas 10 líneas de un
archivo. La sintaxis de este comando es la siguiente
tail file.log
Una vez que se comprobó que el programa Smkinven termino satisfactoriamente para fuentes de área, se
editó y corrió el script de fuentes móviles.
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
M
# source category to process
setenv MRG_SOURCE
M
# source category to merge
setenv MRG_CTLMAT_MULT ' '
# [A|P|AP] for merging with multiplier controls
setenv MRG_CTLMAT_ADD
# [A|P|AP] for merging with additive controls
' '
setenv MRG_CTLMAT_REAC ' '
# [A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_SMKINVEN
Y
# run inventory import program
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
44
setenv RUN_SPCMAT
N
# run speciation matrix program
setenv RUN_GRDMAT
N
# run gridding matrix program
setenv RUN_MBSETUP
N
# run speed/temperature setup program
setenv RUN_CNTLMAT
N
# run control matrix program
## Episode-dependent programs
setenv RUN_PREMOBL
N
# run temperature processing program
setenv RUN_EMISFAC
N
# run emission factors program
## Time-dependent programs
setenv RUN_TEMPORAL
N
# run temporal allocation program
setenv RUN_SMKMERGE
N
# run merge program
setenv RUN_SMK2EMIS
N
# run conversion of 2-d to UAM binary
## Quality assurance
setenv RUN_SMKREPORT N
# run emissions reporting program
## Program-specific controls...
## For Smkinven
setenv FILL_ANNUAL
N
# Y fills annual data with average-day data
setenv IMPORT_VMTMIX_YN
N
# Y imports VMT mix data for use with EMS-95 inventory
setenv RAW_DUP_CHECK
N
# Y checks for duplicate records
setenv SMK_BASEYR_OVERRIDE
1999
setenv SMK_DEFAULT_TZONE
6
# default time zone for sources not in the COSTCY file
setenv SMK_EMS95_FIXFMT
N
# Y indicates that EMS-95 inventory is fixed format
setenv SMK_NHAPEXCLUDE_YN
N
# Y uses NHAPEXCLUDE file when integrating toxic sources
setenv SMKINVEN_FORMULA
"PMC=PM10-PM2_5" # formula for computing emissions value
setenv WEST_HSPHERE
Y
# Y converts longitudes to negative values
setenv WKDAY_NORMALIZE
N
# Y treats average-day emissions as weekday only
N
# Y writes zero emission values to intermediate inventory
setenv WRITE_ANN_ZERO
# year to override the base year of the inventory
#
INVNAME1
set by make_invdir.csh script
#
INVNAME2
set by make_invdir.csh scripts
#
OUTZONE
see "Multiple-program controls" below
#
REPORT_DEFAULTS
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_MAXERROR
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_MAXWARNING
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_TMPDIR
set by assigns/set_dirs.scr script
Una vez que se comprobó que el programa Smkinven termino satisfactoriamente para fuentes móviles, se
editó y corrió el script de fuentes puntuales.
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
P
setenv MRG_SOURCE
P
# source category to process
# source category to merge
setenv MRG_CTLMAT_MULT ' '
# [A|P|AP] for merging with multiplier controls
setenv MRG_CTLMAT_ADD
# [A|P|AP] for merging with additive controls
' '
setenv MRG_CTLMAT_REAC ' '
# [A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_SMKINVEN
Y
# run inventory import program
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
45
setenv RUN_SPCMAT
Y
# run speciation matrix program
setenv RUN_GRDMAT
Y
# run gridding matrix program
setenv RUN_CNTLMAT
N
# run control matrix program
## Time-dependent programs
setenv RUN_TEMPORAL
Y
# run temporal allocation program
setenv RUN_ELEVPOINT Y
# run elevated/PinG sources selection program
setenv RUN_LAYPOINT
N
# run layer fractions program
setenv RUN_SMKMERGE
Y
# run merge program
setenv RUN_SMK2EMIS
N
# run conversion of 2-d to UAM binary
setenv RUN_MRGELEV
N
# run conversion of 3-d to UAM binary
## Quality assurance
setenv RUN_SMKREPORT N
# run emissions reporting program
## Program-specific controls...
## For Smkinven
setenv CHECK_STACKS_YN
Y
# Y checks if stack parameters are missing or invalid
setenv FILL_ANNUAL
N
# Y fills annual data with average-day data
setenv FLOW_RATE_FACTOR
15878 # factor to calculate hourly flow rates from CEM data
setenv HOURLY_TO_DAILY
N
# Y treats hour-specific input as day-specific data
setenv HOURLY_TO_PROFILE
N
# Y treats hour-specific input as hour-specific temporal profiles
setenv IMPORT_AVEINV_YN
Y
# Y imports annual inventory data
setenv RAW_DUP_CHECK
N
# Y checks for duplicate records
setenv SMK_BASEYR_OVERRIDE
1999
setenv SMK_DEFAULT_TZONE
6
# default time zone for sources not in the COSTCY file
setenv SMK_NHAPEXCLUDE_YN
N
# Y uses NHAPEXCLUDE file when integrating toxic sources
setenv SMKINVEN_FORMULA
"PMC=PM10-PM2_5" # formula for computing emissions value
setenv WEST_HSPHERE
Y
# Y converts longitudes to negative values
setenv WKDAY_NORMALIZE
N
# Y treats average-day emissions as weekday only
N
# Y writes zero emission values to intermediate inventory
setenv WRITE_ANN_ZERO
# year to override the base year of the inventory
#
DAY_SPECIFIC_YN
see "Multiple-program controls" below
#
HOUR_SPECIFIC_YN see "Multiple-program controls" below
#
INVNAME1
set by make_invdir.csh script
#
INVNAME2
set by make_invdir.csh scripts
#
OUTZONE
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_MAXERROR
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_MAXWARNING
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_TMPDIR
set by assigns/set_dirs.scr script
#
VELOC_RECALC
see "Multiple-program controls" below
Los archivos generados por Smkinven luego de correr las fuentes de área, móviles y puntuales fueron:
•
AREA, MOBL y PNTS.- Archivos anuales con promedios diarios de emisiones
•
ASCC, MSCC y PSCC.- Archivos con los listados de los SCC’s del inventario
•
LOGFILE.- Archivos logfile
•
REPINVEN.- Archivos de reportes que contienen información sobre el procesamiento.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
46
Los archivos AREA, MOBL y PNTS están en formato “.ncf” y se almacenan en directorios nombrados a
partir del tipo de fuente, en la siguiente ruta: /home/david/d1/SMOKE/data/inventory/inem. El acceso
directo a este directorio es $INVDIR. Los directorios generados fueron los siguientes:
•
area.ar_dat
> Para fuentes de área del INEM 1999
•
mobl_mb_dat
> Para fuentes móviles del INEM 1999
•
pnts_pt_dat
> Para fuentes puntuales del INEM 1999
•
area.arus_dat
> Para fuentes de área del NEI 1999
•
mobl_mbus_dat > Para fuentes móviles del NEI 1999
•
pnts_ptus_dat
> Para fuentes puntuales del NEI 1999
Cada uno de estos directorios contiene un archivo .ncf por contaminante incluido en el inventario de
emisiones.
-rw-r--r-- 1 david users 1229724 may 22 17:27 CO.ncf
-rw-r--r-- 1 david users
181096 may 22 17:27 NH3.ncf
-rw-r--r-- 1 david users 1191924 may 22 17:27 NOX.ncf
-rw-r--r-- 1 david users 1272844 may 22 17:27 PM10.ncf
-rw-r--r-- 1 david users 1272848 may 22 17:27 PM2_5.ncf
-rw-r--r-- 1 david users
990408 may 22 17:27 PMC.ncf
-rw-r--r-- 1 david users
897308 may 22 17:27 SO2.ncf
-rw-r--r-- 1 david users 1952012 may 22 17:27 VOC.ncf
Cabe destacar que el INEM 1999 no reporta emisiones de amoniaco (NH3) para fuentes puntuales, a
diferencia del NEI 1999, donde este contaminante si esta incluido. Smkinven no genera problemas por
esta situación, sin embargo, cuando se quisieron combinar las matrices de ambos inventarios, para
generar los archivos finales de entrada al modelo CAMx hubo errores. La situación se superó al adicionar
el inventario de fuentes puntuales de México emisiones traza de NH3.
Para el caso de las fuentes móviles, los SCC’s del INEM 1999 tenían asignado un “Road Class” (últimos
tres dígitos del SCC) igual a “000”, el cual es incorrecto. Se sustituyo por “001” en el inventario de
emisiones y se continuó con el procesamiento.
Los archivos ASCC, MSCC y PSCC están en formato ASCII y se generan en el directorio $INVDIR. Los
archivos LOGFILE están en formato ASCII y se generan en el directorio $LOGS y los archivos
REPINVEN
están
en
formato
ASCII
y
se
generan
en
el
directorio
/home/david/d1/SMOKE/data/reports/static. El acceso directo a este directorio es $REPSTAT.
Para aplicar Smkinven para el NEI 1999, se emplean los script identificados con las siglas “neius”, para
cada tipo de fuente, no son necesarias modificaciones especiales. La única diferencia es en el caso del
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
47
script de fuentes móviles (smk_mb_neius_d1.csh), en el cual es necesario declarar la variable de
ambiente:
setenv month FEB
Esto debido a que el inventario de fuentes móviles de Estados Unidos es mensual. Además, se debe
declarar en el Assigns file correspondiente, el nombre del archivo .lst que contiene la ruta y nombre de
dicho inventario.
Para las simulaciones de los dominios 2-5, incluyendo el d5 para Estados Unidos, NO es necesario correr
el programa Smkinven nuevamente, puesto que las salidas generadas con la corrida del dominio uno son
útiles.
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
4.5.4 Programa UNC Spatial Surrogate Tools Version 1.1
El programa Srgtools es una herramienta muy útil para generar los insumos que SMOKE utiliza para la
distribución espacial de las emisiones mediante el programa Grdmat. SMOKE emplea archivos
“Surrogates”, los cuales se emplean en la distribución espacial. Los archivos surrogates relacionan la
ubicación geográfica de los municipios en el dominio de modelación con las emisiones por giro o
categoría de emisión. Srgtools provee una opción confiable para aquellos usuarios que no cuentan con un
programa de sistemas de información geográfica.
Para generar los surrogates, Srgtools emplea archivos de tipo shapefile (shp) con diversos atributos, por
ejemplo población, vivienda, etc. Además lee de un archivo GRIDDESC los parámetros de proyección del
ó los dominios a modelar. Srgtools se ejecuta a través de varios scripts, los cuales son editados en base
a las características de cada simulación. Para generar los surrogates que SMOKE necesita para procesar
el INEM 1999 fue necesario recopilar la información más actualizada en formato shp. Además, fue
necesario generar un archivo GRIDDESC con los parámetros de proyección de los cinco dominios de
simulación para el procesamiento de las emisiones con SMOKE.
Es importante destacar que existe una diferencia entre las dimensiones de los dominios de meteorología
y de emisiones. Las mallas de MM5 fueron recortadas para descartar las celdas en los límites de los
dominios de simulación y, a su vez, mejorar los tiempos de procesamiento. La delimitación de las nuevas
mallas se realizó con una utilería del modelo CAMx, llamada CAMxGRID.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
48
El programa CAMxGRID se alimento con la información que provee el programa TERRAIN de MM5,
modelo con el cual se simuló la meteorología del INEM 1999. En base a la información generada con
CAMxGRID se generó el GRIDDESC:
! coords --line: name; type, P-alpha, P-beta, P-gamma, xcent, ycent
'MALLA_D1_MM5'
2, 17.5, 29.5, -100.5, -100.5, 25.0
' ' ! end coords. grids: name; xorig,yorig,xcell,ycell,ncols,nrows,nthik
'MEX24_D1'
'MALLA_D1_MM5', -1.836D06, -1.236D06, 24000, 24000, 147, 104, 1
'MEX8_D2'
'MALLA_D1_MM5', 7.6D04, -6.92D05, 8000, 8000, 23, 23, 1
'MEX8_D3'
'MALLA_D1_MM5', -3.56D05, -5.24D05, 8000, 8000, 44, 20, 1
'MEX8_D4'
'MALLA_D1_MM5', -6.8D04, -2.0D04, 8000, 8000, 23, 20, 1
'MEX8_D5'
''
Los Shapefiles utilizados para generar los archivos surrogate para México fueron los más actualizados y
completos posibles, de acuerdo al año del inventario de emisiones. Dichos archivos fueron generados por
la Ing. Tania López Villegas del INE.
Para
su
aplicación,
los
shapefiles
se
ubicaron
en
el
directorio
/home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2/data/MEX_SHAPEFILES. Los parámetros de proyección para
generar los shapefiles de México fueron los siguientes:
•
Proyección:
Lambert Conformal Conic (LCC)
•
Latitud de origen:
25
•
Longitud de origen:
-100.5
•
Primer paralero estádar:
17.5
•
Segundo paralero estádar:
29.5
Se consideró una esfera con un radio de 6370,997 metros. El listado completo de estos archivos se
presenta a continuación:
-rwxr-xr-x 1 david users
861202 feb 23 12:50 A_Agricola.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 A_Agricola.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
24860 feb 23 12:50 A_Agricola.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
1300 feb 23 12:50 A_Agricola.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users 15422572 feb 23 12:50 A_Agricola.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
19940 feb 23 12:50 A_Agricola.shx
-rwxr-xr-x 1 david users
809058 feb 21 18:43 BOSQUE_LAD.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 21 18:38 BOSQUE_LAD.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
24860 feb 21 18:38 BOSQUE_LAD.sbn
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
49
-rwxr-xr-x 1 david users
1300 feb 21 18:38 BOSQUE_LAD.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users 15422572 feb 21 18:38 BOSQUE_LAD.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david root
880 feb 26 12:10 BOSQUE_LAD.shp.xml
19940 feb 21 18:38 BOSQUE_LAD.shx
2346030 abr 19 10:53 carretera_ESPHE.dbf
-rwxr-xr-x 1 david root
477 abr 19 10:53 carretera_ESPHE.prj
-rwxr-xr-x 1 david root
191516 abr 19 10:53 carretera_ESPHE.sbn
-rwxr-xr-x 1 david root
9404 abr 19 10:53 carretera_ESPHE.sbx
-rwxr-xr-x 1 david root
10229212 abr 19 10:53 carretera_ESPHE.shp
-rwxr-xr-x 1 david root
11488 may
4 18:21 carretera_ESPHE.shp.xml
-rwxr-xr-x 1 david root
151436 abr 19 10:53 carretera_ESPHE.shx
-rwxr-xr-x 1 david root
625410 mar
2 17:50 CARR_POB.dbf
-rwxr-xr-x 1 david root
477 feb 22 18:51 CARR_POB.prj
-rwxr-xr-x 1 david root
24860 feb 22 18:51 CARR_POB.sbn
-rwxr-xr-x 1 david root
1300 feb 22 18:51 CARR_POB.sbx
-rwxr-xr-x 1 david root
15422572 feb 22 18:51 CARR_POB.shp
-rwxr-xr-x 1 david root
-rwxr-xr-x 1 david root
972 mar
2 17:52 CARR_POB.shp.xml
19940 feb 22 18:51 CARR_POB.shx
-rwxr-xr-x 1 david users
687506 feb 23 12:50 com_ind_viv.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 com_ind_viv.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
24860 feb 23 12:50 com_ind_viv.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
1300 feb 23 12:50 com_ind_viv.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users 15422572 feb 23 12:50 com_ind_viv.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
19940 feb 23 12:50 com_ind_viv.shx
-rwxr-xr-x 1 david users
12398 feb 23 12:50 mexico_air.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 mexico_air.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
1748 feb 23 12:50 mexico_air.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
228 feb 23 12:50 mexico_air.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users
4608 feb 23 12:50 mexico_air.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
9362 feb 23 12:50 mexico_air.shp.xml
-rwxr-xr-x 1 david users
1388 feb 23 12:50 mexico_air.shx
-rwxr-xr-x 1 david users
4194 feb 23 12:50 mexico.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
4994 feb 23 12:50 mexico_hh.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 mexico_hh.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
468 feb 23 12:50 mexico_hh.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
156 feb 23 12:50 mexico_hh.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users
51924 feb 23 12:50 mexico_hh.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
10294 feb 23 12:50 mexico_hh.shp.xml
-rwxr-xr-x 1 david users
356 feb 23 12:50 mexico_hh.shx
-rwxr-xr-x 1 david users
1690 feb 23 12:50 mexico_ports.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 mexico_ports.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
428 feb 23 12:50 mexico_ports.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
132 feb 23 12:50 mexico_ports.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david users
940 feb 23 12:50 mexico_ports.shp
9137 feb 23 12:50 mexico_ports.shp.xml
-rwxr-xr-x 1 david users
340 feb 23 12:50 mexico_ports.shx
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 mexico.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
4194 feb 23 12:50 mexico_region.dbf
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
50
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 mexico_region.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
468 feb 23 12:50 mexico_region.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
156 feb 23 12:50 mexico_region.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users
716008 feb 23 12:50 mexico_region.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david users
10659 feb 23 12:50 mexico_region.shp.xml
356 feb 23 12:50 mexico_region.shx
52882 feb 23 12:50 mexico_rr.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 mexico_rr.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
22444 feb 23 12:50 mexico_rr.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
1148 feb 23 12:50 mexico_rr.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users
1180324 feb 23 12:50 mexico_rr.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david users
9392 feb 23 12:50 mexico_rr.shp.xml
17684 feb 23 12:50 mexico_rr.shx
-rwxr-xr-x 1 david users
468 feb 23 12:50 mexico.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
156 feb 23 12:50 mexico.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users
716008 feb 23 12:50 mexico.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david users
10152 feb 23 12:50 mexico.shp.xml
356 feb 23 12:50 mexico.shx
-rwxr-xr-x 1 david users
587822 feb 23 12:50 mexmunic_new.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 mexmunic_new.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
24300 feb 23 12:50 mexmunic_new.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
1316 feb 23 12:50 mexmunic_new.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users
2049156 feb 23 12:50 mexmunic_new.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
11634 feb 23 12:50 mexmunic_new.shp.xml
-rwxr-xr-x 1 david users
19356 feb 23 12:50 mexmunic_new.shx
-rwxr-xr-x 1 david root
354962 mar
2 17:45 REP_CRUCES.dbf
-rwxr-xr-x 1 david root
477 mar
2 17:41 REP_CRUCES.prj
-rwxr-xr-x 1 david root
24860 mar
2 17:45 REP_CRUCES.sbn
-rwxr-xr-x 1 david root
1300 mar
2 17:45 REP_CRUCES.sbx
-rwxr-xr-x 1 david root
15422572 mar
2 17:45 REP_CRUCES.shp
-rwxr-xr-x 1 david root
978 mar
-rwxr-xr-x 1 david root
19940 mar
-rwxr-xr-x 1 david users
2 17:52 REP_CRUCES.shp.xml
2 17:45 REP_CRUCES.shx
1151618 feb 23 12:50 REPMEX_ES_HEAT1.dbf
-rwxr-xr-x 1 david users
477 feb 23 12:50 REPMEX_ES_HEAT1.prj
-rwxr-xr-x 1 david users
24860 feb 23 12:50 REPMEX_ES_HEAT1.sbn
-rwxr-xr-x 1 david users
1300 feb 23 12:50 REPMEX_ES_HEAT1.sbx
-rwxr-xr-x 1 david users 15422572 feb 23 12:50 REPMEX_ES_HEAT1.shp
-rwxr-xr-x 1 david users
-rwxr-xr-x 1 david users
885 feb 23 12:50 REPMEX_ES_HEAT1.shp.xml
19940 feb 23 12:50 REPMEX_ES_HEAT1.shx
Los shapefiles para generar los surrogates de Estados Unidos se obtuvieron de la página
http://www.epa.gov/ttn/chief/emch/spatial/newsurrogate.html. En dicha ubicación hay q seguir el link
“Shapefiles for US and Canadá”. Desde ésta ubicación FTP se bajan todos los archivos disponibles, los
cuales en conjunto ocupan 10 Gb, aproximadamente. Para su aplicación, los shapefiles se ubicaron en el
directorio /home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2/data/US_SHAPEFILES.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
51
Como se menciono, srgtools emplea scripts que es necesario editar. Estos scripts se ubicaron en el
directorio /home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2/srgtools.
-rw-r--r-- 1 david users
5017 nov
1
2006 compare_all_surrgs.bat
-rw-r--r-- 1 david users
2433 nov
1
2006 control_variables_egrid.csv
-rw-r--r-- 1 david users
2039 nov
1
2006 control_variables_grid.csv
-rwxr-xr-x 1 david users
2096 may
7 18:27 control_variables_inem24_US_MEX.csv
-rw-r--r-- 1 david users
2133 nov
1
2006 control_variables_poly.csv
-rw-r--r-- 1 david users
3549 jun
8
2006 GRIDDESC.txt
-rw-r--r-- 1 david users
110 abr 17 12:21 README
drwxr-xr-x 2 david users
4096 abr 20 11:28 RESPALDO_SCRIPTS
-rwxr-xr-x 1 david users
9487 may
-rw-r--r-- 1 david users
7824 abr 17 08:37 shapefile_catalog.csv_ori
4 18:37 shapefile_catalog.csv
-rw-r--r-- 1 david users
12499 may
-rw-r--r-- 1 david users
2743 jun
7
2006 surrogate_generation_egrid.csv
-rw-r--r-- 1 david users
2872 nov
1
2006 surrogate_generation_grid.csv
-rwxr-xr-x 1 david users
1295 may
4 18:21 surrogate_generation_MEX.csv
-rwxr-xr-x 1 david root
2809 abr 30 16:18 surrogate_generation_US.csv
-rw-r--r-- 1 david users
3890 may
-rwxr-xr-x 1 david root
-rwxr-xr-x 1 david root
7 18:28 srg_grid_d1.log
4 18:22 surrogate_generation_US_MEX.csv
5026 abr 18 16:16 surrogate_IDs.csv
16563 may
7 18:06 surrogate_specification_2002.csv
-rw-r--r-- 1 david users 219370 nov
1
2006 SurrogateTools.jar
-rw-r--r-- 1 david users
1
2006 SurrogateToolsREADME.txt
2709 nov
El primer script que se editó fue el shapefile_catalog.csv, del cual se guardó una copia del original
previamente. En este archivo se incluyeron la ruta, nombre y proyección de cada nuevo shapefile. Como
ejemplo, se incluye la definición de uno de ellos y la sintaxis a seguir:
SHAPEFILE NAME,DIRECTORY,ELLIPSOID,PROJECTION,DESCRIPTION,DATA SOURCE,QUESTION
REPMEX_ES_HEAT1,../data/MEX_SHAPEFILES,SPHERE,"proj=lcc,+lat_1=17.5,+lat_2=29.5,+lat_0=25.0,+lon_0
=-100.5",,,
El siguiente script que se editó fue el surrogate_specification_2002.csv. En este archivo se especifican los
códigos surrogate que se van a generar y el nombre del shapefiles y los atributos por los cuales se va a
pesar dicho código. Además, se declara un surrogate secundario, terciario y cuaternario con el cual llenar
o completar aquellos posibles huecos de información que contenga el shapefile primario. Esta función es
conocida como GAPFILLING. Como ejemplo, se incluye la definición de uno de ellos y la sintaxis a seguir:
REGION,SURROGATE,SURROGATE CODE,DATA SHAPEFILE,DATA ATTRIBUTE,WEIGHT SHAPEFILE,WEIGHT
ATTRIBUTE,WEIGHT FUNCTION,FILTER FUNCTION,MERGE FUNCTION,SECONDARY SURROGATE,TERTIARY
SURROGATE,QUARTERNARY SURROGATE,DETAILS
MEXICO,Population,100,REP_CRUCES,ID_MUN,REPMEX_ES_HEAT1,P001,,,,,,,Census 2000
El siguiente script que se editó fue el control_variables_inem24_US_MEX.csv. En este archivo se incluye
el listado completo de todos los surrogates y se declara si van a ser generados, si solo se va a hacer un
análisis de calidad o ambos.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
52
REGION,SURROGATE,SURROGATE CODE,GENERATE,QUALITY ASSURANCE
MEXICO,Population,100,YES,YES
Finalmente, el último script que se editó fue el surrogate_generation_US_MEX.csv. En este archivo se
definen los directorios de entrada y salida del programa, los nombres y ubicación de los ejecutables a
utilizar, los nombres y ubicación de los script a aplicar, el nombre y ubicación del archivo GRIDDESC, el
tipo de malla de salida, el nombre del archivo de salida SRGDESC, entre otros. El contenido de este
script se muestra a continuación:
VARIABLE,VALUE,DESCRIPTION
GENERATION CONTROL FILE,./surrogate_generation_MEX.csv,File containing surrogates for computation
SURROGATE SPECIFICATION FILE,./surrogate_specification_2002.csv,File containing settings for
generating surrogates
SHAPEFILE CATALOG,./shapefile_catalog.csv,Shapefile names and map projection information
SHAPEFILE DIRECTORY,../data/MEX_SHAPEFILES,Directory containing all shapefiles needed
SURROGATE CODE FILE,./surrogate_IDs.csv,List of surrogate codes and names
SRGCREATE EXECUTABLE,../srgcreate.exe,Location of srgcreate executable
SRGMERGE EXECUTABLE,../srgmerge.exe,Location of srgmerge executable - set to Java to use Java
gapfilling and merging
DEBUG_OUTPUT,Y,Output debug control
OUTPUT_FORMAT,SMOKE,output files used for SMOKE
OUTPUT_FILE_TYPE,RegularGrid,Type of output shapes being generated - RegularGrid or Polygon
OUTPUT_GRID_NAME,MEX24_D1,This is a grid name for output area.
GRIDDESC,../GRIDDESC_MEX_NEW,It is the file containing the list of available of grids (needed only
for SMOKE surrogates).
OUTPUT_FILE_ELLIPSOID,SPHERE,Output grid projection ellipsoid for the grid.
OUTPUT DIRECTORY,../data/OUTPUT/D1_SRG,Directory for individual surrogate files
OUTPUT SURROGATE FILE,../data/OUTPUT/D1_SRG/allsrgs.txt,name and path for the final merged
surrogate file output from srgtool
OUTPUT SRGDESC FILE,../data/OUTPUT/D1_SRG/SRGDESC.txt,file with surrogate codes and description
OVERWRITE OUTPUT FILES,YES,Users can choose YES to overwrite the individual and total output
surrogate ratio files
LOG FILE NAME,srg_grid_d1.log,log file to store all information from running the program
DENOMINATOR_THRESHOLD,0.0005,surrogate ratio is output as comment line with # sign if denominator
of surrogate ratio computation is less than the threshold
COMPUTE SURROGATES FROM SHAPEFILES,YES,"It can be YES or NO.
If YES is selected, srgcreate is
called to compute surrogates."
MERGE SURROGATES,YES,"It can be YES or NO.
GAPFILL SURROGATES,YES,"It can be YES or NO.
If YES is selected, merge surrogates."
If YES is selected, gapfill surrogates."
Una vez que se editaron cada uno de los scripts, el programa se aplicó utilizando una sintaxis especial,
descrita en el directorio /home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2/srgtools, en el archivo README.
java -classpath SurrogateTools.jar gov.epa.surrogate.SurrogateTool control_variables_inem24_US_MEX.csv
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
53
Srgtools genera archivos logfile que se ubican en el directorio principal del programa. Dichos archivos
tienen la misma función que los logfiles de SMOKE. Para generar los archivos surrogates para los
dominios anidados solo es necesario modificar el script control_variables_inem24_US_MEX.csv,
cambiando el nombre de la malla que se va a leer del archivo GRIDDESC. Cabe recordar que solamente
es necesario generar archivos surrogates para los dominios 1 y 5, para procesar el NEI 1999. El
contenido
completo
de
los
script
shapefile_catalog.csv,
surrogate_specification_2002.csv,
y
control_variables_inem24_US_MEX.csv, debido a su tamaño, esta incluido en el Anexo Electrónico 2.
Los
archivos
surrogates
generados
en
las
corridas
fueron
almacenados
en
el
directorio
/home/david/d1/SPATIAL_ALLOCATOR3.2/data/OUTPUT/D1_SRG y ~/D5_SRG. Por cuestiones de
espacio, todos los archivos surrogates fueron reubicados en subdirectorios (por dominio de simulación),
en la siguiente ruta /home/david/d2/SURROGATES. Es importante mencionar que srgtools nombre los
archivos surrogates con dos diferentes terminaciones: file_FILL.txt y file_NOFILL.txt, de pendiendo si se
emplea (_FILL) o no (_NOFILL) la opción GAPFILLING para su generación. Además de los archivos
surrogates, el programa genera un archivo llamado SRGDESC.txt, el cual es utilizado por SMOKE,
mediante el programa Grdmat, para llevar a cabo la distribución espacial de las emisiones.
Inicialmente, para la generación de los archivos surrogates se aplico el programa MIMS, pero por
recomendaciones de los expertos de la UNC, se optó por cambiar a srgtools. Dos de las principales
ventajas que ofrece srgtools es el procesamiento de todos los surrogates de un dominio por corrida, y la
opción de GAPFILLING, descrita anteriormente. Un punto importante a destacar es que srgtools tiene la
capacidad de leer shapefiles don información en polígonos, puntos o líneas y, a partir de ellos, generar
información por municipio. Algunos ejemplos de shapefiles con información de polígonos, líneas o puntos
son población, carreteras y puertos marinos, respectivamente.
4.5.5 Programa Grdmat
Grdmat se emplea para fuentes de área, móviles y puntuales. Grdmat produce una matriz que contiene
los factores para la distribución espacial de emisiones dentro del dominio de simulación. En el caso de las
fuentes puntuales, éstas son asignadas a sus celdas correspondientes usando las coordenadas
geográficas de su ubicación dentro del inventario.
Para las fuentes de área y móviles, un archivo de referencias cruzadas (AGREF) es utilizado para
relacionar los archivos surrogates con las emisiones de la fuente. Además, es necesario un archivo
surrogate para cada giro, así como para cada malla o dominio de simulación. Los archivos surrogates de
diferentes giros, pueden estar incluidos dentro de un solo archivo, pues se encuentran clasificados por
diferentes códigos surrogate.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
54
Los archivos surrogates pueden ser creados de las siguientes formas:
•
Por medio de Arcinfo (u otra software GIS)
•
Usando el programa MIMS Spatial Allocator
•
Usando el programa UNC Spatial Surrogate Tools
•
Extrayendo
los
datos
de
surrogate
ya
elaborados
previamente,
disponibles
en:
http://www.epa.gov/ttn/chief/emch/spatial/newsurrogate.html.
Para fuentes móviles exclusivamente, Grdmat genera dos archivos, uno con datos en malla (gridding
matrix) y otro con datos fuera de malla (ungridding matrix). Este último es utilizado por los programas
Mbsetup y Temporal para determinar cuales fuentes están dentro de la malla y por Premobl para generar
perfiles de temperatura y humedad por municipio, basados en datos de meteorología.
La Figura 8 muestra los archivos de entrada y salida de Grdmat. Los archivos de entrada son los archivos
surrogates (AGPRO o MGPRO), el archivo cross-reference file (AGREF o MGREF), el archivo del
inventario ya importado por Smkinven (AREA, MOBL o PNTS), el archivo de descripción de los
surrogates (SRGDESC) y el archivo de descripción de la malla (GRIDDESC). Para fuentes móviles, es
necesario el archivo de códigos (MCODES).
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Figura 8. Entradas y salidas del programa Grdmat.
Grdmat genera una matriz que contiene los factores para la distribución espacial de emisiones dentro del
dominio de simulación (AGMAT, MGMAT o PGMAT) usado por otros programas de SMOKE y un archivo
suplementario (AGSUP o MGSUP), que contiene todos los códigos surrogates asignados a cada fuente.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
55
Como todos los programas de SMOKE, Grdmat genera un logfile. Cuando se procesan inventarios de
emisiones con datos de actividad vehicular, el programa también genera un archivo MUMAT.
Para llevar a cabo la distribución espacial de las emisiones del INEM 199 y el NEI 1999 con el programa
Grdmat, fue necesario generar previamente los archivos SRGDESC, surrogates, GRIDDESC y el archivo
de referencias cruzadas AGREF.
El SRGDESC tiene el formato presentado en la Tabla 2.
Tabla 2. Formato del SRGDESC.
Línea Posición
1
Descripción
A
#GRID
B
Grid name
C
X origin in units of the projection
D
Y origin in units of the projection
E
X direction cell length in units of the projection
F
Y direction cell length in units of the projection
G
Number of columns
H
Number of rows
I
Number of boundary cells
Projection types:
J
2+
•
Latitude-Longitude: “LAT-LON” or “LATGRD3”
•
Lambert Conformal: “LAMBERT” or “LAMGRD3”
•
Polar Stereographic: “POLAR” or “POLGRD3”
•
UTM: “UTM” or “UTMGRD3”
K
Projection units
L
Projection alpha value
M
Projection beta value
N
Projection gamma value
O
X-direction projection center in units of the projection
P
Y-direction projection center in units of the projection
A
Region of surrogate i.e. USA, MEX, or CAN. (ASCII) (not used by SMOKE)
B
Surrogate code number (Integer)(required)
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
56
Línea Posición
Descripción
C
Surrogate Description (ASCII 80 characters in quotes) (required)
D
Surrogate file name (ASCII 80 characters) (required) located in SRGPRO_PATH
El archivo SRGDESC le dice al programa que archivos surrogates hay disponibles para la distribución de
las emisiones, su ubicación y el nombre que tiene asignado. Además, el encabezado del archivo tiene la
información de la malla. A manera de ejemplo, el SRGDESC para el dominio 1 se presenta a
continuación:
#GRID
MEX24_D1 -1836000.0 -1236000.0 24000 24000 147 104 1 LAMBERT meters 17.5 29.5 -100.5 -
100.5 25.0
MEXICO,100,"Population",MEXICO_100_NOFILL.txt
MEXICO,110,"Housing",MEXICO_110_NOFILL.txt
MEXICO,140,"Housing Change and Population",MEXICO_140_FILL.txt
MEXICO,160,"Residential Heating - Wood",MEXICO_160_NOFILL.txt
MEXICO,170,"Residential Heating - Distillate Oil",MEXICO_170_NOFILL.txt
MEXICO,180,"Residential Heating - Coal",MEXICO_180_NOFILL.txt
MEXICO,190,"Residential Heating - LP Gas",MEXICO_190_NOFILL.txt
MEXICO,21,"LPG Distribution - Mexico",MEXICO_21_FILL.txt
MEXICO,22,"Brick Kilns Mexico",MEXICO_22_NOFILL.txt
MEXICO,23,"Domestic Ammonia - Mexico",MEXICO_23_FILL.txt
MEXICO,24,"Mobile sources - Border Crossing - Mexico",MEXICO_24_NOFILL.txt
MEXICO,240,"Total Road Miles",MEXICO_240_FILL.txt
MEXICO,260,"Total Railroads Miles",MEXICO_260_NOFILL.txt
MEXICO,310,"Total Agriculture",MEXICO_310_NOFILL.txt
MEXICO,311,"Total Agriculture without Orchards/Vineyards",MEXICO_311_NOFILL.txt
MEXICO,312,"Orchards and Vineyards",MEXICO_312_NOFILL.txt
MEXICO,320,"Forest Land",MEXICO_320_NOFILL.txt
MEXICO,340,"Land",MEXICO_340_FILL.txt
MEXICO,500,"Comercial Land",MEXICO_500_NOFILL.txt
MEXICO,505,"Industrial Land",MEXICO_505_NOFILL.txt
MEXICO,510,"Comercial plus Industrial Land",MEXICO_510_NOFILL.txt
MEXICO,515,"Comercial plus Institutional Land",MEXICO_515_NOFILL.txt
MEXICO,535,"Residential (RES14)+Comercial+Industrial+Institutional+Government",MEXICO_535_NOFILL.txt
MEXICO,545,"Personal Repair (COM3)",MEXICO_545_NOFILL.txt
MEXICO,600,"Gas Stations",MEXICO_600_NOFILL.txt
MEXICO,700,"Airport Area",MEXICO_700_NOFILL.txt
MEXICO,800,"Marine Ports",MEXICO_800_NOFILL.txt
MEXICO,880,"Drycleaners",MEXICO_880_NOFILL.txt
USA,100,"Population",USA_100_NOFILL.txt
USA,110,"Housing",USA_110_NOFILL.txt
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
57
El contenido completo del archivo SRGDESC, debido a su tamaño, esta incluido en el Anexo Electrónico
2. Se generó un SRGDESC por dominio de simulación, los nombres de cada archivo surrogate son los
mismos de un dominio a otro, pero su ubicación es distinta.
Los archivos SRGDESC son compartidos por todas las fuentes y se definen en la sección “Shared input
files” del assigns file y se ubican en el directorio /home/david/d1/SMOKE/data/ge_dat. Para el caso de los
archivos surrogates, estos se ubican en subdirectorios nombrados en base al dominio de simulación, al
nivel de /home/david/d2/SURROGATES/.
setenv SRGDESC
$GE_DAT/SRGDESC_D2.txt
setenv SRGPRO_PATH /home/david/d2/SURROGATES/D2/
# surrogate descriptions
# surrogate files path
Los archivos surrogates tienen el formato descrito en la Tabla 3.
Tabla 3. Formato de los archivos surrogates.
Línea Posición
1
Descripción
A
#GRID
B
Grid name
C
X origin in units of the projection
D
Y origin in units of the projection
E
X direction cell length in units of the projection
F
Y direction cell length in units of the projection
G
Number of columns
H
Number of rows
I
Number of boundary cells
Projection types:
J
•
Latitude-Longitude: “LAT-LON” or “LATGRD3”
•
Lambert Conformal: “LAMBERT” or “LAMGRD3”
•
Polar Stereographic: “POLAR” or “POLGRD3”
•
UTM: “UTM” or “UTMGRD3”
K
Projection units
L
Projection alpha value
M
Projection beta value
N
Projection gamma value
O
X-direction projection center in units of the projection
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
58
Línea Posición
2+
Descripción
P
Y-direction projection center in units of the projection
A
Spatial surrogates code (area) or county feature/roadway type (mobile) (Integer) (required)
B
Country/state/county code (6-digit Integer YSSCCC) (required)
C
Grid column number (Integer) (required)
D
Grid row number (Integer) (required)
E
Spatial surrogate ratio (area) or fraction of county feature in cell (mobile) (Real) (required)
Como ya se menciono, los surrogates se emplean para la distribución espacial de las emisiones de área y
móviles. Ahora se presenta como ejemplo parte de un archivo surrogate para el dominio 1 con el código
surrogate de población (100).
#GRID
MEX24_D1 -1836000.0 -1236000.0 24000 24000 147 104 1 LAMBERT meters 17.5 29.5 -100.5 -100.5 25.0
22
202002
18
82
0.00003365
22
202002
19
82
0.01077802
22
202002
20
82
0.01029940
22
202002
17
83
0.00010669
22
202002
18
83
0.02790472
22
202002
19
83
0.04377917
22
202002
20
83
0.01910938
22
202002
17
84
0.00033749
22
202002
18
84
0.02506501
22
202002
19
84
0.04387074
22
202002
20
84
0.02195255
22
202002
17
85
0.00050886
22
202002
18
85
0.03554705
22
202002
19
85
0.04387074
22
202002
20
85
0.03451144
22
202002
21
85
0.00001473
22
202002
18
86
0.02906980
22
202002
19
86
0.04387074
22
202002
20
86
0.04148867
22
202002
21
86
0.00006966
22
202002
17
87
0.00859975
Cabe destacar que se generaron surrogates utilizando por un lado los shapefiles de USA y por otro lado
los de México, por dominio de simulación. Es decir, el procesamiento de los inventarios se hace de
manera separada y es hasta la última etapa del modelo donde las matrices de cada procesamiento se
juntan para generar los insumos del modelo CAMx. La longitud de los archivos surrogates es muy amplia,
por lo que resulta complicado incluirla incluso en un Anexo.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
59
El siguiente paso en la distribución espacial de las emisiones, es decirle al programa que códigos
surrogates van a ser asignados a cada SCC del inventario. Esto se lleva a cabo por medio del archivo de
referencias cruzadas (AGREF), el cual tiene el formato descrito en la Tabla 4.
Tabla 4. Formato del AGREF file.
Línea Posición
Descripción
Country/state/county code (6-digit Integer YSSCCC) (optional):
1+
A
•
leave blank or put zero if not country/state-dependent
•
set to YSS000 for country/state-dependent
•
set to YSSCCC for county-dependent
B
10-digit SCC (Character) (optional, set to zero if not SCC-dependent)
C
Spatial surrogate code (Integer) (required)
Los archivos de referencias cruzadas son compartidos por las fuentes de área y móviles y se definen en
la sección de archivos de entrada del assigns file, en cada caso. Se ubican en el directorio
/home/david/d1/SMOKE/data/ge_dat. Existe un archivo AGREF para cada dominio de simulación para
procesar el INEM 1999.
La diferencia entre los archivos AGREF de un dominio a otro solo es una línea, en la que de declara el
surrogate de puertos marinos, que tiene el código 800; lo anterior debido a que en dominios internos,
como el dominio 2, no existe ningún puerto marino, dada la cobertura del mismo.
Por otro lado, para procesar el NEI 1999 se emplea solamente un solo archivo AGREF para los dominios
1 y 5. Este archivo es nombrado como amgref_us_160407.txt. A continuación se presenta el archivo
AGREF para el dominio 1, nombrado como amgref_mex.txt:
000000 2102004000
505 !Industrial Land
000000 2102005000
505 !Industrial Land
000000 2102006000
505 !Industrial Land
000000 2102007000
505 !Industrial Land
000000 2102011000
505 !Industrial Land
000000 2103004000
515 !Comercial plus Institutional Land
000000 2103005000
515 !Comercial plus Institutional Land
000000 2103006000
515 !Comercial plus Institutional Land
000000 2103007000
515 !Comercial plus Institutional Land
000000 2104006000
110 !Residential Heating - Natural Gas (150) -> Housing (110)
000000 2104007000
190 !Residential Heating - LP Gas
000000 2104008000
160 !Residential Heating - Wood
000000 2104011000
170 !Residential Heating - Destilate Oil
000000 2267000000
500 !Comercial Land
000000 2267005000
310 !Total Agriculture
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
60
000000 2275020000
700 !Airport Area (zac 1990)
000000 2280000000
800 !Marine Ports (zac 1990)
000000 2285000000
260 !Total Rairoad Miles (zac 1990)
000000 2302002000
500 !Comercial Land
000000 2302050000
500 !Comercial Land
000000 2311000000
505 !Industrial Land
000000 2401001000
535 !Residential/RES1-4)+Comercial+Industrial+Institutional+Government
000000 2401005000
545 !Personal Repair
000000 2401008000
240 !Total Road Miles (zac)
000000 2401990000
535 !Residential/RES1-4)+Comercial+Industrial+Institutional+Government
000000 2415000000
510 !Comercial plus Industrial Land
000000 2420000370
500 !Drycleaners (880) -> Comercial Land (500)
000000 2425000000
510 !Comercial plus Industrial Land
000000 2460000000
100 !Populatio
000000 2461021000
110 !Housing Change and Population (140) -> Housing (110)
000000 2461800000
515 !Comercial plus Institutional Land
000000 2501060000
500 !Gas Stations (600) ->Comercial Land (500)
000000 2630010000
505 !Industrial Land
000000 2801000003
310 !Total Agriculture without Orchards/Vineyards (311) -> Total Agriculture (310)
000000 2801500000
310 !Total Agriculture without Orchards/Vineyards (311) -> Total Agriculture (310)
000000 2801520004
310 !Orchards and Vineyards (312) -> Total Agriculture (310)
000000 2801700000
310 !Agriculture Production - Crops;Fertilizer Application (950) -> Total Agriculture (310)
000000 2805000000
310 !Total Agriculture without Orchards/Vineyards (311) -> Total Agriculture (310)
000000 2805001000
310 !Total Agriculture without Orchards/Vineyards (311) -> Total Agriculture (310)
000000 2810001000
320 !Forest Land
000000 2810005000
320 !Forest Land
000000 2810030000
535 !Residential/RES1-4)+Comercial+Industrial+Institutional+Government
000000 2222222222
24
000000 3333333333
110 !LPG Distribution; Mexico (21) -> Housing (110)
!Mobile sources. Border Crossing, Mexico
000000 4444444444
22
000000 5555555555
110 !Domestic Amonia; Mexico (23) -> Housing (100)
!Brick Kilns; Mexico
000000 2270002000
110 !Housing Change and Population (140) -> Housing (110)
000000 2270005000
310 !Total Agriculture
000000 2201001001
240 !Highway Vehicles - Gasoline;Light Duty Gasoline Vehicles (LDGV)
000000 2201060001
240 !Highway Vehicles - Gasoline;NOT USED - Previously all LDGT (1&2) under M5
000000 2201070001
240 !Highway Vehicles - Gasoline;Heavy Duty Gasoline Vehicles 2B thru 8B & Buses (HDGV)
000000 2201080001
240 !Highway Vehicles - Gasoline;Motorcycles (MC)
000000 2230001001
240 !Highway Vehicles - Diesel;Light Duty Diesel Vehicles (LDDV)
000000 2230060001
240 !Highway Vehicles - Diesel;Light Duty Diesel Trucks 1 thru 4 (M6) (LDDT)
000000 2230070001
240 !Mobile Sources;Highway Vehicles - Diesel;All HDDV including Buses
Como se puede apreciar, en este archivo se encuentran incluidos todos los SCC’s reportados después
reimportar el INEM 1999 para fuentes de área y móviles. La selección del código surrogate para cada
SCC se llevo a cabo tomando como guía un archivo de referencias cruzadas para USA y un análisis de
las características de la información disponible para México.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
61
Para correr Grdmat para fuentes de área se hace uso del script de control smk_ar_inem_d1.csh, ubicado
en el directorio $SCRIPTS/run. En este script se habilitan/deshabilitan banderas para correr Grdmat y se
definen los parámetros correspondientes.
En esta sección se declara el script Ass igns que se va a utilizar y el tipo de fuente:
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
A
# source category to process
setenv MRG_SOURCE A
# source category to merge
setenv MRG_CTLMAT_MULT ' '
# [A|P|AP] for merging with multiplier controls
setenv MRG_CTLMAT_ADD ' '
# [A|P|AP] for merging with additive controls
setenv MRG_CTLMAT_REAC ' '
# [A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
Aquí se declaran los programas que van a correr, en este caso solo esta definido Grdmat:
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_SMKINVEN N
# run inventory import program
setenv RUN_SPCMAT
N
# run speciation matrix program
setenv RUN_GRDMAT
Y
setenv RUN_CNTLMAT N
# run gridding matrix program
# run control matrix program
## Time-dependent programs
setenv RUN_TEMPORAL N
# run temporal allocation program
setenv RUN_SMKMERGE N
# rn merge program
setenv RUN_SMK2EMIS N
# run conversion of 2-d to UAM binary
## Quality assurance
setenv RUN_SMKREPORT N
# run emissions reporting program
Aquí se declaran controles específicos para cada programa, solo se incluyen los de Grdmat:
## Program-specific controls...
## For Grdmat
setenv SMK_USE_FALLBACK
Y # Y use fallback surrogate code
setenv SMK_DEFAULT_SRGID
100 # surrogate code number to use as fallback
#
IOAPI_ISPH
#
REPORT_DEFAULTS see "Multiple-program controls" below
set by Assigns file
El programa Grdmat se ejecuta tecleando “./smk_ar_inem_d1.csh”. Cuando el programa termina con éxito
manda a pantalla la leyenda:
- - > Normal Completion of program GRDMAT
El logfile de la corrida nos sirve también para revisar los WARNINGS que cada proceso arroja, así como
posibles mensajes de error. Para acceder directamente a los archivos de reportes de Grdmat se teclea
“cd $REPSTAT”, y para los logfiles “cd $LOGS”.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
62
De la misma forma que el programa se corre para fuentes de área se hace para las fuentes móviles y
puntuales. Para facilitar esto, se generaron copias de este script para cada tipo de fuente. En el caso de
las fuentes móviles, también es necesario utilizar el archivo de códigos de fuentes móviles (MCODES), el
cual no presentó mayores modificaciones. Este archivo se encuentra ubicado en el directorio
$INVDIR/mobile. Recordamos que las fuentes biogénicas se procesan aparte.
Para las simulaciones de los dominios 2-5, incluyendo el d5 para Estados Unidos, SI es necesario correr
el programa Grdmat nuevamente, puesto que la distribución espacial de las emisiones no es igual para
cada dominio. Para llevar a cabo esto, es necesario utilizar los script identificados con el nombre del
dominio.
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
4.5.6 Programa Spcmat
Spcmat se emplea para fuentes de área, móviles y puntuales. El programa Spcmat produce un inventario
de emisiones reportado en una variedad de clases compuestos químicos como CO, NOx, VOC, PM10 y
SO2. Casi siempre, los mecanismos químicos de los modelos de calidad del aire (por ejemplo CB4,
RADM2) contienen un set simplificado de ecuaciones que usan especies químicas representativas para
reproducir la química atmosférica.
De esta forma, factores son necesarios para convertir las emisiones de las especies químicas en el
inventario a las especies que involucra el mecanismo químico, que en este caso es el de cadena de
carbones, conocido como CB4. Spcmat produce una matriz que contiene los factores que permiten esta
conversión. El mecanismo CB4 es el que utiliza el modelo de calidad del aire CAMx, para el cual se van a
procesar la emisiones del INEM1999. Los factores de especiación son proporcionados al programa por
medio de perfiles de especiación (GSPRO), los cuales son aplicados a las fuentes del inventario por
medio de un archivo referencias cruzadas (GSREF). Para aquellos inventarios que contienen VOC en
masa, un factor adicional es necesario para convertir la masa de VOC a gases orgánicos totales (TOG),
debido a que los perfiles para procesar los VOC están basados en TOG.
Spcmat genera factores de especiación para todas las fuentes en moles y en masa. El archivo speciation
cross-reference proporciona la información de perfiles de especiación usados para transformar los
contaminantes contenidos en el inventario a las especies químicas para cada fuente y tipo de fuente.
Spcmat permite a los perfiles ser asignados basados en el código SCC, el código de país-estadomunicipio y otras características del tipo de fuente.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
63
La figura 9 muestra las entradas y salidas del programa Spcmat. Los archivos de entrada incluyen el
archivo del inventario generado por Smkinven (AREA, MOBl, PNTS), opcionalmente el archivo de
conversión de contaminantes (GSCNV), los perfiles de especiación (GSPRO), el archivo speciation crossreference (GSREF) y la tabla del inventario (INVTABLE). Para fuentes móviles solamente, Spcmat usa el
archivo de códigos (MCODES) y el archivo de procesos de emisiones móviles (MEPROC). Spcmat
genera una matriz con factores de especiación basados en moles (ASMAT_L, MSMAT_L, o PSMAT_L),
una matriz con factores de especiación basados en masa (ASMAT_S, MSMAT_S, o PSMAT_S). El
programa también genera un archivo de especiación suplementario (ASSUP, MSSUP, o PSSUP) y un
logfile.
Archivos a ser
adaptados a México
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Archivos susceptibles a ser adecuados para México
Figura 9. Entradas y salidas del programa Spcmat.
Para correr Spcmat se hace uso del script de control smk_ar_inem_d1.csh de fuentes de área, ubicado
en el directorio $SCRIPTS/run. En este script se habilitan/deshabilitan banderas para correr Spcmat y se
definen los parámetros correspondientes.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
64
En esta sección se declara el script Ass igns que se va a utilizar y el tipo de fuente:
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
A
setenv MRG_SOURCE A
# source category to process
# source category to merge
setenv MRG_CTLMAT_MULT ' '
# [A|P|AP] for merging with multiplier controls
setenv MRG_CTLMAT_ADD ' '
# [A|P|AP] for merging with additive controls
setenv MRG_CTLMAT_REAC ' '
# [A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
Aquí se declaran los programas que van a correr, en este caso solo esta definido Spcmat:
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_SMKINVEN N
# run inventory import program
setenv RUN_SPCMAT
Y
# run speciation matrix program
setenv RUN_GRDMAT
N
# run gridding matrix program
setenv RUN_CNTLMAT N
# run control matrix program
## Time-dependent programs
setenv RUN_TEMPORAL N
# run temporal allocation program
setenv RUN_SMKMERGE N
# rn merge program
setenv RUN_SMK2EMIS N
# run conversion of 2-d to UAM binary
## Quality assurance
setenv RUN_SMKREPORT N
# run emissions reporting program
Aquí se declaran controles específicos para cada programa, solo se incluyen los de Spcmat:
## For Spcmat
setenv POLLUTANT_CONVERSION Y # Y uses the GSCNV pollutant conversion file
#
REPORT_DEFAULTS see "Multiple-program controls" below
El programa se ejecuta tecleando “./smk_ar_inem_d1.csh”. Cuando Spcmat termina con éxito manda a
pantalla la leyenda:
- - > Normal Completion of program SPCMAT
El logfile de la corrida nos sirve también para revisar los WARNINGS que cada proceso arroja, así como
posibles mensajes de error. Para acceder directamente a los archivos de reportes de Spcmat se teclea
“cd $REPSTAT”, y para los logfiles “cd $LOGS”.
De la misma forma que el programa se corre para fuentes de área se hace para las fuentes móviles y
puntuales. Para facilitar esto, se generaron copias de este script para cada tipo de fuente.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
65
Cabe destacar que para el proceso de especiación de emisiones del INEM 1999 se aplicaron los perfiles
de especiación que SMOKE maneja por default. La adecuación de estos perfiles para México se ha
contemplado para la siguiente etapa de este proyecto.
Para las simulaciones de los dominios 2-5, incluyendo el d5 para Estados Unidos, NO es necesario correr
el programa Spcmat nuevamente, puesto que las salidas generadas con la corrida del dominio uno son
útiles.
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
4.5.7 Programa Temporal
Temporal se emplea para fuentes de área, móviles y puntuales. El programa Temporal produce un
inventario con emisiones horarias de contaminantes. A diferencia de las matrices que generan programas
como Grdmat, y Spcmat, la salida de Temporal contiene los datos de emisiones tal cual, es decir las
emisiones solo son distribuidas en el tiempo. Para todos los tipos de fuentes Temporal utiliza perfiles
temporales de emisión, un archivo de referencia temporal (temporal cross-reference) y las zonas horarias
para cada fuente, para crear las emisiones horarias. Temporal también puede leer emisiones de días y
horas específicos en formato de SMOKE y aplicar perfiles especiales para esos datos. Para fuentes
móviles, Temporal lee los factores de emisión generados por el programa Emisfac.
Temporal trata los perfiles temporales como perfiles locales, es decir que el perfil aplicado a una fuente es
ajustado basándose en la diferencia entre la zona horaria de la fuente (determinada por el archivo
COSTCY) y la zona horaria de salida (determinada por la variable de ambiente OUTZONE). Los procesos
que sigue Temporal son los siguientes:
•
Perfiles temporales son asignados a todas las fuentes
•
Perfiles mensuales y de cada día de la semana (day-of-week) son aplicados
•
Emisiones de actividades diarias específicas son tomadas en cuenta en caso de existir para
sobrescribir los promedios diarios de emisiones en las fuentes correspondientes
•
Perfiles horarios son aplicados
•
Emisiones de actividades horarias específicas son tomadas en cuenta en caso de existir para
sobrescribir los promedios horarios de emisiones en las fuentes correspondientes
•
Factores de emisión son aplicados para actividades horarias específicas, es caso de existir.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
66
Los perfiles horarios pueden ser aplicados para los fines de semana y días festivos por default en el
sistema. Dividiendo el periodo de simulación en varios pasos, se pueden aplicar diferentes perfiles
temporales para diferentes días de la semana. Futuras versiones de SMOKE permitirán hacer esto en
una sola corrida. Un archivo de días festivos debe ser proporcionado para hacer un tratamiento especial
de las emisiones. Este archivo le específica al programa cuales perfiles diarios deben aplicarse en esos
días.
Los archivos de entrada incluyen el COSTCY, el archivo de días festivos (HOLYDAYS), el archivo del
inventario ya importado por Smkinven (AREA, MOBL o PNTS). Para fuentes móviles, es necesario el
archivo de códigos (MCODES). Para fuentes de área y móviles, opcionalmente se necesita archivo de
tratamiento de fechas (PROCDATES) y, si datos de actividad son utilizados, la tabla del inventario
(INVTABLE). Si se están procesando días y horas específicas, los archivos PDAY y PHOUR son leídos
en el caso de las fuentes puntuales.
Las figuras 10, 11 y 12 muestran los archivos de entrada y salida del programa Temporal para las fuentes
de área, puntuales y móviles, respectivamente.
Archivos a ser
adaptados a México
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Archivos susceptibles a ser adecuados para México
Figura 10. Entradas y salidas del programa Temporal para fuentes de área.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
67
Archivos a ser
adaptados a México
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Archivos susceptibles a ser adecuados para México
Figura 11. Entradas y salidas del programa Temporal para fuentes puntuales.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
68
Archivos a ser
adaptados a México
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Archivos susceptibles a ser adecuados para México
Figura 12. Entradas y salidas del programa Temporal para fuentes móviles.
Las salidas de cada tipo de fuente son las mismas, incluyen un inventario con emisiones horarias de
contaminantes (ATMP, MTMP o PTMP), un archivo suplementario con información del procesamiento
(ATSUP, MTSUP o PTSUP) y el logfile.
Como se puede apreciar en los diagramas de flujo para los diferentes tipos de fuentes, el archivo
HOLIDAYS se emplea para identificar los días festivos de un año en específico. Temporal le asigna
perfiles de emisión de domingos a los días descritos en este archivo, es decir, se considera que los días
festivos no tienen la misma distribución temporal de emisiones que los días entre semana. Este archivo
fue adaptado a los días festivos de México para 1999 y se presenta a continuación:
000000
000000
000000
000000
01
01
02
03
01
06
05
21
1999
1999
1999
1999
Sunday
Sunday
Sunday
Sunday
!
!
!
!
New Year's Day
Santo Reyes
Constitucion's day
Benito Juarez born
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
69
000000
000000
000000
000000
000000
000000
000000
000000
000000
04
04
05
05
09
11
11
12
12
13
14
01
05
16
02
20
12
25
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
Sunday
Sunday
Sunday
Sunday
Sunday
Sunday
Sunday
Sunday
Sunday
!
!
!
!
!
!
!
!
!
Holy Thursday?
Holy Friday?
Work's day
Puebla battle
Independence Day
Dead's day
Revolution Aniversary
Guadalupe virgen's day
Christmas Day
Para correr Temporal se hace uso del script de control smk_ar_inem_d1.csh de fuentes de área, ubicado
en el directorio $SCRIPTS/run. En este script se habilitan/deshabilitan banderas para correr Temporal y
se definen los parámetros correspondientes.
En esta sección se declara el script Ass igns que se va a utilizar y el tipo de fuente:
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
A
# source category to process
setenv MRG_SOURCE A
# source category to merge
setenv MRG_CTLMAT_MULT ' '
# [A|P|AP] for merging with multiplier controls
setenv MRG_CTLMAT_ADD ' '
# [A|P|AP] for merging with additive controls
setenv MRG_CTLMAT_REAC ' '
# [A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
Aquí se declaran los programas que van a correr, en este caso solo esta definido Temporal:
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_SMKINVEN N
# run inventory import program
setenv RUN_SPCMAT
N
# run speciation matrix program
setenv RUN_GRDMAT
N
# run gridding matrix program
setenv RUN_CNTLMAT N
# run control matrix program
## Time-dependent programs
setenv RUN_TEMPORAL Y
# run temporal allocation program
setenv RUN_SMKMERGE N
# rn merge program
setenv RUN_SMK2EMIS N
# run conversion of 2-d to UAM binary
## Quality assurance
setenv RUN_SMKREPORT N
# run emissions reporting program
Aquí se declaran controles específicos para cada programa, solo se incluyen los de Temporal:
## For Temporal
setenv RENORM_TPROF
Y # Y normalizes the temporal profiles
setenv UNIFORM_TPROF_YN
setenv ZONE4WM
N # Y uses uniform temporal profiles for all sources
Y # Y applies temporal profiles using time zones
#
OUTZONE
see "Multiple-program controls" below
#
REPORT_DEFAULTS see "Multiple-program controls" below
#
SMK_AVEDAY_YN
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_MAXERROR
see "Multiple-program controls" below
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
70
El programa se ejecuta tecleando “./smk_ar_inem_d1.csh”. Cuando Temporal termina con éxito manda a
pantalla la leyenda:
- - > Normal Completion of program TEMPORAL
El logfile de la corrida nos sirve también para revisar los WARNINGS que cada proceso arroja, así como
posibles mensajes de error. Para acceder directamente a los archivos de reportes de Temporal se teclea
“cd $REPSTAT”, y para los logfiles “cd $LOGS”. De la misma forma que el programa se corre para
fuentes de área se hace para las fuentes móviles y puntuales. Para facilitar esto, se generaron copias de
este script para cada tipo de fuente.
Cabe destacar que para el proceso de distribución espacial de emisiones del INEM 1999 se aplicaron los
perfiles temporales que SMOKE maneja por default. La adecuación de estos perfiles para México se ha
contemplado para la siguiente etapa de este proyecto.
Para las simulaciones de los dominios 2-5, incluyendo el d5 para Estados Unidos, NO es necesario correr
el programa Temporal nuevamente, puesto que las salidas generadas con la corrida del dominio uno son
útiles.
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
4.5.8 Programa Elevpoint
Se emplea solamente para fuentes puntuales. Elevpoint selecciona fuentes elevadas y prepara las
entradas para el procesamiento de las mismas. Los criterios para la selección son diversos: parámetros
de la chimenea, emisiones, etc. Los criterios de selección de fuentes elevadas son proporcionados al
modelo por medio del archivo PELVCONFIG. Los criterios para la selección de fuentes elevadas fueron
tomados de los valores por default, a excepción del parámetro RISE>=40, el cual tenia especificado un
valor previo de 30.
SMK_SOURCE P
/SPECIFY ELEV GROUPS/
HT +/- 2.0 AND DIAMETER +/- 1.0
/END/
/SPECIFY ELEV/
RISE >= 40.
/END/
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
71
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Archivos susceptibles a ser adecuados para México
Figura 13. Entradas y salidas del programa Elevpoint para fuentes puntuales.
El programa Elevpoint no presentó ninguna dificultad en su aplicación. Para correr Elevpoint se hace uso
del script de control smk_pt_inem_d1.csh de fuentes de área, ubicado en el directorio $SCRIPTS/run. En
este script se habilitan/deshabilitan banderas para correr Elevpoint y se definen los parámetros
correspondientes.
En esta sección se declara el script Ass igns que se va a utilizar y el tipo de fuente:
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
P
# source category to process
setenv MRG_SOURCE P
# source category to merge
setenv MRG_CTLMAT_MULT ' '
# [A|P|AP] for merging with multiplier controls
setenv MRG_CTLMAT_ADD ' '
# [A|P|AP] for merging with additive controls
setenv MRG_CTLMAT_REAC ' '
# [A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
Aquí se declaran los programas que van a correr, en este caso solo esta definido Elevpoint:
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_SMKINVEN N
# run inventory import program
setenv RUN_SPCMAT
N
# run speciation matrix program
setenv RUN_GRDMAT
N
# run gridding matrix program
setenv RUN_CNTLMAT N
# run control matrix program
## Time-dependent programs
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
72
setenv RUN_TEMPORAL N
# run temporal allocation program
setenv RUN_ELEVPOINT Y
# run elevated/PinG sources selection program
setenv RUN_LAYPOINT N
setenv RUN_SMKMERGE N
# run layer fractions program
# run merge program
setenv RUN_SMK2EMIS N
# run conversion of 2-d to UAM binary
setenv RUN_MRGELEV N
# run conversion of 3-d to UAM binary
## Quality assurance
setenv RUN_SMKREPORT N
# run emissions reporting program
Aquí se declaran controles específicos para cada programa, solo se incluyen los de Elevpoint:
## For Elevpoint
setenv SMK_ELEV_METHOD
setenv UNIFORM_STIME
1 # 1 uses PELVCONFIG file to determine elevated sources
-1 # indicates day start time; -1 uses time zones
#
IOAPI_ISPH
#
SMK_PING_METHOD see "Multiple-program controls" below
set by Assigns file
El programa se ejecuta tecleando “./smk_ar_inem_d1.csh”. Cuando Elevpoint termina con éxito manda a
pantalla la leyenda:
- - > Normal Completion of program ELEVPOINT
Los archivos LOGFILE generados por Elevpoint están en formato ASCII y se generan en el directorio
$LOGS/pt.
Para las simulaciones de los dominios 2-5, incluyendo el d5 para Estados Unidos, NO es necesario correr
el programa Elevpoint nuevamente, puesto que las salidas generadas con la corrida del dominio uno son
útiles.
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
4.5.9 Procesamiento de fuentes biogénicas
La estimación de las emisiones biogénicas se realizó con el modulo SMOKE-BEIS3, el cual emplea datos
de uso de suelo generados por el programa Normbeis3 y datos meteorológicos estimados con el modelo
meteorológico de quinta generación MM5. Para extraer la información meteorológica que BEIS3 necesita,
se emplea el programa MCIP versión 3.2. A continuación se describen los programas que se emplearon
en este procesamiento.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
73
Es importante mencionar que en la estimación de emisiones biogénicas no existe diferencia entre
procesar el inventario de Estados Unidos y México, ya que estas no son calculadas a partir de inventarios
de emisiones separados, si no en base al programa BEIS3. La Figura 14 muestra el diagrama de flujo que
se aplico para la estimación de fuentes biogénicas.
Fuentes
Biogénicas
Compiladores
Intel
Compilación de
librerías
NETCDF 3.6.2
Compilación de
librerías
I/O API 3.0
Normbeis3
MCIP 3.2
Compilación de
librerías
PVM 3.0
Salidas
diarias de MM5
Tmpbeis3
Merge
Smkreport
(QA)
Figura 14. Diagrama del procesamiento fuentes biogénicas.
4.5.9.1 Programa MCIP 3.2
El programa MCIP, se descargo de la página Community Modeling and Analysis Systems
http://www.cmascenter.org/. Se instaló en el directorio /home/david/d1/MCIP. Uno de los problemas para
instalar MCIP fue el intentar compilar el programa utilizando las versiones precompiladas (archivos
binarios o ejecutables) de las librerías I/O API, NETCDF y PVM. Fue necesario el compilar cada librería a
partir de los códigos fuente utilizando los compiladores de Intel, previamente instalados. La razón de
estos problemas se debe a que las versiones precompiladas fueron hechas utilizando compiladores de
Portland Group, lo cual genera problemas al compilar MCIP con Intel.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
74
Para generar los usos de suelo para cada dominio de simulación con MCIP, es necesario editar el scrip
del programa, en el cual se definen, entre otros, los archivos de estrada, que son las salidas diarias del
modelo MM5, el periodo a procesar, etc.
Una de los puntos clave para la aplicación de MCIP, fue el crear nuevamente dominios anidados, a partir
de los dominios de MM5. Es decir, que en los script del programa es necesario redefinir los dominios de
CAMx, debido a que el procesamiento de la fuentes biogénicas es separado de las otras fuentes, para las
cuales, previamente se habían definido los dominios de CAMx.
A continuación se presenta como ejemplo el script de MCIP para el dominio 1, donde se describen
detalles sobre como se editaron algunas de sus secciones:
#----------------------------------------------------------------------# Set identification for input and output files.
#
#
APPL
= Application Name (tag for MCIP output file names)
#
CoordName = Coordinate system name for GRIDDESC
#
GridName
= Grid Name descriptor for GRIDDESC
#
InMetDir
= Directory that contains input meteorology files
#
InTerDir
= Directory that contains input MM5 "TERRAIN" file
#
(Used for providing fractional land-use categories,
#
and it will only work if IEXTRA was set to TRUE in
#
MM5's TERRAIN program. Is TRUE for P-X simulations.)
#
OutDir
= Directory to write MCIP output files
#
ProgDir
= Directory that contains the MCIP executable
#
WorkDir
= Working Directory for Fortran links and namelist
#----------------------------------------------------------------------set APPL
= mm5_d1
set CoordName = MALLA_D1_MM5
# 16-character maximum
set GridName
= MEX24_D1
# 16-character maximum
set DataPath
= /home/david/d2
set InMetDir
= /home/david/d2/MM5_DATA/FEB
set InTerDir
= $DataPath/MM5_DOMAINS
set OutDir
= /home/david/d3/MCIP_OUT/MEX24_D1/FEB
set ProgDir
= $cwd
set WorkDir
= $OutDir
#----------------------------------------------------------------------# Set name(s) of input meteorology file(s)
#
#
File name(s) must be set inside parentheses since "InMetFiles" is
#
a C-shell script array. Multiple file names should be space#
delimited. Additional lines can be used when separated by a
#
back-slash (\) continuation marker. The file names can be as
#
they appear on your system; MCIP will link the files in by a
#
Fortran unit number and the explicit name via a namelist. The
#
files must be listed in chronological order. The maximum number
#
of input meteorology files must be less than or equal to the number
#
in MAX_MM in file_mod.F (default is 100).
#
#
Example:
#
set InMetFiles = ( $InMetDir/MMOUT_DOMAIN2.time1 \
#
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN2.time2 )
#
#----------------------------------------------------------------------set InMetFiles = ( $InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_00 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_01 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_02 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_03 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_04 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_05 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_06 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_07 \
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
75
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_08 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_09 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_10 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_11 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_12 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_13 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_14 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_15 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_16 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_17 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_18 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_19 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_20 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_21 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_22 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_23 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_24 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_25 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_26 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_27 \
$InMetDir/MMOUT_DOMAIN1_28 )
set IfTer
= "T"
set InTerFile = $InTerDir/TERRAIN_DOMAIN1
#----------------------------------------------------------------------# Set user control variables for MCIP execution.
#
#
LPBL: 1 = Use PBL values from input meteorology
#
2 = Re-calculate values using PBL similarity
#
3 = Re-calculate values using only surface layer similarity
#
#
LRAD: 1 = Use radiation fields from input meteorology
#
2 = Re-calculate fields from MCIP Version 1 algorithm
#
#
LDDEP: 1 = Use RADM (Wesely) dry deposition routine
#
2 = Use Models-3 (Pleim) dry deposition routine
#
3 = Use Models-3 dry deposition routine with extra Cl
#
4 = Use Models-3 dry deposition routine with extra Cl and Hg
#----------------------------------------------------------------------set LPBL = 1
set LRAD = 1
set LDDEP = 4
#----------------------------------------------------------------------# Set run start and end date. (YYYY-MO-DD-HH:MI:SS.SSSS)
#
MCIP_START: First date and time to be output [UTC]
#
MCIP_END:
Last date and time to be output [UTC]
#
INTVL:
Frequency of output [minutes]
#----------------------------------------------------------------------set MCIP_START = 1999-02-01-00:00:00.0000 # [UTC]
set MCIP_END
= 1999-03-01-00:00:00.0000 # [UTC]
set INTVL
= 60 # [min]
#---------------------------------------------------------------------# Set CTM layers. Should be in descending order starting at 1 and
# ending with 0. There is currently a maximum of 100 layers allowed.
# To use all of the layers from the input meteorology without
# collapsing (or explicitly specifying), set CTMLAYS = -1.0.
#----------------------------------------------------------------------#set CTMLAYS = "-1.0"
set CTMLAYS = "1.000, 0.998, 0.996, 0.990, 0.980, 0.970, 0.960, 0.950, \
0.940, 0.930, 0.920, 0.900, 0.890, 0.870, 0.860, 0.840, \
0.830, 0.820, 0.790, 0.770, 0.760, 0.730, 0.720, 0.680, \
0.660, 0.600, 0.400, 0.200, 0.000"
#----------------------------------------------------------------------# Determine whether or not static output (GRID) files will be created.
#----------------------------------------------------------------------set MKGRID = T
#----------------------------------------------------------------------# Set number of meteorology "boundary" points to remove on each of four
# horizontal sides of MCIP domain. This affects the output MCIP domain
# dimensions by reducing meteorology domain by 2*BTRIM + 2*NTHIK + 1,
# where NTHIK is the lateral boundary thickness (in BDY files), and the
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
76
# extra point reflects conversion from grid points (dot points) to grid
# cells (cross points). Setting BTRIM = 0 will use maximum of input
# meteorology. To remove MM5 lateral boundaries, set BTRIM = 5.
#
# *** If windowing a specific subset domain of input meteorology, set
#
BTRIM = -1, and BTRIM will be ignored in favor of specific window
#
information in X0, Y0, NCOLS, and NROWS.
#----------------------------------------------------------------------set BTRIM = -1
#----------------------------------------------------------------------# Define MCIP subset domain. (Only used if BTRIM = -1. Otherwise,
# the following variables will be set automatically from BTRIM and
# size of input meteorology fields.)
#
X0:
X-coordinate of lower-left corner of full MCIP "X" domain
#
(including MCIP lateral boundary) based on input MM5 domain.
#
X0 refers to the east-west dimension. Minimum value is 1.
#
Y0:
Y-coordinate of lower-left corner of full MCIP "X" domain
#
(including MCIP lateral boundary) based on input MM5 domain.
#
Y0 refers to the north-south dimension. Minimum value is 1.
#
NCOLS: Number of columns in output MCIP domain (excluding MCIP
#
lateral boundaries).
#
NROWS: Number of rows in output MCIP domain (excluding MCIP
#
lateral boundaries).
#----------------------------------------------------------------------set X0
= 3
set Y0
= 3
set NCOLS = 147
set NROWS = 104
#----------------------------------------------------------------------# Set coordinates for cell for diagnostic prints on output domain.
# If coordinate is set to 0, domain center cell will be used.
#----------------------------------------------------------------------set LPRT_COL = 0
set LPRT_ROW = 0
#=======================================================================
Como se puede apreciar en el script, los archivos de entrada al programa se ubicaron el directorio
/home/david/d2/MM5_DATA/FEB, a ese nivel (~/MM5_DATA) también están directorios para los otros
meses, como Mayo, Agosto y Noviembre. Por otro lado, las salidas del programa están direccionadas al
directorio /home/david/d3/MCIP_OUT/MEX24_D1/FEB. Los archivos del programa TERRAIN de MM5,
que también emplea MCIP se ubicaron en /home/david/d2/MM5_DOMAINS.
La sección donde se definen los nombres y ubicación de cada salida de MM5 es de especial atención.
Las salidas diarias de meteorología por mes, se entregaron para su aplicación con SMOKE, en dos
carpetas; la primera conteniendo las salidas de la mitad de mes y la segunda con la parte restante. El
problema se presentó en que el nombre de las salidas dela segunda carpeta no tenían un consecutivo
con las primeras, por lo cual fue necesario renombrar las últimas. Para evitar cometer errores al
renombrar los archivos, se optó por generar un script para tal efecto. Como es de esperarse, fue
necesario un script por mes, debido a la diferencia en el número de días y a la ubicación de los datos. Los
script fueron almacenados en el directorio /home/david/SCRIPTS.
Para definir el periodo para la extracción de la información meteorológica se empleo tiempo UTC, en
concordancia con las salidas de MM5. Una herramienta muy útil para revisar que el archivo inicial y final
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
77
de MM5, definidos en el script de MCIP, una vez aplicado el script para renombrar, coincidan con las
fechas definidas, es el programa MMSCAN. Este programa tiene una sintaxis muy sencilla y se puede
aplicar desde cualquier directorio de la estación. Por ejemplo, para revisar la salida del primer día de
febrero para el dominio uno se teclea:
mmscan MMOUT_DOMAIN1_01
El programa desplego un menú con varias opciones. MMSCAN permite navegar dentro del archivo
binario, visualizar los datos, generar plots con la información, e incluso extraer archivos ASCII con datos
puntuales de la variable seleccionada. Cabe recordar que el archivo MMOUT_DOMAIN1_00, de cada
mes
y
para
cada
dominio
contiene
las
condiciones
iníciales,
a
partir
de
los
archivos
MMOUT_DOMAIN1_01 hasta MMOUT_DOMAIN1_0n, donde “n” es el numero de días del mes, cada
archivo debe contener 23 términos (del termino cero al termino 23), representando las 24 horas del día.
Una vez editado el script se ejecuta “./run.mcip3.2_d1”. Cada script esta identificado con las siglas d1-d5,
dependiendo del dominio de simulación. Los script para procesar los meses restantes ya se encuentran
editados y se almacenaron en subdirectorios a nivel del directorio de instalación de MCIP, nombrados
como SCRIPTS_MES, donde MES= AGO, MAY, FEB y NOV.
Cuando el programa corre exitosamente manda al pantalla el mensaje de terminación normal y genera los
datos meteorológicos que utiliza el programa Tmpbeis3 para procesar las emisiones biogénicas.
Cabe destacar que al correr este programa no se generan archivos log, como en el caso de los
programas de SMOKE, por lo cual los posibles mensajes de error, WARNINGS, etc., tienen que ser
identificados al momento.
4.5.9.2 Aplicación de MIMS para generar los uso de suelo para BEIS3
El primer paso para generar los usos de suelo con MIMS es descargar los archivos de entrada de la
página www.epa.gov/ttn/chief/emch/biogenic/index.html. Los archivos de entrada incluyen el shapefile con
la descripción de la forma de los tiles, los 3 archivos binarios (NETCDF) que contienen la descripción de
los archivos de BELD3 y opcionalmente la imagen de la cobertura de los archivos de BELD3. En el caso
de los tiles, al contrario de las instrucciones descritas en dicha página, es necesario descargar todos los
archivos “tiles” disponibles.
Estos archivos, conocidos como tiles, contienen información de categorías de uso de suelo para una
cobertura geográfica específica. En total se tienen que bajar 24 archivos en formato .zip, los cuales,
contiene a su vez, en la mayoría de los casos 3 archivos: b3_a_tile#.nzero.ncf, b3_b_tile#.nzero.ncf y
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
78
b3_tot_tile#.ncf. Los archivos nombrados como b3_a~ contienen las primeras 120 categorías de uso de
suelo, los b3_b~ las 110 restantes y los b3_tot~ contienen las fracciones totales de uso de suelo.
Cabe destacar que es necesario renombrar los archivos b3_tot~ con las siglas .nzero, después del
número del tile, puesto que es necesario este paso para que puedan ser leídos por MIMS. Mayor
información sobre la aplicación de MIMS puede consultarse en el manual en línea del programa,
disponible en el directorio doc (/home/david/d1/MIMS/doc).
Aquellos tiles que no contienen los tres archivos (b3_a~, b3_b~, y b3_tot~) y solamente contiene los “a” ó
“b” están correctos, lo que nos dice esto es que no existe información disponible para esas categorías de
uso de suelo en la cobertura geográfica de ese tile.
Los tiles fueron ubicados en el directorio /home/david/d1/MIMS/data/beld3. Una vez con la información
disponible, es necesario editar el script convert_beld3_mex_d1.csh, ubicado en el directorio
/home/david/d1/MIMS/scripts. Existe un script para cada dominio, diferenciado, como en casos anteriores,
por las terminaciones d1-d5. A continuación se presenta el script para el dominio 1:
#!/bin/csh -f
#******************* Beld3smk Run Script *************************************
# Runs beld3smk for sample modeling grid
# June 2006, LR
#*****************************************************************************
setenv DEBUG_OUTPUT Y
# Set executable
setenv MIMSDIR ..
setenv EXE $MIMSDIR/beld3smk.exe
# Set Input Directory
setenv DATADIR $MIMSDIR/data
setenv OUTPUT $MIMSDIR/output/beld3
setenv TIME time
# Set program parameters
setenv OUTPUT_GRID_NAME MEX24_D1
setenv OUTPUT_FILE_TYPE RegularGrid
setenv OUTPUT_FILE_ELLIPSOID +R=6370977.0
setenv GRIDDESC $DATADIR/GRIDDESC_MEX_NEW
setenv INPUT_DATA_DIR $DATADIR/beld3/
setenv TMP_DATA_DIR $MIMSDIR/tmp/
setenv OUTPUT_FILE_PREFIX $OUTPUT/beld3_${OUTPUT_GRID_NAME}_output
# Create temporary data directory if needed
if(! -e $TMP_DATA_DIR) mkdir $TMP_DATA_DIR
Como se puede apreciar, el ejecutable que se emplea es beld3smk.exe. Se definen los archivos de
entrada y salida de datos, el nombre de la malla para el cual se va a procesar la información, en este
caso la malla MEX24_D1. Las dimensiones y parámetros de proyección de la malla son tomados del
archivo GRIDDESC, el cual también tiene que ser diseccionado en el script.
El programa se ejecuta con tecleando el nombre del script “./convert_beld3_mex_d1.csh”. Cuando el
programa se ejecuta exitosamente envía el mensaje de terminación normal a pantalla. Cabe destacar que
al correr este programa no se generan archivos log, como en el caso de los programas de SMOKE, por lo
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
79
cual los posibles mensajes de error, WARNINGS, etc., tienen que ser identificados al momento. Los
archivos de salida se generan en el directorio /home/david/d1/MIMS/output/beld3 y son tres:
•
beld3_MEX24_D1_output_a.ncf
•
beld3_MEX24_D1_output_b.ncf
•
beld3_MEX24_D1_output_tot.ncf
Una vez generados estos usos de suelo para todos los dominios, se movieron al directorio
/home/david/d1/SMOKE/data/inventory/biog, debido a que en esta ubicación es donde los busca SMOKE.
Esta ruta se puede modificar en el Assigns file de ser requerido. Las variables de ambiente que definen la
ubicación de los archivos son: BELD3_A, BELD3_B y BELD3_TOT.
4.5.9.3 Programa Normbeis3
Normbeis3 lee los archivos de uso de suelo y los factores de emisión y produce emisiones biogénicas
normalizadas en malla. Los datos de uso de suelo incluyen 230 categorías. Los datos de uso de suelo
fueron procesados con el programa MIMS Spatial Allocator. La Figura 15 muestra las entradas y salidas
de este programa.
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Figura 15. Entradas y salidas del programa Normbeis3 para fuentes biogénicas.
El archivo de factores de emisión empleado se ubicó en el directorio $GE_DAT y es definido en el
Assigns file con la variable B3FAC. El nombre de este archivo es b3fac.beis3_efac_v0.98.txt.
Para correr Normbeis3 es necesario editar y aplicar los script ubicados en el directorio $SCRIPTS/run. A
manera de ejemplo vamos a incluir las secciones del script para el dominio 1, llamado
smk_bg_inem_d1.csh:
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
80
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
B
setenv MRG_SOURCE
B
# source category to process
# source category to merge
setenv BEIS_VERSION
# version of BEIS3 to use (currently 3.09 or 3.12)
3.13
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_NORMBEIS3 Y
# run normalized biogenic emissions program
## Time-dependent programs
setenv RUN_TMPBEIS3 N
setenv RUN_SMKMERGE N
setenv RUN_SMK2EMIS N
# run temporal adjustments and speciation program
# run merge program
# run conversion of 2-d to UAM binary
## Program-specific controls...
## For Normbeis3
#
BEIS_VERSION
already set above
Como en el caso de los otros programas de SMOKE, es necesario definir el Assigns file, el tipo de fuente,
declarar como “Y la bandera para RUN_NORMBEIS3 y las opciones específicas para éste programa. El
archivo con las emisiones biogénicas normalizadas en malla (B3GRD) y el LOGFILE son las 2 salidas del
programa.
Para las simulaciones de los dominios 2-5, solo es necesario correr los script identificados para tal motivo.
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
4.5.9.4 Programa Tmpbeis3
Tmpbeis3 lee los archivos producidos por Normbeis3 y los datos meteorológicos generados por MCIP.
Estos datos son utilizados para estimar emisiones biogénicas horarias, en malla y con especiación. La
Figura 16 muestra las entradas y salidas de este programa.
Los
archivos
generados
por
Tmpbeis3
se
almacenan
en
el
directorio
/home/david/d3/SMOKE/data/run_inem/output/camx.cb4p25. La variable de ambiente para acceder
directamente a este directorio es $B_OUT.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
81
Archivos adaptados para procesar el INEM 1999
Archivos generados al procesar el INEM 1999
Archivos susceptibles a ser adecuados para México
Figura 16. Entradas y salidas del programa Tmpbeis3 para fuentes biogénicas.
Normbeis3 tiene la opción de aplicar factores estacionales para verano o invierno, esto se controla
mediante la variable BIOSEASON en el script de fuentes biogénicas. Al igual que todas las variables de
los script, es necesario declarar la ruta y nombre del archivo que contiene dichos factores. El
impedimento para aplicar esta opción radica en que los factores que requiere esta variable no están
disponibles para los dominios del INEM 1999. El archivo para BIOSEASON es específico para una malla
y para un año en particular.
Los archivos de entrada incluyen las emisiones biogénicas, en malla, normalizadas generadas con
Normbeis3 (B3GRID) y opcionalmente, si la variable BIOSW_YN = Y, un archivo de factores estacionales
para verano o invierno (BIOSEASON), producido por el programa Metscan. Los perfiles de especiación
para las emisiones biogénicas se toman del archivo GSRPO y la ubicación en latitud y longitud de las
celdas de la malla se toma del archivo GRID_CRO_2D que proviene de MCIP. Tmpbeis3 lee la presión
de superficie y la información de radiación y nubosidad del archivo MET_FILE1 y, opcionalmente, del
MET_FILE2, si BIOMET_SAME = N. Tmpbeis3 genera archivos en malla, con especiación, con
resolución horaria en moles/hora (B3GTS_L) y toneladas/hora (B3GTS_S), además de un LOGFILE. Para
las simulaciones de los dominios 2-5, solo es necesario correr los script identificados para tal motivo.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
82
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
4.5.10 Programa Smkmerge
Smkmerge se emplea para fuentes de área, móviles, puntuales y biogénicas. El programa Smkmerge
combina las matrices producidas por otros programas de SMOKE para producir los archivos de emisiones
de entrada a un modelo de calidad del aire (AQM). Smkmerge puede ser empleado para cualquier tipo de
fuente y puede incorporar distribución espacial, temporal, especiación, etc.
Si Smkmerge es utilizado para generar las entradas para un AQM, todos los programas preliminares
deben haber sido ejecutados previamente. El programa también puede ser aplicado solamente para
producir reportes especializados. En esta instancia, solo una pequeña parte de los programas tiene que
ser ejecutado previamente.
Smkmerge puede ser utilizado para crear archivos 2-D y 3-D en malla con especiación y distribución
temporal. También genera un archivo con emisiones horarias para fuentes puntuales grupales (Point-ingroup, PinG), necesarias para CMAQ y MAQSIP. Finalmente, el programa genera un archivo ASCII para
fuentes elevadas, que sirve para el post-procesamiento con el programa Ptsrce de EPS2.0/EPS2.5.
La Figura 17 muestra las entradas y salidas de Smkmerge para fuentes de área. Las entradas incluyen,
de manera opcional, el archivo de multiplicación de matrices (ACMAT), la matriz de Grdmat (AGMAT), el
inventario de Smkinven (AREA) , de manera opcional, la matriz de reactividad de Cntlmat (ARMAT) y
también opcional la matriz de especiación de Spcmat (ASMAT). Spcmat puede también utilizar emisiones
horarias del programa Temporal, ya sea en un solo archivo (PTMP) o de emisiones horarias para cada
día de la semana (ATMP_{day}). Las ultimas tres entradas son el archivo COSTCY, la tabla del inventario
(INVTABLE) y el archivo de descripción de la malla (GRIDDESC).
Smkmerge genera un archivo que esta determinado por las entradas al programa y puede ser una salida
directa para un AQM (AG[T][S][C]_L o AG[T][S][C]_S), un logfile (LOGFILE) y opcionalmente un reporte
(REPAG[T][S][C]_L o REPAG[T][S][C]_S).
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
83
Figura 17. Entradas y salidas del programa Smkmerge para fuentes de área.
La figura 18 muestra las entradas y salidas de Smkmerge para fuentes biogénicas. Las entradas son el
archivo opcional de surrogates (BGPRO), las emisiones listas para el modelo (BGTS), el archivo
COSTCY, el GRIDDESC y el INVTABLE.
Smkmerge genera ya sea un archivo de emisiones en moles (BGTS_L_O) o en masa (BGTS_S_O).
Nótese que las siglas “_O” son para distinguir entre archivos de entrada y salida. El programa también
genera un logfile (LOGFILE) y opcionalmente un reporte (REPBGTS_L o REPBGTS_S).
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
84
Figura 18. Entradas y salidas del programa Smkmerge para fuentes biogénicas.
La Figura 19 muestra las entradas y salidas de Smkmerge para fuentes móviles. Las entradas son el
archivo COSTCY, el GRIDDESC y el INVTABLE. Smkmerge opcionalmente utiliza el archivo de
multiplicación de matrices (ACMAT), la matriz de Grdmat (MGMAT), el inventario de Smkinven (MOBL), la
matriz de reactividad de Cntlmat (MRMAT) y la matriz de especiación de Spcmat (MSMAT). Las
emisiones horarias pueden ser ingresadas ya sea en un solo archivo o como emisiones horarias para
cada día de la semana (MTMP_{day}).
Smkmerge genera un archivo que esta determinado por las entradas al programa y puede ser una salida
directa para un AQM (MG[T][S][C]_L o MG[T][S][C]_S). El programa también genera un logfile (LOGFILE)
y opcionalmente un reporte (REPMG[T][S][C]_L o REPMG[T][S][C]_S).
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
85
Figura 19. Entradas y salidas del programa Smkmerge para fuentes móviles.
La Figura 20 muestra las entradas y salidas de Smkmerge para fuentes puntuales. Las entradas son el
archivo COSTCY, el GRIDDESC y el INVTABLE. Smkmerge opcionalmente utiliza el archivo de
multiplicación de matrices (PCMAT). Si se emplean PinG o fuentes elevadas, el archivo PELV es
utilizado. Smkmerge lee la matriz de Grdmat (PGMAT). El archivo PLAY es utilizado para combinar
fracciones de capas, mientras que el PLAY_EX es utilizado para plumas de emisión específica. Otros
archivos de entrada son el inventario de Smkinven (PNTS), la matriz de reactividad de Cntlmat (PRMAT)
y la matriz de especiación de Spcmat (PSMAT). Las emisiones horarias pueden ser ingresadas ya sea en
un solo archivo o como emisiones horarias para cada día de la semana (PTMP_{day}). Finalmente
Smkmerge puede leer opcionalmente el archivo de grupos de chimeneas (STACK_GROUPS).
Smkmerge genera un archivo que esta determinado por las entradas al programa y puede ser una salida
directa para un AQM (PG[T][S][C][3D]_L o PG[T][S][C][3D]_S). Smkmerge puede generar un archivo de
fuentes elevadas (ELEV[T]S[_S|_L]) si es requerido y un archivo de PinG (PING[T][S][C][_S][_L].
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
86
El programa también genera un logfile (LOGFILE) y opcionalmente un reporte (REPPG[T][S][C]_L o
REPPG[T][S][C]_S).
Figura 20. Entradas y salidas del programa Smkmerge para fuentes puntuales.
Smkmerge se aplicó, en primera instancia, para juntar las matrices de los diferentes programas que ya se
aplicaron por tipo de fuente. Es decir, el programa genera los archivos de emisiones ya distribuidas
espacialmente, temporalmente y con especiación. Las fuentes para las que se aplicó Smkmerge en esta
etapa son área, móviles y puntuales. Se debe recordar que el procesamiento de fuentes biogénicas es
por separado.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
87
Las
salidas
de
Smkmerge
se
almacenan
en
el
directorio
/home/david/d3/SMOKE/data/run_inem/output/camx.cb4p25. Las variables de ambiente para acceder
directamente a este directorio son $A_OUT, $M_OUT, $P_OUT.
Es importante mencionar que, a pesar de que el directorio de salida del programa Smkmerge debería
estar en el disco 1, debido a que es el disco donde se instalo SMOKE, la ubicación de los archivos de
salida se re direccionaron al disco 3 por cuestiones de espacio.
Para ejecutar Smkmerge se hace uso del script de control smk_ar_inem_d1.csh de fuentes de área,
ubicado en el directorio $SCRIPTS/run. En este script se habilitan/deshabilitan banderas para correr
Smkmerge y se definen los parámetros correspondientes. En esta sección se declara el script Assigns
que se va a utilizar y el tipo de fuente:
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set source category
setenv SMK_SOURCE
A
# source category to process
setenv MRG_SOURCE A
# source category to merge
setenv MRG_CTLMAT_MULT ' '
# [A|P|AP] for merging with multiplier controls
setenv MRG_CTLMAT_ADD ' '
# [A|P|AP] for merging with additive controls
setenv MRG_CTLMAT_REAC ' '
# [A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
Aquí se declaran los programas que van a correr, en este caso solo esta definido Smkmerge:
## Set programs to run...
## Time-independent programs
setenv RUN_SMKINVEN N
# run inventory import program
setenv RUN_SPCMAT
N
# run speciation matrix program
setenv RUN_GRDMAT
N
setenv RUN_CNTLMAT N
# run gridding matrix program
# run control matrix program
## Time-dependent programs
setenv RUN_TEMPORAL N
# run temporal allocation program
setenv RUN_SMKMERGE Y
# rn merge program
setenv RUN_SMK2EMIS N
# run conversion of 2-d to UAM binary
## Quality assurance
setenv RUN_SMKREPORT N
# run emissions reporting program
Aquí se declaran controles específicos para cada programa, solo se incluyen los de Smkmerge:
## For Smkmerge
setenv MRG_SPCMAT_YN
setenv MRG_TEMPORAL_YN
setenv MRG_GRDOUT_YN
Y # Y produces speciated output
Y # Y produces temporally allocated output
Y # Y produces a gridded output file
setenv MRG_REPCNY_YN
N # Y produces a report of emission totals by county
setenv MRG_REPSTA_YN
N # Y produces a report of emission totals by state
setenv MRG_GRDOUT_UNIT
moles/hr # units for the gridded output file
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
88
setenv MRG_TOTOUT_UNIT
moles/hr # units for the state and county reports
setenv SMK_REPORT_TIME
230000
#
SMK_AVEDAY_YN
# hour for reporting daily emissions
see "Multiple-program controls" below
El programa se ejecuta tecleando “./smk_ar_inem_d1.csh”. Cuando Spcmat termina con éxito manda a
pantalla la leyenda:
- - > Normal Completion of program SMKMERGE
El logfile de la corrida nos sirve también para revisar los WARNINGS que cada proceso arroja, así como
posibles mensajes de error. Para acceder directamente a los archivos logfiles se teclea “cd $LOGS”.
De la misma forma que el programa se corre para fuentes de área se hace para las fuentes móviles,
puntuales y biogénicas. Para facilitar esto, se generaron copias de este script para cada tipo de fuente.
Para las simulaciones de los dominios 2-5, solo es necesario correr los script identificados para tal motivo.
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
Recordemos
que
las
salidas
de
Smkmerge
se
almacenan
en
el
directorio
/home/david/d3/SMOKE/data/run_inem/output/camx.cb4p25. Las variables de ambiente para acceder
directamente a este directorio son $A_OUT, $M_OUT, $P_OUT.
Cabe destacar que el espacio en disco que ocupan las salidas por tipo de fuente para un solo mes, es de
25 Gb, aproximadamente.
4.5.11 Preparación de las entradas para CAMx
Una vez generadas las salidas del modelo por tipo de fuente, ubicadas en el directorio de salida
/home/david/d3/SMOKE/data/run_inem/output/camx.cb4p25, es posible generar los archivos de entrada
al modelo CAMx. Como se mencionó en la descripción de cada programa, se emplean diferentes script
para procesar los diferentes dominios, un Assigns file para los dos inventarios y diferentes Assigns file
para cada periodo de simulación. El programa que lleva a cabo esta tarea es nuevamente Smkmerge.
Como se menciono en la sección 3.10, la primera función del programa es juntar las salidas de cada
programa por tipo de fuente. En esta segunda aplicación de Smkmerge es donde se juntan las matrices
de las diferentes fuentes e inventarios, por dominio y periodo de simulación.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
89
Es recomendable, antes de hacer cualquier otra cosa, verificar que en el directorio de salida se
encuentren los archivos para cada dominio y para cada día durante el periodo de simulación.
Para ejecutar Smkmerge se hace uso del script de control smk_mrgall_inem_d1.csh, ubicado en el
directorio $SCRIPTS/run. En este script se habilitan/deshabilitan banderas para correr los diferentes
programas. El orden para ejecutar los programas es como sigue:
1) MRGGRID
2) MRGELEV
3) SMK2EMIS
Como se puede apreciar en el script, primeramente se carga el Assigns file, después se declara el tipo de
fuente, donde la “E” representa “Everything”. El orden de los programas tiene una razón específica.
Primero, MRGGRID combina las matrices de las diferentes fuentes, MRGELEV transforma los archivos
de fuentes elevadas a formato UAM binario, y finalmente SMK2EMIS realiza la conversión de los archivos
2-d a formato UAM binario.
## Set Assigns file name
setenv ASSIGNS_FILE $SMKROOT/assigns/ASSIGNS.inem.camx.cb4p25.mex24_d1
## Set
setenv
setenv
setenv
setenv
setenv
source category
SMK_SOURCE
E
MRG_SOURCE
ABMP
MRG_CTLMAT_MULT ' '
MRG_CTLMAT_ADD ' '
MRG_CTLMAT_REAC ' '
#
#
#
#
#
source category to process
source category to merge
[A|P|AP] for merging with multiplier controls
[A|P|AP] for merging with additive controls
[A|M|P|AMP] for merging with reactivity controls
## Set programs to run...
## For
setenv
#
## For
setenv
#
## For
setenv
## For
setenv
merging from matrices
RUN_SMKMERGE N
# run merge program
NOTE: in sample script, not used because nonroad is treated as a separate category
merging from previously generated gridded Smkmerge outputs
RUN_MRGGRID
Y
# run gridded file merge program
NOTE: in sample script, Mrggrid used to create merged model-ready CMAQ files
converting to UAM binary format from either
RUN_SMK2EMIS N
# run conversion of 2-d to UAM binary
converting elevated point files to UAM binary format
RUN_MRGELEV
N
# run conversion of elev to UAM binary
## Program-specific controls...
## For Smkmerge
setenv MRG_LAYERS_YN
Y
# Y produces layered output
setenv MRG_SPCMAT_YN
Y
# Y produces speciated output
setenv MRG_TEMPORAL_YN
Y
# Y produces temporally allocated output
setenv MRG_GRDOUT_YN
Y
# Y produces a gridded output file
setenv MRG_REPCNY_YN
N
# Y produces a report of emission totals by county
setenv MRG_REPSTA_YN
N
# Y produces a report of emission totals by state
setenv SMK_ASCIIELEV_YN
N
# Y outputs ASCII elevated file
setenv MRG_GRDOUT_UNIT
tons/day
# units for the gridded output file
setenv MRG_TOTOUT_UNIT
tons/day
# units for the state and county reports
setenv SMK_ASCIIELEV_YN
N
# Y creates an ASCII elevated point sources file
setenv SMK_REPORT_TIME
230000
# hour for reporting daily emissions
#
EXPLICIT_PLUMES_YN see "Multiple-program controls" below
#
SMK_AVEDAY_YN
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_EMLAYS
see "Multiple-program controls" below
#
SMK_PING_METHOD see "Multiple-program controls" below
# For Smk2emis
setenv SMK2EMIS_VMAP_YN
N
# Y uses name remapping file
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
90
## For
setenv
#
#
Mrggrid
MRG_DIFF_DAYS
MRGFILES
MRGGRID_MOLE
N
# Y allows data from different days to be merged
see "Script settings" below
see "Script settings" below
## Multiple-program controls
setenv AREA_SURROGATE_NUM
340
setenv EXPLICIT_PLUME_YN
N
setenv SMK_EMLAYS
12
setenv SMK_AVEDAY_YN
N
setenv SMK_MAXERROR
100
setenv SMK_MAXWARNING
100
setenv SMK_PING_METHOD
0
#
#
#
#
#
#
#
surrogate code number for land-area surrogate
Y processes only sources using explicit plume rise
number of emissions layers
Y uses average-day emissions instead of annual emissions
maximum number of error messages in log file
maximum number of warning messages in log file
1 processes and outputs PinG sources
## Script settings
setenv MRGFILES "B3GTS_L AGTS_L AUSGTS_L MGTS_L MUSGTS_L PGTS_L PUSGTS_L" # logical file names to
merge
setenv MRGGRID_MOLE
Y
# Y outputs mole-based file, musy be consistent with MRGFILES
setenv SRCABBR
abmp # abbreviation for naming log files
setenv PROMPTFLAG
N
# Y prompts for user input
setenv AUTO_DELETE
N
# Y automatically deletes I/O API NetCDF output files
setenv AUTO_DELETE_LOG
Y
# Y automatically deletes log files
setenv DEBUGMODE
N
# Y runs program in debugger
setenv DEBUG_EXE
pgdbg # debugger to use when DEBUGMODE = Y
En la sección “Script settings” es donde se definieron las variables de ambiente que identifican los
archivos de salida por tipo de fuente. Como se puede apreciar, las variables identificadas con las siglas
“US” corresponden a las salidas, por tipo de fuente, del NEI 1999.
Además de realizar estas modificaciones en el script, fue necesario actualizar las nuevas variables de
ambiente en el archivo setmerge_files.src del directorio $ASSIGNS. A continuación se presenta la sección
donde se realizaron dichos cambios:
# Files to merge together
setenv AGTS_L $A_OUT/argts_l.$ESDATE.$NDAYS.$GRID.$ASCEN.ncf
setenv AUSGTS_L $A_OUT/arusgts_l.$ESDATE.$NDAYS.$GRID.$ASCEN.ncf
setenv MGTS_L $M_OUT/mbgts_l.$ESDATE.$NDAYS.$GRID.$ASCEN.ncf
setenv MUSGTS_L $A_OUT/mbusgts_l.$ESDATE.$NDAYS.$GRID.$ASCEN.ncf
setenv PGTS_L $P_OUT/ptgts_l.$ESDATE.$NDAYS.$GRID.$ASCEN.ncf
setenv PUSGTS_L $A_OUT/ptusgts_l.$ESDATE.$NDAYS.$GRID.$ASCEN.ncf
setenv B3GTS_L $B_OUT/b3gts_l.$ESDATE.$NDAYS.$GRID.$MSB.ncf
endif
El programa se aplicó tecleando el nombre del script precedido de punto diagonal:
./smk_mrgall_inem_d1.csh.
El mensaje a pantalla cuando MRGGRID se ejecuta de manera exitosa es:
- - > Normal Completion of program MRGGRID
El mensaje a pantalla cuando MRGELEV se ejecuta de manera exitosa es:
- - > Normal Completion of program MRGELEV
El mensaje a pantalla cuando SMK2EMIS se ejecuta de manera exitosa es:
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
91
- - > Normal Completion of program SMK2EMIS
Los archivos de salida se generaron en el directorio $OUTPUT y fueron tres por día:
•
egts_l_YYYYMMDD.1.mex.24km_d1.inem.camx
•
elevts_l_YYYYMMDD.1.mex.24km_d1.inem.camx
•
egts_l_YYYYMMDD.1.mex.24km_d1.inem.camx.cb4p25.ncf
donde egts se refiere a “everything gridded, temporal, speciated”
_I_ , a las unidades de salida (moles/hora)
YYYYMMDD ,al año, mes y día del archivo
mex.24km_d1.inem.camx , al dominio de simulación e identificador de la corrida
Los dos primeros son los archivos de entrada a CAMx y el tercero (~.ncf) es un archivo para visualización
en formato NETCDF, que puede ser abierto con PAVE o IDV.
Los logfile de la corrida de cada programa nos sirven también para revisar los WARNINGS que cada
proceso arroja, así como posibles mensajes de error. Para acceder directamente a los archivos logfiles se
teclea “cd $LOGS/abmp”.
Para las simulaciones de los dominios 2-5, solo es necesario correr los script identificados para tal motivo.
Para simular un periodo distinto (otro mes), solo es necesario emplear el Assigns file correspondiente.
Estos archivos, ya editados para cada mes, se encuentran almacenados en subdirectorios nombrados
como: ASSIGNS_FEB, ASSIGNS_MAY, ASSIGNS_AGO y ASSIGNS_NOV, en la ruta $ASSIGNS.
Cabes destacar que el tamaño del directorio de salida $OUTPUT, con los archivos para CAMx de un solo
mes, ocupa 5Gb de espacio en disco, aproximadamente.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
92
5.0 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En esta sección se describen los principales logros obtenidos, así como una discusión sobre los mismos.
5.1 Procesamiento del Inventario de Emisiones de México y USA.
Se logró procesar el INEM 1999 y el NEI 1999 con éxito, integrando la información de cada uno para los
dominios 1 y 5. Para los dominios 2, 3 y 4, solamente se proceso el INEM 1999, debido a que la cobertura
geográfica de estos últimos no considera parte de los Estados Unidos. Así mismo, se procesaron cuatro
diferentes periodos: Febrero, Mayo, Agosto y Noviembre de 1999.
A continuación se presentan los resultados del procesamiento del INEM 1999 sin tomar en cuenta las
emisiones biogénicas, ya que como se menciono anteriormente, su estimación se realizo de manera
separada. Los resultados de fuentes biogénicas se presentan por separado mas adelante.
Los archivos del INEM 1999 en formato IDA no contienen emisiones de fuentes biogénicas. Es hasta el
paso final del procesamiento cuando estas emisiones, estimadas por separado, son sumadas a las
emisiones del resto de las fuentes y así preparar los archivos de entrada al modelo de calidad del aire.
Después de importar el INEM 1999, se observa en las Tablas 5 y 6 como para CO las FM son las que
aportan las mayor cantidad de emisiones (62.34%), para NOx las FA (37.91%), para VOC las FA
(68.42%), para NH3 las FA (99.42%), para SO2 las FP (92.21), para PM10 las FA (59.99%) para PM2.5
las FA (62.08%) y finalmente para PMC las FA (54.48%).
Tabla 5. Porcentajes de emisiones por tipo de fuente y contaminante después de importar el INEM 1999.
CO
Fuente
NOx
VOC
NH3
SO2
PM10
PM2.5
PMC
%
%
%
%
%
%
%
%
Fuentes puntuales
2.24
31.51
9.54
0.00
92.21
37.43
34.65
44.74
Fuentes de área mas fuentes móviles no carreteras
35.42
37.91
68.42
99.42
6.93
59.99
62.08
54.48
Fuentes móviles
62.34
30.58
22.04
0.58
0.85
2.58
3.27
0.78
Total
100
100
100
100
100
100
100
100
Tabla 6. Porcentajes de emisiones totales después de importar el INEM 1999, por tipo de fuente.
Fuente
Emisión (ton/año)
Porcentaje
Fuentes Puntuales
4511618.89
23.70
Fuentes de área mas fuentes móviles no carreteras
8180789.54
42.98
Fuentes móviles
6341995.27
33.32
Total
19034403.70
100
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
93
Cabe destacar que en el caso de las emisiones de NH3, las fuentes de área son la que aportan el
99.42%, debido a las actividades ganaderas, la aplicación de fertilizantes y la generación doméstica de
amoniaco. Sólo una muy pequeña proporción de las emisiones de este contaminante proviene de los
vehículos automotores.
Para las emisiones de NOx, las fuentes de emisión más representativas, después de los vehículos
automotores, son las fuentes móviles que no circulan por carreteras y las plantas de generación de
energía eléctrica.
Las emisiones de SOx están fuertemente determinadas por procesos de manufactura y otros procesos
industriales, las refinerías de petróleo y otros combustibles fósiles, así como por el consumo industrial de
combustibles (fuente de área).
En el caso de los COV, las fuentes que contribuyen de manera más significativa son el uso de solventes,
los vehículos automotores, la distribución de combustibles (gasolina y gas LP), así como otros usos de
combustibles (principalmente combustión doméstica de leña).
En cuanto al CO, más del 62% del total de emisiones proviene de los vehículos automotores debido a que
este contaminante es un producto de la combustión de todos los vehículos incluidos en el inventario,
mientras que alrededor del 27% corresponde a otros usos de combustibles (fundamentalmente gas LP en
el sector transporte).
Por tipo de fuente, tenemos entonces que las FA son las más importantes del INEM 1999, con un 42.98%
del total, seguidas de las FM con el 33.32% y finalmente las FP con 23.70%.
5.1.1 Fuentes de área
Las fuentes de área del INEM 1999 se trabajaron en conjunto con las fuentes móviles no carreteras,
debido a que el procesamiento para estos dos tipos de fuente en SMOKE es el mismo. También se puede
realizar el procesamiento por separado, generalmente cuando se van a realizar escenarios que lo
requieren. Las cantidades de contaminantes por estado se muestran en la Tabla 7. El contaminante más
importante en cuanto a volumen de emisión es el CO, con el 35.77% del total (2925900.70 ton/año),
seguido de VOC, con 23.96% del total (1960517.36 ton/año).
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
94
Tabla 7. Emisiones (ton/año) de FA del INEM 1999 ya importadas en SMOKE.
Estado
CO
NOx
VOC
NH3
SO2
PM10
PM2.5
PMC
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Aguascalientes (01)
9255.41
5734.95
22172.19
25181.32
5774.82
3156.72
1541.41
1615.31
Baja California (02)
42320.41
24558.29
57725.36
11153.56
18782.07
6006.85
4486.66
1520.19
Baja California Sur (03)
5195.94
7697.35
6853.36
6219.05
1742.41
1097.08
822.22
274.87
Campeche (04)
43597.90
19808.44
15281.50
16105.60
805.82
7658.77
5951.73
1707.03
Coahuila (05)
27291.81
19112.83
51769.98
29398.05
9952.65
4951.50
3391.51
1559.99
Colima (06)
11399.86
6526.15
9031.58
6758.67
596.49
2101.85
1555.45
546.40
Chiapas (07)
307151.09
10509.57
102636.48
103394.67
2903.72
50737.04
40311.59
10425.44
Chihuahua (08)
69406.37
35635.46
77696.96
45996.71
27881.03
17111.96
10676.18
6435.76
Distrito Federal (09)
34004.61
28362.79
123036.22
9712.42
447.53
3597.76
3120.54
477.22
Durango (10)
45163.73
11959.65
30854.70
50561.15
2403.03
11604.64
7036.93
4567.70
Guanajuato (11)
88824.35
20319.82
82149.88
57627.46
23872.28
19939.48
13323.81
6615.67
Guerrero (12)
177488.83
8365.45
68769.36
57451.30
3695.88
28541.42
23601.41
4940.04
Hidalgo (13)
98521.16
22109.21
48775.47
27517.34
1490.94
18233.22
14373.76
3859.45
Jalisco (14)
117632.84
40428.34
113181.00
151355.23
20903.91
28096.59
17269.29
10827.25
México (15)
201999.28
34415.11
237770.20
52733.84
34329.38
28971.81
21452.54
7519.25
Michoacán (16)
150837.39
25446.28
77699.48
83447.48
2892.78
26276.10
20117.05
6159.03
Morelos (17)
30390.68
6855.76
27103.94
13090.72
1316.72
4788.54
3823.85
964.68
Nayarit (18)
29462.41
7010.40
16223.96
26390.42
1534.03
5997.88
4237.91
1759.97
Nuevo León (19)
33291.15
21984.29
74343.22
24847.44
17547.75
7011.82
5185.59
1826.24
Oaxaca (20)
267288.66
19402.74
86874.38
67937.30
2197.67
42883.43
35392.19
7491.21
Puebla (21)
188398.42
16908.09
111828.91
67145.92
3473.38
31595.31
25330.61
6264.64
Querétaro (22)
29062.87
6828.98
29581.71
16879.34
5943.42
5676.15
4153.39
1522.77
Quintana Roo (23)
34432.15
7748.76
16211.33
5328.88
2102.16
5628.56
4505.87
1122.69
San Luis Potosí (24)
98866.57
14476.47
49368.25
37766.72
1752.49
17715.98
13554.94
4161.05
Sinaloa (25)
62337.07
21724.04
42342.04
68270.66
2373.80
16844.49
9968.33
6876.17
Sonora (26)
78762.73
22495.98
47410.34
54014.75
2254.07
11620.25
9092.63
2527.61
Tabasco (27)
73275.73
16206.96
33417.60
44875.30
3399.82
11858.85
9940.34
1918.51
Tamaulipas (28)
53066.19
32072.83
56556.55
41110.00
2938.80
14109.56
8144.46
5965.10
Tlaxcala (29)
29463.97
6603.48
21230.97
9117.69
2780.34
5397.24
3870.52
1526.72
Veracruz (30)
360168.78
47315.61
156834.66
136694.39
4929.16
55879.81
47157.47
8722.35
Yucatán (31)
92356.09
11941.82
39477.51
39979.62
1680.34
14300.38
12347.09
1953.29
Zacatecas (32)
35186.25
14646.23
26308.28
42523.63
3619.89
15736.14
7115.10
8621.04
Total
%
2925900.70 595212.13 1960517.36 1430586.63 218318.59 525127.17 392852.34 132274.63
35.77
7.28
23.96
17.49
2.67
6.42
4.80
1.62
Como se menciono anteriormente en este reporte, SMOKE emplea durante todo el procesamiento de las
emisiones códigos para identificar cada uno de los giros del inventario, conocidos como SCC’s. Cada
SCC tiene asignado perfiles para realizar la distribución espacial, temporal y la especiación química.
Después de importar el inventario, se identificaron 46 SCC’s para las fuentes de área y 2 para fuentes
móviles no carreteras del INEM 1999, los cuales se describen en la Tabla 8.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
95
Tabla 8. SCC’s para las fuentes de área mas fuentes móviles no carreteras del INEM 1999.
SCC
1
2
3
4
5
2102004000
2102005000
2102006000
2102007000
2102011000
6
2103004000
7
2103005000
8
2103006000
9
2103007000
10
11
12
13
2104006000
2104007000
2104008000
2104011000
Descripción (ingles)
Stationary Source Fuel Combustion;Industrial;Distillate Oil;Total:
Boilers and IC Engines
Stationary Source Fuel Combustion;Industrial;Residual Oil;Total:
All Boiler Types
Stationary Source Fuel Combustion;Industrial;Natural Gas;Total:
Boilers and IC Engines
Stationary Source Fuel Combustion;Industrial;Liquified Petroleum
Gas (LPG);Total: All Boiler Types
Stationary Source Fuel Combustion;Industrial;Kerosene;Total: All
Boiler Types
Stationary Source Fuel
Combustion;Commercial/Institutional;Distillate Oil;Total: Boilers
and IC Engines
Stationary Source Fuel
Combustion;Commercial/Institutional;Residual Oil;Total: All Boiler
Types
Stationary Source Fuel
Combustion;Commercial/Institutional;Natural Gas;Total: Boilers
and IC Engines
Stationary Source Fuel
Combustion;Commercial/Institutional;Liquified Petroleum Gas
(LPG);Total: All Combustor Types
Stationary Source Fuel Combustion;Residential;Natural
Gas;Total: All Combustor Types
Stationary Source Fuel Combustion;Residential;Liquified
Petroleum Gas (LPG);Total: All Combustor Types
Stationary Source Fuel Combustion;Residential;Wood;Total:
Woodstoves and Fireplaces
Stationary Source Fuel Combustion;Residential;Kerosene;Total:
All Heater Types
Mobile sources. Border Crossing, Mexico
14 2222222222
15
2267000000 Mobile Sources;LPG;LPG Equipment except Rail and Marine;All
16 2267005000 Mobile Sources;LPG;Agricultural Equipment;All
17
Mobile Sources;Off-highway Vehicle Diesel;Construction and
2270002000
Mining Equipment;Total
18
Mobile Sources;Off-highway Vehicle Diesel;Agricultural
2270005000
Equipment;Total
19 2275020000 Mobile Sources;Aircraft;Commercial Aircraft;Total: All Types
20
Mobile Sources;Marine Vessels, Commercial;All Fuels;Total, All
2280000000
Vessel Types
21
2285000000 Mobile Sources;Railroad Equipment;All Fuels;Total
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
2302002000
2302050000
2311000000
2401001000
2401005000
2401008000
2401990000
2415000000
Industrial Processes;Food and Kindred Products: SIC
20;Commercial Charbroiling;Total
Industrial Processes;Food and Kindred Products: SIC 20;Bakery
Products;Total
Industrial Processes;Construction: SIC 15 - 17;All
Processes;Total
Solvent Utilization;Surface Coating;Architectural Coatings;Total:
All Solvent Types
Solvent Utilization;Surface Coating;Auto Refinishing: SIC
7532;Total: All Solvent Types
Solvent Utilization;Surface Coating;Traffic Markings;Total: All
Solvent Types
Solvent Utilization;Surface Coating;All Surface Coating
Categories;Total: All Solvent Types
Solvent Utilization;Degreasing;All Processes/All Industries;Total:
All Solvent Types
2420000370 Solvent Utilization;Dry Cleaning;All Processes;Special Naphthas
Solvent Utilization;Graphic Arts;All Processes;Total: All Solvent
Types
32 2460000000 Solvent Utilization;Miscellaneous Non-industrial: Consumer and
2425000000
Descripción (español)
Fuentes estacionarias de combustión industria; aceite
residual; total: calderas y motores IC
Fuentes estacionarias de combustión industria; aceite
residual: todo tipo de calderas
Fuentes estacionarias de combustión industria; gas natural;
calderas y motores IC
Fuentes estacionarias de combustión industria; gas LP;
todas tipo de calderas
Fuentes estacionarias de combustión industria; keroseno;
total: todo tipo de calderas
Fuentes estacionarias de combustión;
comercial/institucional; aceite destilado; total: calderas y
motores IC
Fuentes estacionarias de combustión;
comercial/institucional; aceite residual; total; todas los tipos
de calderas
Fuentes estacionarias de combustión;
comercial/institucional; gas natural; total; calderas y
motores IC
Fuentes estacionarias de combustión;
comercial/institucional; gas LP; total; todos los combustores
Fuentes estacionarias de combustión; residencial/ gas
natural; total; todos los combustores
Fuentes estacionarias de combustión; residencial; gas LP;
total; todos los combustores
Fuentes estacionarias de combustión; madera
Fuentes estacionarias de combustión; keroseno; todo tipo
de calentadores
Fuentes móviles. Cruces fronterizos, México
Fuentes móviles. Todo equipo a gas LP excepto ferrocarril
y equipo marino
Fuentes móviles. Todo equipo agrícola a gas LP
Fuentes móviles. Equipo a diesel fuera de carreteras;
construcción y minería
Fuentes móviles. Todo el equipo agrícola a diesel fuera de
carreteras;
Fuentes móviles. Aviones comerciales, todos los tipos.
Fuentes móviles. Barcos ; comercial ; todos los
combustibles y tipos de barcos
Fuentes móviles. Equipo de ferrocarril, todos los
combustibles.
Procesos industriales; productos alimenticios y
relacionados; comercial
Procesos industriales; productos alimenticios y
relacionados; panaderías
Procesos industriales; construcción
Utilización de solventes; impermeabilizantes; todos los tipos
de solventes
Utilización de solventes; impermeabilizantes; auto
acabados; todos los tipos de solventes
Utilización de solventes; impermeabilizantes; marcas de
trafico; todos los tipos de solventes
Utilización de solventes; impermeabilizantes; marcas de
trafico; todos los tipos de solventes
Utilización de solventes; desengrasantes; todos los
procesos/industrias; Todo tipo de solventes
Utilización de solventes; tintorerías; todos los procesos;
Todo tipo de solventes
Utilización de solventes; artes gráficas; Todo tipo de
solventes
Utilización de solventes; Misceláneo no industrial; consumo
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
96
33
2461021000
34
2461800000
36
2501060000
36
37
2630010000
2801000003
38
2801500000
39
40
41
2801520004
2801700000
2805000000
42
2805001000
43
44
45
2810001000
2810005000
2810030000
Commercial;All Processes;Total: All Solvent Types
y comercial; todos los procesos; Todo tipo de solventes
Solvent Utilization;Miscellaneous Non-industrial:
Commercial;Cutback Asphalt;Total: All Solvent Types
Solvent Utilization;Miscellaneous Non-industrial:
Commercial;Pesticide Application: All Processes;Total: All
Solvent Types
Storage and Transport;Petroleum and Petroleum Product
Storage;Gasoline Service Stations;Total: All Gasoline/All
Processes
Waste Disposal, Treatment, and Recovery;Wastewater
Treatment;Industrial;Total Processed
Miscellaneous Area Sources;Agriculture Production Crops;Agriculture - Crops;Tilling
Miscellaneous Area Sources;Agriculture Production Crops;Agricultural Field Burning - whole field set on fire;Total, all
crop types
Miscellaneous Area Sources;Agriculture Production Crops;Orchard Heaters;Diesel
Miscellaneous Area Sources;Agriculture Production Crops;Fertilizer Application;Unspecified - BRAVO EI
Miscellaneous Area Sources;Agriculture Production Livestock;Agriculture - Livestock;Total
Miscellaneous Area Sources;Agriculture Production Livestock;Beef Cattle Feedlots;Dust Kicked-up by Hooves (use
2805020000 for Waste Emissions)
Miscellaneous Area Sources;Other Combustion;Forest
Wildfires;Total
Miscellaneous Area Sources;Other Combustion;Managed
Burning, Slash (Logging Debris);Total
Miscellaneous Area Sources;Other Combustion;Structure
Fires;Total
LPG Distribution; Mexico
Utilización de solventes; Misceláneo no industrial;
comercial; reducción de asfalto; Todo tipo de solventes
Utilización de solventes; Misceláneo no industrial;
comercial; aplicación de pesticidas; todos los procesos;
Todo tipo de solventes
Transporte y almacenamiento; petróleo y productos del
petróleo; gasolineras; total, todas las gasolineras/todos los
procesos
Disposición , tratamiento y recuperación de aguas tratadas;
industrial
Fuentes de área; Producción agrícola – cosechas; labranza
46 3333333333
47 4444444444 Brick Kilns; Mexico
48 5555555555 Domestic Amonia; Mexico
Fuentes de área; Producción agrícola – cosechas; Campo
agrícola que se quema - el campo entero fijó en el fuego;
Total, todos los tipos de la cosecha
Fuentes de área; Producción agrícola - cosechas;
Calentadores de huerta; Diesel
Fuentes de área; Producción agrícola - cosechas; Uso de
fertilizante
Fuentes de área; Producción agrícola - ganado; Agricultura
- ganado; Total
Fuentes de área; Producción agrícola - ganado; Forrajes de
los ganados vacunos
Fuentes de área; otra combustión; Bosque Wildfires; Total
Fuentes de área; otra combustión; Bosque Wildfires; Total
Fuentes de área; otra combustión; Fuegos de la estructura;
Total
Distribución de gas LP, México
Ladrilleras, México
Uso de amoniaco doméstico, México
Uno de los principales análisis que se llevaron acabo una vez terminado el procesamiento de las
emisiones fue el ponderar los SCC’s más importantes por contaminante, respecto a su emisión asociada.
Esto nos da una idea de cuales son los giros, por tipo de fuente, más importantes. Una vez identificados
los SCC’s donde se concentran la mayor parte de las emisiones (80%), es posible enfocar futuros
esfuerzos de optimización del modelo en ellos.
Tomando en cuenta el volumen total de emisión por contaminante, los resultados se muestran en la
Figura 20.
CO
8%
3%
6%
8%
11%
SCC
Porcentaje
2104008000
64
2267000000
11
2810001000
8
2801500000
6
2270005000
3
Otros SCC's
8
64%
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
97
NOx
21%
26%
8%
SCC
Porcentaje
2270002000
26
2270005000
23
2280000000
14
2267000000
8
2285000000
8
Otros SCC's
21
SCC
Porcentaje
2104008000
22
2460000000
19
3333333333
19
2415000000
9
2401990000
6
2501060000
5
Otros SCC's
19
8%
23%
14%
VOC
19%
22%
5%
6%
19%
9%
19%
NH3
8%
12%
SCC
Porcentaje
2805001000
80
2801700000
12
Otros SCC's
8
80%
SO2
5%
28%
SCC
Porcentaje
2102005000
67
2103005000
28
Otros SCC's
5
67%
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
98
PM10
15%
4%
5%
48%
5%
SCC
Porcentaje
2104008000
48
2801000003
23
2810001000
5
2270005000
5
2810005000
4
Otros SCC's
15
SCC
Porcentaje
2104008000
61
2801000003
7
2810001000
6
2270005000
6
23%
PM2.5
15%
5%
6%
6%
61%
2810005000
5
Otros SCC's
15
SCC
Porcentaje
2801000003
71
7%
PMC
22%
2104008000
7
Otros SCC's
22
7%
71%
Figura 20. SCC’s más importantes, respecto a las emisiones totales por contaminante de fuentes de área
mas fuentes móviles no carreteras del INEM 1999.
5.1.2 Fuentes móviles
Las cantidades de contaminantes para fuentes móviles por estado se muestran en la Tabla 9. El
contaminante más importante en cuanto a volumen de emisión fue CO, con el 81.20% del total
(5149744.46 ton/año), seguido de VOC, con 9.96% del total (631594.43 ton/año).
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
99
Tabla 9. Emisiones (ton/año) de fuentes móviles del INEM 1999 ya importadas en SMOKE.
CO
NOx
VOC
NH3
SO2
PM10
PM2.5
PMC
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Aguascalientes (01)
51155.90
4608.86
5914.76
79.81
268.54
225.67
206.73
18.94
Baja California (02)
135646.36
14593.02
17695.75
269.33
828.68
697.18
638.79
58.40
Baja California Sur (03)
13074.17
1407.72
1712.56
29.37
81.07
68.23
62.46
5.77
Campeche (04)
23168.54
2453.20
3116.29
42.25
144.19
121.26
111.10
10.16
Coahuila (05)
115758.75
11396.39
13901.26
186.81
650.31
546.75
500.96
45.80
Colima (06)
16569.36
1746.30
2256.85
34.81
100.69
84.74
77.60
7.15
Chiapas (07)
110136.38
11339.69
14223.53
192.04
660.92
556.17
509.34
46.83
Chihuahua (08)
161063.45
15784.11
19447.23
273.19
895.69
753.74
690.61
63.13
Distrito Federal (09)
813226.25
68637.52
97577.86
1070.15
3677.30
3092.19
2833.14
259.05
Durango (10)
66415.70
6132.78
7482.38
107.29
352.08
296.08
271.19
24.89
Guanajuato (11)
206136.47
18617.43
24259.50
378.25
1091.86
911.70
835.29
76.41
Guerrero (12)
97332.31
10155.60
12738.36
174.78
590.09
496.43
454.77
41.66
Hidalgo (13)
64276.46
5979.69
7612.13
101.47
349.55
294.27
269.45
24.82
Jalisco (14)
547239.25
47274.74
65657.01
784.94
2591.04
2179.62
1996.79
182.83
México (15)
894875.38
77043.32
106627.65
1390.24
4238.20
3564.30
3265.38
298.92
Michoacán (16)
128606.23
11922.14
15363.02
223.60
695.52
585.28
536.22
49.06
Morelos (17)
66134.48
6287.63
8025.51
106.70
366.96
308.45
282.70
25.76
Estado
Nayarit (18)
29791.98
3169.94
3924.03
50.31
183.49
154.33
141.34
13.00
Nuevo León (19)
391397.56
40350.20
52458.24
620.83
2144.69
1804.02
1652.92
151.10
Oaxaca (20)
96671.09
9351.65
11800.07
142.36
538.36
453.29
414.56
38.74
Puebla (21)
208012.95
19031.21
24698.73
335.74
1108.05
932.76
854.46
78.30
Querétaro (22)
57534.60
5249.56
6749.99
109.45
306.01
257.33
235.75
21.58
Quintana Roo (23)
37061.74
3921.11
4975.91
68.39
225.25
189.38
173.47
15.91
San Luis Potosí (24)
96894.68
8726.90
10865.24
139.80
503.11
423.15
387.55
35.60
Sinaloa (25)
91371.04
9878.95
11806.34
212.70
566.01
476.03
436.18
39.85
Sonora (26)
81055.95
8714.28
10537.44
169.45
498.47
419.39
384.26
35.13
Tabasco (27)
53000.42
5632.55
7029.67
143.51
326.21
274.57
251.51
23.06
Tamaulipas (28)
125259.66
13527.17
16219.59
242.05
770.01
647.41
593.18
54.23
Tlaxcala (29)
42848.26
3876.43
5000.85
74.90
224.60
188.72
172.92
15.80
Veracruz (30)
221679.20
22912.21
28822.74
417.07
1324.11
1114.00
1020.50
93.50
Yucatán (31)
64847.93
6873.17
8644.05
110.58
393.18
330.67
302.89
27.78
Zacatecas (32)
41501.96
3568.42
4449.89
63.86
207.91
175.05
160.26
14.79
5149744.46
480163.88
631594.43
8346.04
26902.14
22622.17
20724.25
1897.92
81.20
7.57
9.96
0.13
0.42
0.36
0.33
0.03
Total
%
Se identificaron 7 SCC’s para las fuentes móviles del INEM 1999, los cuales se describen en la Tabla 10.
Tabla 10. SCC’s para las fuentes móviles del INEM 1999.
SCC
Descripción
2201001001 Mobile Sources;Highway Vehicles - Gasoline;Light Duty Gasoline Vehicles (LDGV);Total: All Road Types
Mobile Sources;Highway Vehicles - Gasoline;NOT USED - Previously all LDGT (1&2) under M5;Total: All
2201060001
Road Types
Mobile Sources;Highway Vehicles - Gasoline;Heavy Duty Gasoline Vehicles 2B thru 8B & Buses
2201070001
(HDGV);Total: All Road Types
2201080001 Mobile Sources;Highway Vehicles - Gasoline;Motorcycles (MC);Total: All Road Types
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
100
2230001001 Mobile Sources;Highway Vehicles - Diesel;Light Duty Diesel Vehicles (LDDV);Total: All Road Types
Mobile Sources;Highway Vehicles - Diesel;Light Duty Diesel Trucks 1 thru 4 (M6) (LDDT);Total: All Road
2230060001
Types
Mobile Sources;Highway Vehicles - Diesel;All HDDV including Buses (use subdivisions -071 thru -075 if
2230070001
possible);Total: All Road Types
Se realizó un análisis para ponderar los SCC’s más importantes por contaminante, respecto a su emisión
asociada. Tomando en cuenta el volumen total de emisión por contaminante, los resultados se muestran
en la Figura 21.
CO
12 %
SCC
Porcentaje
2201001001
44
2201060001
44
Otros SCC's
12
SCC
Porcentaje
2230070001
63
44%
44%
NOx
17 %
2201001001
21
Otros SCC's
17
SCC
Porcentaje
2201001001
56
2 1%
62%
VOC
12 %
3 1%
2201060001
31
Otros SCC's
12
57%
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
101
NH3
18 %
SCC
Porcentaje
2201001001
48
2201060001
33
Otros SCC's
18
SCC
Porcentaje
2201001001
40
49%
33%
SO2
24%
2201060001
36
Otros SCC's
24
SCC
Porcentaje
2230070001
46
40%
36%
PM10
26%
2201001001
28
Otros SCC's
26
46%
28%
PM2.5
26%
SCC
Porcentaje
2230070001
47
2201001001
27
Otros SCC's
26
47%
27%
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
102
PMC
28%
SCC
Porcentaje
2230070001
43
2201001001
29
Otros SCC's
28
43%
29%
Figura 21. SCC’s más importantes, respecto a las emisiones totales por contaminante de fuentes móviles
del INEM 1999.
5.1.3 Fuentes puntuales
Las cantidades de contaminantes para fuentes puntuales por estado se muestran en la Tabla 11. El
contaminante más importante en cuanto a volumen de emisión fue CO, con el 64.35% del total
(2903265.31 ton/año), seguido de VOC, con 10.97% del total (494745.46 ton/año).
Tabla 11. Emisiones (ton/año) de fuentes puntuales del INEM 1999 ya importadas en SMOKE.
Estado
CO
NOx
VOC
NH3
SO2
PM10
PM2.5
PMC
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Anual
Aguascalientes (01)
47.62
314.36
2312.14
0.00
1699.51
524.72
331.85
192.87
Baja California (02)
873.48
6278.27
18353.30
0.00
29326.71
5177.99
4243.64
934.35
956.22
5270.26
815.04
0.00
20883.94
1221.72
932.02
289.70
Campeche (04)
15284.59
25396.25
3421.00
0.00
166331.77
4139.33
2804.07
1335.26
Coahuila (05)
19900.32
142733.23
6198.59
0.00
182347.09
29337.30
28315.65
1021.65
Colima (06)
2345.05
17034.00
3760.79
0.00
211109.95
11585.83
8035.96
3549.87
Chiapas (07)
2119.85
2842.67
2206.24
0.00
100185.16
4699.67
2384.89
2314.78
Chihuahua (08)
15235.75
19988.77
3188.80
0.00
71856.95
7982.31
6908.34
1107.30
Distrito Federal (09)
1360.20
1708.63
14267.97
0.00
2916.39
1150.04
881.49
268.55
Baja California Sur (03)
Durango (10)
754.98
4827.53
17512.33
0.00
27381.81
2056.02
1501.07
554.96
Guanajuato (11)
2418.80
16284.66
10630.62
0.00
122802.38
5745.38
4337.43
1407.94
Guerrero (12)
1745.66
16327.61
3377.54
0.00
206387.55
9602.71
6925.52
2677.20
Hidalgo (13)
7996.48
41704.65
3599.45
0.00
393487.78
20791.53
14354.24
6437.29
Jalisco (14)
4702.44
5138.81
11500.82
0.00
20105.45
6919.87
3677.26
3242.60
México (15)
5199.75
14138.50
16648.34
0.00
13578.13
3466.34
2725.75
740.59
Michoacán (16)
1599.85
14826.85
2887.42
0.00
30550.70
7006.45
4036.11
2970.34
Morelos (17)
1311.86
2957.75
4150.98
0.00
13596.29
4070.32
2011.02
2059.31
Nayarit (18)
1306.74
649.00
941.64
0.00
1429.73
2226.38
728.06
1498.32
Nuevo León (19)
24379.62
22646.63
24624.03
0.00
90400.72
11741.08
10386.21
1354.87
Oaxaca (20)
1973.50
6650.81
7041.96
0.00
65387.74
6890.57
3747.01
3322.00
Puebla (21)
1581.84
3843.17
6019.74
0.00
15397.36
9003.07
7157.54
1845.53
Querétaro (22)
720.63
2424.05
1523.05
0.00
3357.82
2359.49
1750.23
609.26
Quintana Roo (23)
792.46
1828.70
698.77
0.00
1128.80
1038.33
519.62
518.71
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
103
San Luis Potosí (24)
3536.23
10115.47
3157.42
0.00
91941.03
10151.93
6266.53
3885.40
Sinaloa (25)
2203.83
11325.77
1641.05
0.00
113386.87
8682.60
5086.80
3595.80
Sonora (26)
3468.78
14290.84
1782.71
0.00
173367.86
34040.22
16244.58
17797.15
Tabasco (27)
25331.33
9910.40
24118.78
0.00
160336.08
20072.32
11086.94
8985.38
Tamaulipas (28)
2234.66
12940.11
16786.61
29597.60
0.00
167403.67
6936.04
4701.38
Tlaxcala (29)
118.87
548.21
587.54
0.00
3198.90
291.84
168.90
122.94
Veracruz (30)
22157.81
51580.23
44748.36
0.00
371158.75
86148.57
55033.84
31114.74
Yucatán (31)
347.70
3665.17
1873.36
0.00
30800.99
2062.84
1673.15
389.70
Zacatecas (32)
87.82
707.61
51.54
0.00
21.43
555.09
311.96
243.13
184800.16
494745.46
273238.90
0.00
219269.04
108622.14
4.10
10.97
6.06
0.00
4.86
2.41
Total
%
2903265.31 327677.89
64.35
7.26
En el caso de las fuentes puntuales, la asignación de los SCC’s es diferente, pues no se basa en el
numero de giros reportados en el inventario, los cuales son 28. El archivo PSCC.pt.inem.txt reporta 207
diferentes SCC’s.
5.1.4 Fuentes biogénicas
La estimación de la contribución de fuentes biogénicas se realizo con el modelo BEIS3 de SMOKE e
incluye las emisiones de NOx y de COV. El modelo BEIS3 estima las emisiones biogénicas empleando
información meteorológica horaria del modelo MM5 como lo es temperatura, humedad, cobertura de
nubes, entre otras; además emplea bases de datos de uso de suelo con una resolución de 1 Km. y 130
categorías. La metodología detallada de la aplicación de BEIS3 esta descrita en la sección 4.5.9
“Procesamiento de fuentes biogénicas”.
Por otro lado, la estimación de las emisiones biogénicas en el INEM 1999 se realizo con el modelo
GloBEIS3 (Global Biosphere Emissions and Interactions System versión 3). La metodología del GloBEIS3
para la estima con de COV consiste en multiplicar un factor de emisión para un tipo específico de
vegetación por el área de la cobertura vegetal en el dominio del estudio. Otros factores que afectan las
tasas de emisión de COV incluyen el índice de área y la temperatura foliar, así como la radiación solar al
interior de la bóveda vegetal.
Para usar el GloBEIS es preciso integrar tres conjuntos de datos: definición de dominio, datos
meteorológicos y de uso del suelo. Los datos meteorológicos alimentados al GloBEIS3 fueron cobertura
de nubes y temperatura, obtenidos del Servicio Meteorológico Nacional (SMN). Adicionalmente el modelo
permite que el usuario velocidad del viento, humedad, datos históricos de temperatura e índice de sequía.
En la definición del dominio, este abarco todos los estados y municipios del país. Uno de los problemas
detectados al formular el conjunto de datos para la definición de dominio se debió a la incorporación de
varios municipios nuevos. Es decir, algunos de los datos proporcionados para el uso del suelo se
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
104
obtuvieron a partir de información que incluía menos municipios y no concordaba con un archivo de
municipios más reciente, basado en tecnología SIG.
Respecto a la información meteorológica, el modelo GloBEIS permite que el usuario capture datos
opcionales, por ejemplo, velocidad del viento, humedad, datos históricos de temperatura e índice de
sequía. Estos datos de entrada se utilizan fundamentalmente con fines de investigación, pero a menudo
el acceso a los mismos es difícil. Además, hoy por hoy no resulta clara la manera de interpretar las
estimaciones de emisiones obtenidas con estos datos opcionales, es por ello que se decidió no utilizarlos
en el INEM. Por lo tanto, la información meteorológica recopilada para el inventario abarca únicamente la
cobertura de nubes y la temperatura, ambas por hora.
Los datos relativos a la cobertura de nubes se expresan como la fracción de cielo despejado, o bien,
aquella fracción cubierta con nubes. Por ejemplo, a un día totalmente despejado correspondería una
fracción de cobertura de nubes de 0.00 (0 por ciento), en tanto que un periodo de nubosidad densa
tendría una fracción de 1.00 (100 por ciento). Esta información se obtuvo directamente del Servicio
Meteorológico Nacional. De las 147 estaciones meteorológicas incluidas en el conjunto de datos del SMN,
sólo 40 por ciento contaba con valores por hora para la cobertura de nubes durante todo el año, es decir,
60 por ciento de los sitios carecía de datos sobre la cobertura de nubes por hora. A cada municipio se le
asignaron los datos de la estación meteorológica más próxima, sin importar si se ubicaba dentro de sus
límites territoriales, para lo cual se sobrepuso la distribución de las estaciones meteorológicas mexicanas
en un mapa de municipios. Alrededor de 90 por ciento de los valores de temperatura por hora obtenidos
directamente del SMN estuvieron incompletos, no incluyeron los datos de temperatura para cada hora y,
en muchos casos, carecieron de los datos de varios días.
El Centro Nacional de Datos Climáticos de Estados Unidos (National Climatic Data Center, NCDC)
compila y publica datos de temperatura por hora para las estaciones climatológicas mexicanas (NCDC,
2003) a partir de la información que el SMN recaba y le proporciona. La base de datos del NCDC
contiene las temperaturas por hora correspondientes a un total de 116 estaciones en México. Para llenar
los vacíos en el conjunto original de datos obtenido directamente del SMN se utilizaron los valores de
temperatura por hora del NCDC; a su vez, las lagunas de información en los datos del NCDC se
subsanaron con nuevos datos de temperatura por hora integrados a partir de perfiles de cambio de
temperatura para las estaciones en lo individual.
Al igual que con la cobertura de nubes, a cada municipio se le asignaron los datos correspondientes de
temperatura con base en la proximidad de las estaciones meteorológicas, traslapando para ello las
estaciones meteorológicas del país sobre un mapa de municipios. A los municipios que no cuentan dentro
de su territorio con una estación, se les asignó la estación más cercana.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
105
Es importante señalar que las estaciones meteorológicas con datos sobre cobertura de nubes, no
necesariamente corresponden a aquellas que proporcionaron información sobre temperatura.
Finalmente, para los datos de uso de suelo, el modelo GloBEIS3 permite al usuario introducir una
variedad de datos opcionales sobre la vegetación (por ejemplo, número de capas de bóveda, índice de
área foliar, edad y temperatura foliar). Sin embargo, muchos de estos datos no están fácilmente
disponibles en el ámbito nacional y, más aún, existe poca claridad acerca de cómo interpretar las
estimaciones de emisiones derivadas de los mismos. Por ello, estos datos opcionales no se utilizaron
para el INEM. A partir de información del Inventario Nacional Forestal de México 2000-2001 (UNAM,
2002) se integró un conjunto de datos de uso de suelo, que fueron proporcionados en archivos de formato
SIG con la ubicación y cuantificación de distintas especies forestales. Este conjunto de datos de uso de
suelo contiene 16 categorías.
5.1.4.1 Comparación de emisiones biogénicas BEIS3 vs. GloBEIS3
La comparación entre las emisiones estimadas con los modelos BEIS3 y GloBEIS3 se llevo a cabo para
obtener las diferencias entre estas dos metodologías, empleadas por el modelo SMOKE y el INEM 1999,
respectivamente.
Como se menciono anteriormente, los meses simulados fueron Febrero, Mayo, Agosto y Noviembre de
1999. Cada mes se tomo como representativo de las 4 estaciones del año. Para realizar la estimación de
contaminantes por fuentes biogénicas se generaron reportes diarios en toneladas cortas por día con el
programa Smkmerge de SMOKE. En total se generaron 120 archivos. A partir de las emisiones diarias de
NOx y COV de cada día se saco un promedio para os 120 días, el cual se tomo como representativo de
todo el año. Este promedio se multiplico por 365 para obtener las emisiones anuales de cada
contaminante.
En la Tabla 12 se presentan las emisiones anuales de NOx y COV por estado, estimadas con SMOKE y
reportadas en el INEM 1999. Cabe destacar que se presentan solamente los estados de México ya que el
control de calidad que se aplico contempla una comparación entre las emisiones totales reportadas en el
INEM 1999 (estimadas con el modelo GloBEIS3) vs. las estimadas con el modelo BEIS3 de SMOKE. El
dominio 1 abarca el total de los estados del país y algunos estados de USA. Para mas detalles consultar
la sección 4.1 “Dominios de modelación”.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
106
Tabla 12. Emisiones de fuentes biogénicas por estado, estimadas con SMOKE y reportadas en el INEM
1999 expresadas en (ton métricas/año).
Estado
Aguascalientes
Baja California Norte
Baja California Sur
Campeche
Coahuila
Colima
Chiapas
Chihuahua
Distrito Federal
Durango
Guanajuato
Guerrero
Hidalgo
Jalisco
México
Michoacán
Morelos
Nayarit
Nuevo León
Oaxaca
Puebla
Querétaro
Quintana Roo
San Luís Potosí
Sinaloa
Sonora
Tabasco
Tamaulipas
Tlaxcala
Veracruz
Yucatán
Zacatecas
Total
SMOKE (BEIS3)
NOx
547.629
4287.947
1830.829
5962.756
23171.416
299.050
12968.636
16719.519
114.554
9143.781
2928.409
8670.865
3040.012
4807.513
1721.091
4114.729
907.792
3180.394
12849.633
13327.833
4720.439
1223.579
3977.424
10960.765
4303.412
10552.964
6963.317
22189.904
487.895
19959.748
4729.648
7932.616
228596.099
INEM 1999 (GloBEIS3)
NOx
6710.900
4452.800
31046.500
21058.100
62081.100
2348.400
42470.200
51705.500
988.800
27593.700
25001.500
43739.900
40706.400
25137.800
68952.500
51888.100
6196.700
11796.300
39016.400
43951.400
42981.400
14778.400
11666.400
35717.600
60311.400
56601.900
8424.700
79399.900
7410.400
51233.900
17553.100
25691.100
1018613.200
SMOKE (BEIS3)
COV
15375.631
293251.290
293149.054
726660.463
400778.694
35793.947
585083.706
957058.093
1671.738
562635.713
100023.896
270541.806
44838.438
426749.110
50114.680
268445.760
16175.417
205569.816
190836.053
427993.671
105164.781
36888.782
528296.312
169705.453
413720.741
913532.301
157584.925
376446.342
6234.636
295939.485
512119.978
180268.091
9568648.803
INEM 1999 (GloBEIS3)
COV
23703.000
18644.600
268954.200
985542.300
376073.700
82740.800
1196504.600
1926593.900
13865.700
1379099.100
92280.600
96632.400
1297720.700
161446.800
993571.700
670208.300
43251.400
464105.100
265494.100
2053153.100
210429.500
84248.000
900259.100
259688.800
766573.800
788088.400
164650.900
466344.300
8832.900
441634.000
608910.700
334655.900
17443902.400
De acuerdo a los resultados presentados en la Tabla 12 y comparándolos con los totales de NOx y COV
(en toneladas métricas/año) reportados en el INEM 1999, podemos observar una importante
subestimación en las concentraciones estimadas de NOx, del orden del 77%. Mientras el NOx reportado
es de 1018613.200 ton/año, el estimado es de solamente 228596.099 ton/año.
Además de comparar los totales, por estado también podemos ver diferencias significativas por estado.
Según lo reportado en el documento, las emisiones de NOx de fuentes biogenicas representan el 42% del
total de este contaminante en el INEM 1999, lo cual resulta difícil de creer en comparación del 1% que
estas fuentes aportan en el Inventario de la ZMVM 2000 y 5% en el Inventario de contaminantes criterio
de Estados Unidos 1998. Siguiendo la tendencia de estos dos inventarios, podemos suponer que las
emisiones antropogénicas de NOx están claramente subestimadas en el INEM 1999.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
107
En el caso de los COV la situación mejora ligeramente, las emisiones calculadas con SMOKE (en
toneladas métricas/año) fueron de 9’568,648.803 ton/aniño, mientras que el inventario reporta
17’443,902.400 ton/año. Esto nos dice que las emisiones que estima SMOKE representan el 55% de las
emisiones que reporta el INEM 1999.
Como se menciono al inicio de la sección, solo se están comparando las estimaciones para los estados
del país y en unidades de toneladas métricas/aniño. Una discusión sobre los resultados en la estimación
de las emisiones biogénicas se presenta en la sección 5.2 “Análisis de emisiones”.
En la Figura 22 se presentan algunas graficas de las principales especies químicas para fuentes
biogenicas: Terpenos (TERP), Olefinas (OLE2), Isopreno (ISOP) y monóxido de carbono (NO). Todas las
imágenes corresponden al primero de mayo de 1999 a las 18 Z, es decir las 14 LST.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
108
Figura 22. Emisiones de ISOP, NO, OLE2 y TERP de fuentes biogénicas para el 01/05/1999.
5.2 Análisis de Emisiones
CAMx requiere de dos archivos emisiones de entrada por día. Tomando en cuanta que el número total de
dias por los cuatro meses que se simularon (Febrero, Mayo, Agosto y Noviembre), y que se emplearon 5
dominios de simulación, el total de archivos generados con SMOKE fue de 1200. Se realizó un breve
análisis de algunas de las imágenes generadas con el programa de visualización PAVE para las salidas
cada mes. A continuación se presentan algunas de las imágenes generadas para el mes Mayo de 1999.
De manera general, con PAVE se visualizaron los archivos, se comprobó que se estuvieran reportando
emisiones, se ubicaron los máximos por contaminante, se realizaron cambios en la escala de las
imágenes, se produjeron gráficas con la distribución temporal, etc.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
109
En la Figura 23 se muestran los máximos para CO, NOx, NH3 y SO2, con sus perfiles temporales en
cada caso. Las figuras corresponden al primero de Mayo de 1999. En las graficas de perfiles temporales
se pude apreciar la leyenda “Timestep”, la cual se refiere al paso de tiempo que abarca la grafica, en este
caso un día completo.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
110
Figura 23. Máximos para CO, NOx, NH3 y SO2, con sus perfiles temporales para el 01/05/1999.
Como se puede apreciar, en general los máximos caen en la zona del valle de México (CO y NOx), Los
Ángeles CA (CO y NOx), Louisiana (NH3) y Arkansas (SO2). La distribución espacial de las emisiones de
estos contaminantes son congruentes con el INEM 1999 y el NEI 1999, siendo las zonas urbanas las
principales generadoras de CO, NOx, NH3 y SO2.
A continuación se presentan figuras por fuente de emisión, para las cuales la escala fue ajustada para
una mejor visualización. Cada figura esta dividida en 4 graficas, donde se incluyen las fuentes móviles,
puntuales, de área y finalmente una grafica con la suma de las tres anteriores.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
111
Figura 24. Emisiones de NOx por tipo de fuente del dominio de simulación 1 para el 01/05/1999.
En la figura 24 se puede observar que a esta hora las fuentes de área se encuentran con niveles de
emisión más importantes y más distribuidos en el territorio, siendo la zona del valle de México y las
ciudades fronterizas donde se ubican las mayores concentraciones. Por medio del programa de
visualización PAVE es posible graficar el máximo de cada hora durante el periodo de simulación, en este
caso solo se presenta el máximo de la fecha incluida en las anteriores graficas.
Del total de las emisiones anuales de NOx, las fuentes de área son las que más contribuyen, aunque las
fuentes puntuales y móviles las siguen muy de cerca. Cabe destacar que la distribución del total de las
emisiones de este contaminante es la más equitativa, pues las tres fuentes de emisión: área, móvil y
puntuales, tienen el 37.91%, 30.58% y 31.51%, respectivamente. La escala para todas las imágenes es la
misma y va de 0 a 1000 moles/hora.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
112
Figura 25. Emisiones de CO por tipo de fuente del dominio de simulación 1 para el 01/05/1999.
En la figura 25 se muestra como las emisiones de fuentes móviles son las más importantes, se
encuentran distribuidas a lo largo del país y con concentraciones más altas en los centros de población,
principalmente la zona centro de la República Mexicana.
Del total de las emisiones anuales de NOx, las fuentes de móviles son las que más contribuyen con un
62.34%, seguidas por las fuentes de área con un 35.42%. Las fuentes puntuales solo aportan el 2.24%
del total de las emisiones de CO.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
113
Figura 26. Emisiones de SOx por tipo de fuente del dominio de simulación 1 para el 01/05/1999.
Para el SO2 (Figura 26), se puede apreciar como las fuentes puntuales se destacan de manera
importante, se pueden visualizar puntos rojos en la parte Centro y Noreste del país.
Del total de las emisiones anuales de SO2, las fuentes de puntuales son las que más contribuyen con un
92.21%, seguidas por las fuentes de área con un 6.93%. Las fuentes móviles solo aportan el 0.85% del
total de las emisiones de SO2.
Respecto a las emisiones biogénicas, tanto para NOx como para COV existe una importante
subestimación en el cálculo de las emisiones, principalmente en el caso de los NOx. En ambos casos la
razón de esta subestimación es la metodología empleada para su cálculo. A pesar de que los
fundamentos para la estimación en los que se basan los modelos BEIS3 y GloBEIS3 son iguales, los
datos de entrada son completamente diferentes. A continuación se presentan los puntos a favor en la
metodología empleada con BEIS3, con el fin de apoyar la hipótesis de que los valores calculados con
este modelo son los más acertados:
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
114
El modelo BEIS3 de SMOKE emplea la información meteorológica generada por el modelo tridimensional
de cuarta generación MM5, el cual se ha aplicado desde hace mas de diez anos en México con buenos
resultados. La información es calculada para todo el dominio de simulación y durante todo el periodo de
estudio. Las variables involucradas fueron temperatura, humedad, radiación y cobertura de nubes. No
existen por tanto valores perdidos o faltantes en el procesamiento. Por otro lado, según lo reportado en la
metodología del INEM 1999, se tuvieron muchos problemas para conjuntar la información meteorológica.
De las 147 estaciones meteorológicas incluidas en el conjunto de datos del SMN, sólo 40% contaba con
valores por hora para la cobertura de nubes durante todo el año, es decir, 60% de los sitios carecía de
datos sobre la cobertura de nubes por hora. Alrededor de 90% de los valores de temperatura por hora
obtenidos directamente del SMN estuvieron incompletos, no incluyeron los datos de temperatura para
cada hora y, en muchos casos, carecieron de información durante varios días. Además, los datos de cada
municipio se tomaron de la estación más cercana, aún cuando la estación no estuviera dentro de sus
límites.
La base de datos de uso de suelo empleada con BEIS3 tiene una resolución espacial de 1 a.m., además
esta emplea 230 categorías de uso de suelo, en comparación de solo 15 categorías incluidas en el
Inventario Nacional Forestal de México 2000-2001.
Toda la información que el modelo BEIS3 necesita, tanto la obligatoria como la opcional fue tomada en
cuenta, sin embargo con GloBEIS parte de esta información no pudo ser empleada debido a que dichos
datos no se monitorean en México, como es el caso del número de capas de bóveda, el índice de área
foliar, edad y temperatura foliar.
Estos contrastes en la metodología de cálculo y los vacios de información entre los modelos GloBEIS3 y
BEIS3 nos hacen suponer que los valores reportados en el INEM 1999 no son una referencia confiable
para poder asumir que las emisiones de NOx y COV fueron subestimadas con SMOKE.
Además, consideramos importante revisar el porque las emisiones de fuentes biogénicas representan el
42% de las emisiones totales de NOx en el INEM 1999, debido a que a comparación de otros inventarios
de emisiones como el dela ZMVM 2000 y el NEI 1999, esta relación es sumamente menor.
Una subestimación de las emisiones antropogénicas de NOx puede tener una influencia importante en la
estimación de concentraciones de ozono a nivel nacional.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
115
6.0 CONTROL DE CALIDAD
En esta sección se describe el aseguramiento de calidad de los resultados obtenidos con el modelo.
Debido a su magnitud, las hojas de cálculo donde se realizo el aseguramiento de calidad no se incluyeron
como apéndice en este reporte, pero pueden ser consultadas en el archivo electrónico adjunto
QA_SMOKE_INEM_1999.xls. El control de calidad se realiza aplicando el programa Smkreport de
SMOKE. Este programa genera reportes específicos sobre las emisiones una vez aplicado alguna de las
etapas del procesamiento de las emisiones, como lo son la distribución espacial, temporal y la
especiacion. El programa también se emplea para generar reportes sobre las emisiones de fuentes
biogénicas estimadas con el modelo BEIS3.
Programa Smkinven
Primeramente se aplicó Smkreport para obtener las emisiones totales por estado y tipo de fuente después
de aplicar el programa Smkinven. Smkinven tiene el propósito de leer los datos de emisiones en formato
ASCII, generar salidas e inventarios intermedios de SMOKE en formato I/O API. Las emisiones antes y
después de aplicar Smkinven deben ser iguales, puesto que no se realiza alguna operación que afecte
las cantidades de los contaminantes.
Los reportes generados después de importar el inventario contemplan el año completo, es hasta el
proceso de la distribución temporal donde las emisiones se procesan solamente para un periodo de
tiempo específico.
Según lo que reporta la literatura, diferencias del orden del 5% entre las emisiones de estrada y salida de
Smkinven son aceptables. Para el caso del INEM 1999, no existieron diferencias que llegaran al 1%, por
lo cual se considero que este primer proceso se completo exitosamente.
Programa Grdmat
Grdmat produce una matriz que contiene los factores para la distribución espacial de emisiones dentro del
dominio de simulación. En el caso de las fuentes puntuales, éstas son asignadas a sus celdas
correspondientes usando las coordenadas geográficas de su ubicación dentro del inventario.
Al igual que con el programa Smkinven, las emisiones después de la distribución espacial no se ven
afectadas en sus totales, puesto que solamente se distribuyen por celda en el dominio de simulación,
dependiendo de su ubicación geográfica descrita en los archivos IDA.
Al comparar los totales antes y después de la distribución espacial de emisiones, los totales coincidieron
correctamente, y las diferencias en los totales no llegaron al 1%.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
116
Programa Spcmat
El programa Spcmat emplea factores para convertir las emisiones de las especies químicas en el
inventario a las especies que involucra el mecanismo químico, que en este caso es el de cadena de
carbones, conocido como CB4. Spcmat produce una matriz que contiene los factores que permiten esta
conversión. El mecanismo CB4 es el que utiliza el modelo de calidad del aire CAMx, para el cual se van a
procesar la emisiones del INEM1999. Los factores de especiación son proporcionados al programa por
medio de perfiles de especiación, los cuales son aplicados a las fuentes del inventario por medio de un
archivo referencias cruzadas. Para aquellos inventarios que contienen VOC en masa, un factor adicional
es necesario para convertir la masa de VOC a gases orgánicos totales (TOG), debido a que los perfiles
para procesar los VOC están basados en TOG.
Spcmat genera factores de especiación para todas las fuentes en moles y en masa. El archivo speciation
cross-reference proporciona la información de perfiles de especiación usados para transformar los
contaminantes contenidos en el inventario a las especies químicas para cada fuente y tipo de fuente.
Spcmat permite a los perfiles ser asignados basados en el código SCC.
Al aplicar Spcmat en la especiacion de VOC, se define que fracción de la emisión asignada a un cierto
SCC, pertenece a cada especie química del mecanismo CB4. Debido a que la suma de las fracciones al
realizar este proceso no da exactamente uno, las emisiones totales se ven modificadas ligeramente.
Además, la transformación de VOC a gases orgánicos totales (TOG) también modifica el total de las
emisiones.
Debido a las razones descritas en el párrafo anterior, los totales antes y después de aplicar Spcmat no
son iguales.
Programa Temporal
El programa Temporal produce un inventario con emisiones horarias de contaminantes. Temporal utiliza
perfiles temporales de emisión, un archivo de referencia temporal (temporal cross-reference) y las zonas
horarias para cada fuente, para crear las emisiones horarias.
Temporal trata los perfiles temporales como perfiles locales, es decir que el perfil aplicado a una fuente es
ajustado basándose en la diferencia entre la zona horaria de la fuente (determinada por el archivo
COSTCY) y la zona horaria de salida (determinada por la variable de ambiente OUTZONE).
Las emisiones que entran a Temporal se multiplican por un perfil mensual, un perfil semanal y un perfil
horario, asignado a cada SCC. Debido a que SMOKE contempla que las emisiones no se comportan de
la misma forma durante todo el año, cada mes tiene asignada una fracción del total diferente. Lo mismo
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
117
sucede con las emisiones de la semana y del día, el perfil temporal no es el mismo de lunes a viernes que
en fin de semana o a lo largo del día.
Cuando las emisiones de alguno de los meses procesados del INEM 1999 es distribuido temporalmente,
cada SCC es multiplicado por un perfil mensual, semanal y horario; en consecuencia el total de la emisión
asignado a ese mes originalmente en el archivo IDA no es el mismo.
Cuando se realiza el control de calidad a este programa, los totales por contaminante no corresponden lo
cual es normal. Debido a que solamente se están procesando cuatro de los 12 meses del año no es
posible hacer un balance total.
Para explicar mejor la variación de las emisiones debido a la aplicación de los perfiles temporales, en la
Figura 27 se presentan los perfiles de emisión (A) Mensual, (B) Semanal y (C) Diario, para el SCC
2102004000. Como se puede apreciar, al graficar el perfil anual se nota una diferencia entre la
distribución de emisiones de cada mes, lo cual tiene consecuencias directas en los totales obtenidos al
final de la aplicación del programa Temporal. Estas diferencias se van arrastrando a medida que se
aplican los perfiles semanales y diarios.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
118
A
ene
feb
mar
apr
may
jun
jul
aug
sep
oct
nov
dec
B
lun
mar
mier
jue
vie
sab
dom
h2
3
h2
1
h1
9
h1
7
h1
5
h1
3
h1
1
h9
h7
h5
h3
h1
C
Figura 27. Perfiles de emisión (A) Mensual, (B) Semanal y (C) Diario, para el SCC 2102004000.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
119
7.0 CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
En esta sección se describen los principales logros obtenidos en este proyecto, así como una discusión
sobre los mismos. En esta sección se sintetizan los alcances y resultados finales, y se señalan las
principales áreas de oportunidad a futuro.
7.1 Conclusiones
Se cumplió con todos los objetivos planteados para el proyecto, en tiempo y forma: Se generó el
primer inventario nacional de emisiones de México para modelación.
Se logró incluir el inventario nacional de emisiones de los Estados Unidos en las simulaciones de
SMOKE, lo cual aumenta la confianza en los resultados que se obtendrán aplicando un AQM
para los dominios 1 y 5.
Se completó satisfactoriamente con la especialización en la aplicación del modelo por parte de
los expertos de la UNC, dejando la puerta abierta para futuras colaboraciones.
Se llevó a cabo la capacitación interna a personal del INE en la aplicación del modelo.
Se comenzó a realizar la divulgación y alcances de este proyecto a nivel internacional.
Se detectaron áreas de oportunidad importantes para la siguiente etapa de optimización del
modelo.
7.2 Sugerencias
Sustituir los perfiles de especiación y temporales utilizados por default, por otros más adecuados
a las condiciones de México.
Seguir generando más archivos surrogates que mejoren el proceso de la distribución espacial de
las emisiones del INEM 1999.
Mejorar el shapefile carreteras de México, revisando a fondo la información contenida en él, pues
fue la razón por la cual se generaron diferencias entre las emisiones antes y después de la
distribución espacial, al hacer el análisis de calidad.
Generar un sistema automatizado para el post-procesamiento de imágenes con el programa de
visualización PAVE; esto ayudará mucho al análisis de los resultados obtenidos.
Hacer un análisis de los datos de radiación en las salidas de MM5 y del método de estimación de
PAR (Photosyntetically Active Radiation), para descifrar porque el modelo esta estimando valores
de PAR superiores a los límites establecidos.
Hacer un análisis sobre las emisiones de NOx del INEM 1999, haciendo especial énfasis en la
contribución de las emisiones biogénicas, debido a que representan el 42%, cifra que contrapone
las tendencias de otros inventarios como el de la ZMVM 2000 y el NEI 1999.
Buscar vías alternas para la estimación de usos de suelo para el dominio 1, a manera de
compensar la porción del dominio que no es abarcada por los datos empleados actualmente.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
120
Complementar y actualizar el archivo Holydays para México, a fin de utilizarlo en las simulaciones
de otros años.
Hacer lo posible para obtener una capacitación más a fondo en el análisis de calidad de las
simulaciones, explorando los alcances del programa Smkreport.
Explorar más a fondo los programas de visualización IDV y PAVE, a fin de generar imágenes y
animaciones que ilustren de mejor manera los resultados obtenidos con SMOKE.
Otorgar las facilidades de tiempo e infraestructura al personal del INE para que se especialice en
la aplicación de estos sistemas.
En la medida de lo posible, mejorar el equipo de cómputo para correr SMOKE, lo cual permitirá
un procesamiento más eficaz y una mejor administración de los procesos.
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
121
8.0 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Estes, 2002. Comunicación personal con Mark Estes (Texas Commission on Environmental
Quality [Comisión sobre Calidad del Medio Ambiente de Texas]) en torno al modelo GloBEIS de la TCEQ.
7 de junio.
EPA,
2002.
National
Emissions
Inventory
1999
(NEI
1999).
http://www.epa.gov/ttn/chief/net/index.html
GDF, 2004. Inventario de emisiones a la atmósfera, Zona Metropolitana del Valle de México 2000.
Documento preparado por la Secretaría de Medio Ambiente del Gobierno del Distrito Federal, Ciudad de
México, México.
INE, 2000. Estado actual de las ladrilleras en México. Preparado por el Instituto Nacional de
Ecología.
INE, 2005. Inventario nacional de emisiones de los Estados de la frontera norte de México, 1999.
Instituto Nacional de Ecología, Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Distrito Federal,
México. Mayo.
INEGI, 2000a. XII Censo General de Población y Vivienda, 2000. Preparado por el Instituto
Nacional de Estadística, Geografía e Informática.
SMA, 2006. Inventario Nacional de Emisiones de México, 1999. Documento se elaborado con el
fondo de apoyo de la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA), la Asociación de Gobernadores
del Oeste de EE.UU. (WGA), y la Comisión para la Cooperación Ambiental de América del Norte (CCA).
México, Septiembre 2006.
SMN, 2003. Datos sobre temperatura y cobertura de nubes por hora. Proporcionados por Norma
Tepoz Ortega, Servicio Nacional Meteorológico de México. 12 de febrero.
UNAM, 2002. Inventario Nacional Forestal, 2000. Archivos de datos en CD-ROM. Universidad
Nacional Autónoma de México.
UNC, 2006. SMOKE v2.3.2 User’s Manual. The institute for the Environment – The University of
North Carolina at Chapel Hill. http://www.smoke-model.org/version2.3.2/SMOKEv232_manual.pdf
REFERENCIAS ELECTRONICAS
•
Inventario nacional de emisiones de México 1999
http://www.ine.gob.mx/dgicurg/calaire/inem.html
•
Compiladores Intel Fortran y C
http://www.intel.com/cd/software/products/asmo-na/eng/compilers/flin/282048.html
•
Librerías Pararell Virtual Machine (PVM) versión 3
http://www.csm.ornl.gov/pvm/pvm_home.html
•
Librerías I/O API versión 3.0
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
122
http://www.baronams.com/
•
Librería NETCDF versión 3.6.2
http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/
•
Programa MCIP versión 3.2
http://www.cmascenter.org/
•
Programa Spatial Allocator versión 3.2
http://www.cmascenter.org/
http://www.ie.unc.edu/cempd/projects/mims/spatial/installing.html
•
UNC Spatial Surrogate Tools Versión 1.1
http://www.ie.unc.edu/cempd/projects/mims/spatial/srgtool/
•
Software de visualización PAVE versión 2.3
http://www.cmascenter.org/
•
Software de visualización IDV versión 2.1
http://www.unidata.ucar.edu/software/idv/
•
National Emissions Inventory 1999 (NEI 1999)
http://www.epa.gov/ttn/chief/net/index.html
•
Shapefiles para generar los surrogates de Estados Unidos
http://www.epa.gov/ttn/chief/emch/spatial/newsurrogate.html
•
Programa MCIP 3.2
http://www.cmascenter.org/
•
Aplicación de MIMS para generar los uso de suelo para BEIS3
www.epa.gov/ttn/chief/emch/biogenic/index.html
Inventario Nacional de Emisiones de México 1999 para modelación
123
Desarrollo de Metodologías para la Aplicación de
Modelos de la Calidad del Aire a Nivel Nacional en
México
Reporte Final
Contrato INE/I3P-006/2006
“Simulación Anual de Campos Meteorológicos
para el Año 1999 en México”
Preparado por
M en C. Alejandro Zitácuaro Contreras
Consultor de LT Consulting
Para el
Instituto Nacional de Ecología (INE)
México, D.F.
Diciembre del 2006.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
1
CONTENIDO
1. Introducción
2. Antecedentes
3. Objetivos
4. Metodología de modelación
4.1. Descripción del modelo
4.2. Procedimiento para la obtención de las simulaciones mensuales
4.3. Equipo de cómputo
4.4. Dominios
4.5. Uso de suelo
4.6. Condiciones iníciales y de frontera
4.6.1. Reanálisis Regionales
4.7. Asimilación de datos
4.8. Estructura vertical de la malla
4.9. Física del modelo
5. Metodología de evaluación de desempeño
5.1. Evaluación grafica
5.2. Evaluación estadística
6. Resultados
6.1. Sumario de archivos resultantes
6.2. Evaluación del desempeño
6.3. Análisis de resultados
7. Conclusiones y sugerencias
8. Referencias
9. Anexo (en Disco compacto - CD)
3
3
5
5
5
8
10
11
14
16
17
18
21
23
25
26
27
30
30
33
40
41
43
CD
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
2
1. INTRODUCCIÓN
El Instituto Nacional de Ecología a través su departamento especializado en
calidad del aire, ha comenzado un esfuerzo importante por mejorar las técnicas de
estudio y evaluación de los inventarios de emisiones. Para esto ha invertido en
capacitación para el uso de modelos numéricos de calidad del aire y
meteorológicos con el fin de usarlos como herramienta de diagnostico objetivo que
permita obtener estudios más robustos y con esto una mejor toma de decisiones.
En el inicio de este gran esfuerzo se ha optado por realizar el primer estudio con el
inventario de emisiones de 1999, aunque la meta de abarcar todo el territorio
nacional y cuatro subregiones con mayor detalle alrededor de las principales
ciudades de la república, ha tenido como consecuencia mayores requerimientos
en equipo de computo por lo que solo se eligieron cuatro meses, cada uno
representativo de cada una de las estaciones del año.
En este documento se presenta lo referente al uso del modelo meteorológico, se
hace una descripción de modelo usado (MM5), de los datos que lo alimentan, así
como de las opciones físicas usadas dentro del mismo. Además se muestran
algunas evaluaciones preliminares de los escenarios meteorológicos obtenidos.
2. ANTECEDENTES
En la actualidad los modelos atmosféricos han revolucionado tanto a las
herramientas como a los métodos para realizar estudios en la atmósfera a
cualquiera escala. Estos pueden modificarse para tratar estudios más específicos
con tan solo omitir o aumentar información detallada de los factores generales del
sistema en estudio, ello hace que los modelos sean una herramienta flexible,
amoldable y sumamente eficiente, además de potente; aunque se debe tomar en
cuenta que los modelos no arrojan una verdad absoluta del estado de la
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
3
atmósfera, si no que tratan de aproximarse a la realidad, y como ya se dijo, no son
más que una herramienta para un mejor entendimiento de los comportamientos
atmosféricos (Fritsch et al., 1980).
Actualmente, hacer experimentos utilizando modelos numéricos es una de las
formas más eficientes y sofisticadas para realizar estudios de dispersión
atmosférica y de circulaciones regionales y locales. Tales experimentos tienen
como propósito primordial entender mejor los procesos físicos, químicos,
dinámicos y radiativos de la meteorología y la contaminación atmosférica (Burk et
al., 1989).
Los modelos de dispersión generalmente requieren entradas en mallas
tridimensionales de parámetros como el viento, la temperatura, la humedad, la
nubosidad/precipitación, y la capa de límite. Algunas versiones utilizan salidas
directas de los modelos meteorológicos como es el caso del modelo MM5. El MM5
es un modelo utilizado principalmente para el estudio científico de la atmósfera, se
ha utilizado en estudios a diferentes escalas como locales y regionales, y ha sido
de gran utilidad en estudios de calidad del aire. El MM5 ha experimentado una
revisión extensa en todos sus componentes conforme ha sido desarrollado y
utilizado por la comunidad de científicos inclinados por la modelación y pronóstico
de la atmósfera. Este modelo es proporcionado y apoyado libremente por el Grupo
de Predicción de Mesoescala en la División de Meteorología de Mesoescala y
Microescala del Centro Nacional para la Investigación Atmosférica de los Estados
Unidos. Por estas razones, el MM5 posiblemente es el modelo atmosférico más
usado del dominio público.
Utilizando el MM5 se generará una base de datos meteorológicos para el año
1999 con resolución horaria conveniente para introducirse en el modelo de calidad
del aire CAMX, con el que se simulará la dispersión de contaminantes a nivel
nacional.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
4
3. OBJETIVOS
Los contaminantes una vez depositados en la atmósfera no permanecen en ella
de manera indefinida, experimentan complejos procesos de transporte, mezcla y
transformación química, que dan lugar a una distribución variable de su
concentración en el aire, tanto espacial como temporal. Así, tenemos que una vez
emitidos, los contaminantes se someten a procesos como: Transporte por
advección, Transporte por difusión, Transformación química y Remoción seca ó
húmeda, y serán siempre afectados en mayor o menor grado, por las condiciones
meteorológicas que prevalezcan durante su emisión. De esta forma el conocer el
comportamiento de la atmósfera es de suma importancia para entender los
procesos a los que se someten las emisiones de contaminantes atmosféricos.
• El objetivo principal de este trabajo es implementar una herramienta de
modelación que permita generar escenarios meteorológicos para alimentar
modelos de calidad del aire con el fin de realizar estudios que permitan
evaluar e impacto potencial de políticas nacionales de control y reducción
de emisiones en México. Esto incluye, instalación del modelo MM5,
selección de algunos meses representativos del año base 1999 para
realizar las simulaciones, aplicación de parametrizaciones y física de los
modelos meteorológicos utilizados en México, generación de escenarios
usando asimilación de datos y validación de los mismos.
4. METODOLOGÍA DE MODELACIÓN
4.1. Descripción del MM5
El modelo de mesoescala de quinta generación, mejor conocido como MM5, fue desarrollado en
la Universidad Estatal de Pennsylvania por Anthes a principios de los 70’s,
documentado por Anthes et al. (1978) y posteriormente enriquecido en el National
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
5
Center for Atmospheric Research (NCAR). En México, el MM5 ha sido utilizado para
realizar pronósticos a corto plazo, y obtener el diagnóstico para determinar soluciones accesibles
en problemas ambientales y de cambio climático regionalizado (Magaña et al., 1998).
Tanto éste, como otros modelos atmosféricos, son cada día más accesibles a la
comunidad meteorológica mundial. Esto gracias a que la mayoría de ellos se
encuentra dentro de un plan de software libre, en donde además, se pueden
encontrar paquetes de visualización gráfica de gran utilidad para manipular los
productos obtenidos de dichos modelos. Como ejemplo se pueden mencionar los
paquetes GrADS (Grid Analysis Display System), Vis5D (Five-Dimensional
Visualize), NCAR-Grafics (National Corporation for Atmospheric Research Grafics) y GMT (Generic Mapping Tools -graphics), por citar algunos.
El PSU/NCAR MM5 es un modelo de pronóstico meteorológico de área limitada y
terreno continuo (coordenadas sigma). Resuelve todo un grupo de ecuaciones
primitivas no hidrostáticas para el viento, la temperatura, el agua (en todas sus
fases), y la presión. Puede configurarse de modo que funcione el intercambio de
información entre los dominios de forma unidireccional o de dos vías. Este modelo
es altamente amigable, lo que facilita el intercambio de las opciones de la física y
de la asimilación de los datos. Existen varias opciones para los esquemas de la
capa de límite, nubes cúmulos, radiación atmosférica, radiación superficial y
nubosa, balance de calor y de precipitación. Las ecuaciones del modelo se
resuelven horizontalmente en una malla de Arakawa-B definida para un tipo de
proyección escogida dentro del modelo. La proyección cónica Lambert conforme
es utilizada para latitudes medias y será la utilizada en el desarrollo de estas
simulaciones.
Las
coordenadas
verticales
son
coordenadas
de
presión
normalizadas de terreno continuo y se designan como “sigma - p". Típicamente
son usados alrededor de 30 niveles en la vertical para resolver la troposfera y la
estratosfera baja, aproximadamente hasta unos 15 kilómetros.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
6
El modelo es apoyado por varios programas de pre y post procesamiento que
colectivamente forman parte de un mismo sistema de modelación. El MM5 está
escrito en el lenguaje de programación FORTRAN, y fue desarrollado por PSU y
NCAR así como por las contribuciones de usuarios a lo largo de todo el mundo.
Las herramientas pre y post procesamiento facilitan el desarrollo de las entradas al
modelo, y del análisis de las salidas del mismo.
Sistema de
despliegue gráfico
Mód l
D
TERRAIN
REGRID
GRAPH
RAWINS
little_r
GrADS
INTERP_F
INTERP_B
MM5
NESTDOWN
Figura 1. Diagrama de flujo del MM5v3
(NCAR)
Debido a que el MM5 es un modelo del área limitada, requiere como entrada
condiciones de frontera que definen las condiciones en la periferia del dominio
más grande (madre) a lo largo de la simulación. Estas condiciones de frontera al
igual que las condiciones iníciales se especifican generalmente usando salidas de
modelos climáticos y se pueden suplir por análisis de observación en superficie y
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
7
niveles superiores. Estas fuentes de datos se pueden obtener de una variedad de
sistemas del análisis que brindan productos globales a una resolución más alta en
tiempo y espacio. La mayoría de estos datasets requeridos por el modelo están
disponibles directamente de NCAR.
En las versiones más recientes del modelo es posible reducir o aumentar los
valores de las simulaciones hacia los valores observados, esto, mediante el uso
de la asimilación de datos en cuatro dimensiones, conocido como FDDA (Stauffer
y Seaman, 1990, 1991). Con esta herramienta se ha demostrado reducir
perceptiblemente el desvío de la solución de las ecuaciones en simulaciones de
varios días. El desvío de las soluciones puede ser causado por inexactitudes en
las condiciones iníciales, por los efectos de la discretización, o por los errores en
la formulación de varias parametrizaciones entre otras cosas.
El Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM es uno de los pocos centros de
investigación con experiencia en el uso del MM5, a lo largo de los últimos años ha
venido desarrollando e impulsando el uso de modelos para estudios en la
atmósfera, al mismo tiempo ha implementado sistemas de alerta temprana con el
uso de modelos meteorológicos. La experiencia con el MM5 ha dejado grandes
satisfacciones en estudios de casos particulares, tales como patrones en eventos
de norte, efectos monzónicos, trayectorias de huracanes, etc. De la diversidad de
estudios se ha logrado avanzar en la obtención de configuraciones adecuadas de
la física del modelo, mismas que puedan aplicarse a los fenómenos atmosféricos
que afectan a la república mexicana. En este estudio se aplicó parte del
conocimiento adquirido en modelaciones dentro de la república mexicana para
determinar la configuración del modelo.
4.2. Procedimiento para la obtención de las simulaciones mensuales
Conforme el avance del texto, se irá explicando en el orden exigido por el MM5
cada uno de los pasos seguidos en la realización de las simulaciones mensuales.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
8
En cada paso se harán comentarios sobre problemas surgidos y soluciones
aplicadas en el proceso.
Para la selección de los meses se tomó en cuenta la variabilidad interanual, de
este modo se seleccionaron 4 meses, cada uno intermedio a cada una de las
estaciones del año para asegurar la representatividad de las mismas (Fig. 2). De
este modo se eligieron: febrero, mayo, agosto y noviembre como los meses a
simular.
°C 28
26
25.5
24
22
23.1
20
20.0
18
17.9
16
14
Ene
Feb
M ar
Abr
M ay
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Figura 2. Temperatura media mensual de la república mexicana (1948 - 2006).
El uso del modelo se realizó en dos segmentos de 20 días secuenciales para cada
mes, en vez de uno solo de 30 días. Lo anterior se debió a que la configuración de
los compiladores que usa el modelo limita los tamaños de los archivos de las
condiciones iníciales y de frontera, impidiendo que estos rebasen los 3 Gb de
espacio en disco duro, y con ello, impidiendo generar las condiciones iníciales
para los 30 días. Tomando en cuenta la limitación en los tamaños de los archivos
cada simulación mensual se dividió en dos, tomando para los primeros segmentos
del día 1 al día 20 de cada mes y para los segundos segmentos del día 13 al día
31 donde los primeros 5 días se ocupan para la estabilización del modelo y así
poder acoplarlos a los primeros segmentos. De este modo se obtuvieron
simulaciones de 30 días.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
9
4.3. Equipo de cómputo
Dadas las limitaciones actuales en cuanto a la disponibilidad de recursos de
cómputo en la Dirección de Investigación sobre Calidad del Aire del INE, el modelo
se corrió en un cluster Dell en el Departamento de Meteorología Tropical del
Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM. Esto fue posible gracias a un
acuerdo de colaboración a través del cual dicho departamento permitió al INE el
uso del equipo referido en los tiempos en que el mismo no estaba siendo utilizado
para el trabajo propio del centro. Este acuerdo estuvo vigente por un periodo de
cuatro meses. Las características del equipo de cómputo se describen en los
Cuadros 1 y 2.
Nodo
MACUC
(Nodo1 –
Master)
(Nodo 2)
(Nodo 3)
(Nodo 4)
(Nodo 5)
Cuadro 1. Características del cluster Dell.
CPU
Memoria
Disco Duro
2 procesadores
2 GB DDR2
2 Unidades de
XEON 3.0 GHz
SDRAM
Disco Duro 250
Cache L2 512 KB
GB 7200-rpm
c/p
SATA
2 procesadores
2 GB DDR2
XEON 3.0 GHz
SDRAM
Cache L2 512 KB
c/p
2 procesadores
2 GB DDR2
XEON 3.0 GHz
SDRAM
Cache L2 512 KB
c/p
2 procesadores
2 GB DDR2
XEON 3.0 GHz
SDRAM
Cache L2 512 KB
c/p
2 procesadores
2 GB DDR2
80 GB 7200-rpm
XEON 3.0 GHz
SDRAM
SATA
Cache L2 512 KB
c/p
Sistema operativo
Sistema de Archivos
Compiladores
Interfaces
2 interfaces
10/100/1000 BASE-T
(Gigabit) RJ-45 Ethernet
2 interfaces
10/100/1000 BASE-T
(Gigabit) RJ-45 Ethernet
2 interfaces
10/100/1000 BASE-T
(Gigabit) RJ-45 Ethernet
2 interfaces
10/100/1000 BASE-T
(Gigabit) RJ-45 Ethernet
2 interfaces
10/100/1000 BASE-T
(Gigabit) RJ-45 Ethernet
Cuadro 2. Software instalado en cluster Dell.
Linux Red Hat Enterprise
EXT3
gcc, g77, g++, f77, pgf90
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
10
4.4. Dominios utilizados
La configuración y selección de los dominios se realizan dentro del modulo TERRAIN. Este módulo
realiza una interpolación horizontal de las coordenadas del globo terrestre (latitud y longitud) a una
malla de mesoescala. De entrada, utiliza datos de elevación del terreno, uso del suelo- vegetación,
tipos de suelo, cuerpos de tierra- agua y de temperatura a profundidad del suelo.
El MM5 fue configurado en el modulo TERRAIN para hacer simulaciones en cinco
dominios. El primero, dominio madre, cubre desde el sur de los Estados Unidos
hasta el norte de Centro América, abarcando toda la extensión de la República
Mexicana y los principales sistemas atmosféricos de escala sinóptica que se
presentan en dicha región (Figura 3); su resolución espacial en la horizontal será
de 24 kilómetros con la finalidad de mejorar los campos de viento al combinar los
sistemas sinópticos con las circulaciones regionales. El segundo y el resto de los
dominios se configuraron con una resolución de 8 Kilómetros, cubren la zona
metropolitana del Valle de México (Figura 4), la zona metropolitana de
Guadalajara con extensión a la zona del Bajío (Figura 5), la zona metropolitana de
Monterrey (Figura 6) y la zona que comprende las ciudades de Tijuana y Mexicali
(Figura 7), respectivamente. La resolución en estos dominios ayuda a identificar
patrones en circulaciones locales y efectos urbanos.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
11
Figura 3. Dominio madre con sus cuatro dominios anidados al interior.
Figura 4. Topografía del dominio anidado
para el Valle de México.
Figura 5. Topografía del dominio anidado de la
Zona Metropolitana de Guadalajara y Zona del
Bajío.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
12
Figura 6. Topografía del dominio anidado
para la Zona Metropolitana de Monterrey.
Figura 7. Topografía del dominio anidado para
las ciudades de Tijuana y Mexicali.
Las mallas de los dominios tienen una proyección de tipo Lambert comforme, con
latitud y longitud central en 25°N y 100.5°W respectivamente. La extensión
continental de este dominio da lugar a una malla de 110 (de sur a norte) por 160
puntos (de oeste a este). En total el dominio cubre un área de 2,616 kilómetros por
3,816 kilómetros respectivamente. Las características de los dominios anidados se
definen en Cuadro 3.
Cuadro 3. Valores característicos de los dominios anidados.
Dominio 3
Dominio 2
Dominio 4
(Guadalajara y
(ZMVM)
(Monterrey)
Bajío)
Puntos de oeste a este
31
31
31
Puntos de sur a norte
34
49
31
Distancia en Km de oeste
240
240
240
a este
Distancia en Km de sur a
264
384
240
norte
Origen en dominio madre
(25,82)
(33,65)
(53,76)
(i,j)
Latitud inicial
18.40
20.11
24.49
Longitud inicial
-100.12
-104.09
-101.55
Dominio 5
(Tijuana y
Mexicali)
31
55
240
432
(89,11)
31.36
-118.30
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
13
4.5. Uso de suelo
El uso de suelo en los dominios anidados fue actualizado por el generado en la
UNAM para la SEMARNAT a partir del inventario nacional forestal gracias a un
trabajo de equipo realizado por colaboradores de este proyecto dentro del Instituto
Nacional de Ecología, logrando con esto, una nueva contribución al modelo MM5
en las simulaciones hechas para el territorio de la república mexicana. Los
cambios se muestran en la figura 8. Y solo se aplicaron a los dominios anidados
debido a su resolución más fina.
Para el dominio madre, que abarca parte del sur de Estados Unidos y norte de
Centroamérica, se utilizó la base de datos de uso de suelo de la USGS, dentro de
este dominio solo fue actualizado el uso de suelo en las áreas donde coinciden los
dominios anidados.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
14
a
b
c
d
Figura 8. Uso de suelo sin actualizar (izquierda) y actualizado (derecha) para: Valle de México y
Toluca (a), Guadalajara (b), Monterrey (c) y Tijuana-Mexicali (d).
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
15
4.6. Condiciones iníciales y de frontera
El modulo REGRID es el segundo paso en el esquema de la figura 1. Este módulo utiliza las
salidas generadas de TERRAIN para preparar los datos de entrada que requiere el modelo como
condiciones iníciales y de frontera (datos globales en malla regular). Se divide en dos sub-módulos
que son PREGRID y REGRIDDER (Fig. 9).
Análisis Globales
Regrid
Terrain
Pregrid
Análisis Globales
Archivos
intermediarios
Rawins
Regridder
Terrain
Figura 9. Diagrama de flujo para el módulo REGRID.
PREGRID cuenta con algunos programas necesarios para extraer los parámetros que requiere el
modelo, tales como temperatura del aire, presión en superficie, humedad específica, temperatura
de superficie del mar, así como dirección y rapidez del viento. Dichas variables se pueden extraer
de datos de reanalysis-NCEP o de análisis meteorológicos globales llevados a mallas regulares,
algunos disponibles en el National Climatic Data Center (NCDC) a través de su sitio web
(http://www.ncdc.noaa.gov). Gracias a este módulo es posible acotar en tiempo la información
global, así como estructurarla en la forma adecuada para ser utilizada como condiciones iníciales y
de frontera dentro del modelo. En este trabajo los datos que se ocuparon como condiciones
iníciales se acotaron de las 00z del día primero del mes a simular, a las 00z del día primero del
mes consecutivo a simular.
4.6.1. Reanálisis Regionales
Para alimentar el modelo atmosférico en este trabajo, se utilizaron los datos NARR
(Norte American Regional Reanalysis) puestos a disposición por la Administración
Atmosférica y Oceánica de los Estados Unidos (NOAA). Estos datos están
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
16
generados en mallas regulares y cuentan con una resolución espacial de 32 km
con 29 niveles en la vertical y una resolución temporal de 3 horas. Una de sus
características principales son los procesos de calidad de datos por los que están
pasados. Estas bases de datos son generadas a partir de análisis objetivo y
asimilación de datos observados de Canadá, Estados Unidos y México. Estos
datos se pueden obtener libremente en:
http://www.emc.ncep.noaa.gov/mmb/rreanl/ .
Figura 10. Cobertura y topografía de los datos NARR
(NOAA, Web Site http://www.emc.ncep.noaa.gov/mmb/rreanl/ ).
Para usar estos datos como condiciones iníciales y de frontera se procesaron
independientemente generando un módulo suplente con la capacidad de extraer
las variables necesarias como temperatura, altura geopotencial, humedad
específica (para la estimación de la humedad relativa), componentes u y v del
viento y presión reducida a nivel del mar. Tal modulo alterno realiza la misma
función de PREGRID arrojando como resultado los archivos de condiciones
iniciales y de frontera para ser procesadas por el siguiente sub-módulo, y consta
de un par de programas que requieren compiladores de Fortran y GrADS. Tales
programas se muestran en el apéndice 3.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
17
REGRIDDER interpola los datos con la información meteorológica de las salidas de PREGRID, en
la malla de cada dominio obtenido de TERRAIN. Generando finalmente un archivo por cada
dominio con los parámetros exigidos por el modelo como condiciones iniciales.
4.7. Asimilación de datos
La incorporación de datos observados a lo largo de las corridas del modelo se puede llevar a cabo
por medio del modulo LITTLE_R. La importancia de este módulo del MM5 radica en que mediante
un análisis objetivo ajusta los campos calculados por el modelo a un campo que además de
contener la física de la atmósfera contiene valores de parámetros observados en superficie y en
niveles superiores. Este modulo utiliza las salidas de REGRIDDER e INTERP_B, y mejora la
calidad de las condiciones iniciales lo cual se traduce en un mejor desempeño del modelo. Como
datos observados utiliza tanto los registrados en estaciones de superficie, como los de radio
sondeos y otros sensores remotos, los cuales, solo tienen que estar en la estructura correcta para
ingresar a este módulo.
En este trabajo se usaron los datos disponibles de la red de radiosondeos del Servicio
Meteorológico Nacional (Cuadro 4), así como de las redes de monitoreo atmosférico de las
principales ciudades de la republica, estos últimos fueron proporcionados por el Instituto Nacional
de Ecología (Figuras 11 a 15). Los datos de estaciones automáticas se ocuparon con una
resolución temporal de una hora y las variables que se asimilaron fueron: temperatura, humedad
relativa y las componentes zonales y meridionales del viento; para el caso de los radiosondeos
estos se asimilaron con una resolución temporal de 12 horas de acuerdo a su disponibilidad.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
18
Figura 11. Ubicación de estaciones asimiladas en la Zona Metropolitana del Valle de México.
Figura 12. Ubicación de estaciones asimiladas en la Zona Metropolitana de Guadalajara.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
19
Figura 13. Ubicación de estaciones asimiladas en la Zona Metropolitana de Monterrey.
Figura 14. Ubicación de estaciones asimiladas en la Zona Metropolitana del Valle de Toluca.
Figura 15. Ubicación de estaciones asimiladas en Tijuana y Mexicali.
Cuadro 4. Lista de estaciones asimiladas.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
20
ZONA
No.
Estación
Clave
Latitud
Longitud
Zona Metropolitana del Valle de México
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
2
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
1
2
3
4
1
2
3
4
Tacuba
ENEP - Acatlán
San Agustín
Tlalnepantla
Xalostoc
Merced
Pedregal
Cerro de la Estrella
Plateros
Hangares
Villa de las Flores
Cuajimalpa
Tlalpan
Chapingo
Tlahuac
Toluca Centro
Tepatitlán
Las Águilas
Atemajac
Centro
Loma Dorada
Miravalle
Oblatos
Tlaquepaque
Vallarta
La Pastora
San Nicolás
Obispado
San Bernabé
Santa Catarina
Campestre
COBACH
ITM
UABC
Rosarito
Playas
Tecnológico
La Mesa
TAC
EAC
SAG
TLA
XAL
MER
PED
CES
PLA
HAN
VIF
CUA
TPN
CHA
TAH
CE
SL
AGU
ATM
CEN
LDO
MIR
OBL
TLA
VAL
SENECENOSOCAM
COB
ITM
UAB
ROS
PLA
ITT
LAM
19.45507
19.48192
19.53225
19.52840
19.52611
19.42439
19.32473
19.33588
19.36703
19.42167
19.65767
19.36383
19.25629
19.45981
19.33684
19.29428
19.31247
20.63083
20.71944
20.67361
20.62917
20.61417
20.70056
20.64083
20.68000
25.66833
25.74500
25.67556
25.75306
25.67500
32.57028
32.63361
32.61528
32.62917
32.35320
32.51397
32.52500
32.49773
-99.20245
-99.24327
-99.02994
-99.20423
-99.07972
-99.11928
-99.20372
-99.07467
-99.20010
-99.08362
-99.09631
-99.29865
-99.18393
-98.90248
-99.12320
-99.65520
-99.62650
-103.41690
-103.35520
-103.33300
-103.26380
-103.49300
-103.29660
-103.31250
-103.39860
-100.24830
-100.25470
-100.33830
-100.37160
-100.45830
-115.44860
-115.50410
-115.38800
-115.44690
-117.05600
-117.11540
-116.98500
-116.97700
Zona Metropolitana del Valle de Toluca
Zona Metropolitana de Guadalajara
Zona Metropolitana de Monterrey
Mexicali
Tijuana
4.8. Estructura vertical de la malla
Los datos que se utilizaron como condiciones iniciales y de frontera cuentan con
un análisis previo de datos observados en superficie y altura. Constan de 29
niveles los cuales son propicios para estudios del comportamiento y evolución de
la capa límite atmosférica, así como los efectos que esta conlleva en materia de
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
21
dispersión de contaminantes. Estos niveles fueron redefinidos para concentrar un
mayor número de estos cerca de la superficie y obtener de esta forma escenarios
con más detalle en la estructura vertical de la atmósfera.
El modulo de MM5 para esta tarea es INTERP_F el cual interpola los datos de los
niveles isobáricos a los niveles sigma requeridos por el módulo MM5. En otras palabras, se
encarga de la transformación de los datos de coordenadas de presión a
coordenadas sigma, para ser utilizados finalmente por el módulo MM5 donde se
hacen todos los cálculos e integraciones en el tiempo. INTERP_F toma como
datos de entrada (inputs) los datos de salida (outputs) de REGRID, RAWINS,
LITTLE_R, o de INTERP_B (Fig. 16).
INTERP_F
Figura 16. Diagrama de flujo para INTERP_F (Tomada de
Dudhia et al., 1999)
La estructura de las capas usadas se resume en la Cuadro 5. Las altitudes
mostradas están calculadas en un punto con coordenadas oceánicas (altitud igual
a cero).
Cuadro 5. Niveles simulados.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
22
Nivel
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Sigma
0.00
0.20
0.40
0.60
0.66
0.68
0.72
0.73
0.76
0.77
0.79
0.82
0.83
0.84
0.86
0.87
0.89
0.90
0.92
0.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
0.996
0.998
1.00
Presión (mb)
100
280
460
640
694
712
748
757
784
793
811
838
847
856
874
883
901
910
928
937
946
955
964
973
982
991
996
998
1000
Altura (m)
14650
11720
8790
5860
4981
4688
4102
3956
3516
3370
3077
2637
2491
2344
2051
1905
1612
1465
1172
1026
879
733
586
440
293
147
60
30
0
4.9. Física del modelo
Una vez realizado el cambio de coordenadas de las condiciones iniciales y de frontera con
INTERP_F se pasa al modulo principal de MM5, aquí se procesa toda la física del modelo, se
resuelven todas las ecuaciones mediante diferencias finitas para las condiciones iniciales y los
resultados se vuelven a utilizar para un procesamiento posterior. Dentro de este módulo se
especifican las características que se requerirán para ejecutar el modelo, tales como el periodo en
que correrá el modelo, las parametrizaciones que se tomarán en cuenta, y los detalles dentro de la
física del modelo que se requerirán para estudios específicos.
Las opciones en la física del modelo y parametrizaciones se escogieron tomando
en cuenta las características del experimento numérico, tales como resolución,
posición geográfica, simulación de tipo diagnostico, etc. Cada una de estas
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
23
parametrizaciones
y
opciones
físicas
cuanta
con
especificaciones
y
recomendaciones para usarse en casos similares al que fueron diseñadas. Para el
caso de la simulaciones de este trabajo se han escogido parametrizaciones que a
su vez han sido probadas por el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM,
donde desde hace algunos años se ha trabajado para calibrar el MM5 en las
condiciones tropicales que tiene la Republica Mexicana (Magaña et al., 1998).
Tabla 6 Opciones físicas para las simulaciones.
Opción Física
Parametrización
Esquema de humedad explicita
Simple ice (Dudhia, 1993)
Esquema de nubes cumulus
Grell (1994)
Capa limite planetaria
MRF (Hong and Pan, 1996)
Radiación atmosférica
RRTM longwave (Mlawer et al, 1997)
Modelo polar
No polar
Temperatura del suelo en
Si
multicapas
Reducción de convección
No
En la simulaciones mensuales de este trabajo el MM5 fue configurado para utilizar
sus capacidades de FDDA en viento, temperatura, y campos de humedad para los
dominios de 24 y 8 Km. de resolución. Específicamente, el FDDA se realizó en
intervalos de 3 horas para los campos tridimensionales, exceptuando la altura de
la capa de límite. La exclusión de la capa límite en el proceso de FDDA ayuda a
que no ocurra una importante reducción de los forzamientos calculados por el
modelo en la mesoescala, mismos que son importantes para el desarrollo de la
capa de límite y los flujos verticales de momento, calor y humedad en la atmósfera
libre. También se realizó otro FDDA bidimensional (superficie) basado en los
análisis objetivos superficiales del modulo LITTLE_R, usando observaciones
horarias de temperatura, humedad, dirección de viento y velocidad de viento,
registradas por las redes de estaciones meteorológicas automáticas a lo largo de
la República Mexicana.
En resumen el MM5 se configuró de la siguiente forma:
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
24
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Un dominio a 24 Km y 4 dominios a 8 Km de resolución con ONE WAY
NEST;
24 categorías de uso de suelo (USGS-Datasets);
29 niveles en la vertical;
NARR – NCDC como condiciones iniciales y de frontera;
Five-Layer soil model;
Esquema de capa límite: MRF;
Parametrización de cumulus: Grell;
Radiación: Rapid Radiative Transfer Model (RRTM);
Modelo polar inactivo;
Temperatura del suelo en multicapas activado;
Reducción de convección desactivado; y
Análisis FDDA para todos los dominios.
5. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE DESEMPEÑO
La evaluación de las simulaciones atmosféricas es determinante para saber si los
campos meteorológicos generados por el MM5 en sus 5 dominios son lo
suficientemente aptos para caracterizar correctamente los procesos físicos dentro
de la atmósfera. Si lo errores de los campos meteorológicos son demasiado
grandes los modelos de calidad del aire se verían seriamente afectados y los
resultados obtenidos a través de éstos serían altamente cuestionables, lo que se
traduciría en malas predicciones de calidad del aire hacia años futuros y en
consecuencia una mala información para toma de decisiones.
Para proporcionar una caracterización meteorológica razonable, de acuerdo a
ENVIRON and UCR en el 2005, las simulaciones del modelo atmosférico deben
representar con cierta confiabilidad:
•
Los patrones del viento a gran escala, como patrones sinópticos
representados en los 300 mb de la altura.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
25
•
El viento regional y de mesoescala, temperatura, altura de la capa límite,
humedad y patrones de nubosidad/precipitación;
•
Circulaciones de mesoescala, tales como brisas de mar y circulaciones de
valle/montaña;
•
El ciclo diurno en la altura de la capa límite, temperatura y humedad.
Es importante tener en cuenta que a pesar de que la precipitación es una variable
atmosférica de suma importancia, en este caso se excluyo de la validación por no
ser un parámetro medido en las estaciones de monitoreo atmosférico usadas en
este trabajo.
5.1. Evaluación grafica
El primer paso en la evaluación es la preparación de los gráficos para mostrar los
campos meteorológicos predichos en la superficie, y 300 mb. Esto muestra un
enfoque cualitativo del funcionamiento del modelo. El propósito de estas
evaluaciones será establecer en
primer orden aceptación/rechazo de la
simulación en cuestión y su respuesta a los fenómenos atmosféricos en las
regiones de interés. De esta forma se puede obtener un panorama general de los
defectos y errores del modelo. Para lo anterior se generaron los campos medios
mensuales de viento y temperatura en los niveles mencionados y se compararon
con los campos de reanálisis los cuales tomaremos como campos observados.
Por otra parte, para visualizar los ciclos diurnos de temperatura, humedad y
velocidad del viento se interpolaron, de las mallas usada en MM5,
las
coordenadas de cada una de las estaciones en el Cuadro 4. Con esto se
obtuvieron las series de tiempo en resolución horaria de cada simulación y cada
dominio. Cabe recordar que los dominios 2, 3, 4 y 5 son los dominios anidados
correspondientes a cada zona metropolitana en este estudio, por lo que cada
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
26
estación de datos observados cuenta con dos simulaciones, una realizada en el
dominio madre y una más en su dominio anidado correspondiente.
Cada serie de tiempo observada en una estación se compara con las series de
tiempo extraídas de la simulación del dominio madre y del dominio anidado en
cada uno de los meses seleccionados para este estudio. De esta forma se
muestran las variaciones de los parámetros dentro de cada mes, tanto en las
observaciones como en las simulaciones.
También se realizarán comparaciones con radiosondeos, que permitirán evaluar el
comportamiento del modelo en altitud, separando la troposfera en capas, y
considerando que es más interesante poder cuantificar el comportamiento del
modelo en altura.
5.2. Evaluación estadística
Dentro de los grados de libertad estadísticos disponibles para modelar el tiempo,
un subconjunto de medidas estadísticas estándares ha emergido. Estas métricas
se calculan de forma diaria y horaria para velocidad de viento, dirección de viento,
temperatura y humedad en superficie. A continuación se describe las variadas
medidas estadísticas que serán empleadas.
Observación Media (Mo): Calculado de todos los sitios con datos válidos dentro
de una región dada del análisis y por un período dado (cada hora o diario):
N
φiobs
i =1
N
Mo = ∑
donde Фiobs valor observado para la celda i y N es el número de valores
analizados.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
27
Predicción Media (Mp): Calculado desde los resultados de la simulación que se
interpolan a cada punto de la observación calculadas en la observación media
(cada hora o diario):
N
φi
i =1
N
Mp = ∑
donde фi valor pronosticado para la celda.
Error Absoluto Medio (MAE): Da la medida de las diferencias en promedio entre
los valores pronosticados y los observados con datos válidos dentro de una región
dada del análisis y por un período dado (cada hora o diario):
N
φi − φiobs
i =1
N
MAE = ∑
Sesgo Bias (BIAS): Proporciona información sobre la tendencia del modelo a
sobreestimar o subestimar una variable, cuantifica el error sistemático del modelo
(cada hora o diario):
N
(φi − φiobs )
i =1
N
BIAS = ∑
Error Cuadrático Medio (RMSE): Da una descripción similar al error absoluto
medio, con datos válidos dentro de una región dada del análisis y por un período
dado (cada hora o diario):
RMSE =
N
∑
i =1
(φi − φiobs ) 2
N
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
28
Para la comparación de variables escalares medidas de estaciones se pueden
calcular el Mo, Mp, RMSE, MAE y BIAS ya que se tendrá una evolución temporal
del error y esto facilitará el poder analizar con detalle el comportamiento del
modelo durante toda la simulación.
Para el caso del viento se puede utilizar también una variación del RMSE teniendo
en cuenta las dos componentes del mismo. Definiendo el error cuadrático medio
del vector horizontal del viento como (Pielke, 1984):
Complementando la información que aportan estos estadísticos se ha calculado
también un índice que aporta información sobre el comportamiento del modelo al
comparar los resultados con observaciones.
El Índice de ajuste (IOA) se calcula como:
N
IOA = 1 −
∑ (P − O )
2
i =!
∑(P − O
N
i =1
i
mean
i
i
+ Oi − Omean
)
2
6. RESULTADOS
En consecuencia a lo escrito anteriormente en este reporte, se han obtenido
principalmente las simulaciones mensuales para los meses de febrero, mayo,
agosto y noviembre. Para optimizar el manejo y traslado de los archivos de salida,
cada simulación fue separada en archivos diarios.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
29
6.1. Sumario de archivos resultantes
Cada experimento mensual se realizó en dos segmentos, el primero de ellos a
partir de las 00z del día 1 hasta las 00z del día 17, el segundo de las 00z del día
13 a las 00z del día 1 del mes siguiente.
Cuadro 7. Descripción de archivos obtenidos con el modelo.
Salidas de MM5
(Estos archivos existen para cada mes
simulado y para cada dominio usado)
MMOUT_DOMAIN1_00
(primer segmento)
MMOUT_DOMAIN1_01
(primer segmento)
MMOUT_DOMAIN1_02
(primer segmento)
.
.
.
MMOUT_DOMAIN1_16
(primer segmento)
MMOUT_DOMAIN1_01
(segundo segmento)
MMOUT_DOMAIN1_02
(segundo segmento)
.
.
.
MMOUT_DOMAIN1_19
(segundo segmento)
Contenido del archivo
Condiciones iníciales.
Un solo tiempo (primer día del mes a las 00z)
Campos atmosféricos generados por el modelo para el día 1.
Consta de 24 tiempos
(de 01z a 00z del día siguiente)
Campos atmosféricos generados por el modelo para el día 2.
Consta de 24 tiempos
(de 01z a 00z del día siguiente)
.
.
.
Campos atmosféricos generados por el modelo para el día 16.
Consta de 24 tiempos
(de 01z a 00z del día siguiente)
Campos atmosféricos generados por el modelo para el día 17.
Consta de 24 tiempos
(de 01z a 00z del día siguiente)
Campos atmosféricos generados por el modelo para el día 18.
Consta de 24 tiempos
(de 01z a 00z del día siguiente)
.
.
.
Campos atmosféricos generados por el modelo para el día 31.
Consta de 24 tiempos
(de 01z a 00z del día siguiente)
Las simulaciones tuvieron un tiempo aproximado de corrida de 2 horas por día de
simulación. Una vez concluida toda la simulación, cada paquete de estos archivos
descritos en el Cuadro 7 conformaron la simulación mensual que ocupa un
espacio aproximado en disco duro de 30 Gb. Por lo cual, se requirió de 120 Gb de
espacio para almacenar las simulaciones de los 4 meses simulados y un tanto
similar para el pre y pos-procesamiento.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
30
Una vez obtenidas las simulaciones se calcularon las medias mensuales de
algunos parámetros atmosféricos tanto en superficie como en niveles superiores,
los resultados de esto se muestran en el apéndice 1 (directorio adjunto
“/apéndice-1_campos-simulados-reanalysis/”) el cual consta de un directorio con
las figuras de los campos medios mensuales para temperatura en superficie y a
850 mb. También incluye los campos medios de viento en superficie, 850 mb y
300 mb.
Los archivos de las figuras del apéndice 1 se ordenan de la siguiente manera:
“199902_TMP_lev1000_REAN.gif”
donde:
• Los primeros cuatro dígitos corresponden al año, seguido dos dígitos más
para el mes (“199902”, “199905”, “199908” y “199911” siguiendo un guion
bajo para separar).
• Tres dígitos para el nombre de la variable, “TMP” para temperatura y “WND”
para el viento (siguiendo un guion bajo para separar).
• Siete dígitos para el nivel. Las opciones son “lev1000”, “lev0850” y
“lev0300” (siguiendo un guion bajo para separar).
• Cuatro dígitos para identificar los datos usados, “REAN” para los datos de
reanalysis tomados como observados y “SIMU” para los datos obtenidos de
las simulaciones mensuales con el dominio 1 (siguiendo la extensión de las
imágenes, en este caso “.gif”).
Las bases de datos con las series de tiempo de las de las simulaciones
interpoladas a las coordenadas de las estaciones de monitoreo se adjuntan en el
apéndice 2a (directorio “series_de_tiempo_1”). Los nombres de los archivos de
estas series de tiempo cuentan con cuatro dígitos para la zona, cuatro dígitos para
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
31
la abreviación de la estación, seis dígitos para el año y mes, y por último ocho
dígitos mostrando la fuente de los datos y el dominio correspondiente. En estos
contienen los parámetros de superficie como: temperatura al nivel sigma 1,
temperatura a 2 metros, humedad relativa, velocidad del viento, dirección del
viento y precipitación total acumulada.
En otro directorio similar, apéndice 2b (directorio “/apéndice-2b_figuras-yestadisticos/”), se han separado las series de tiempo de dos estaciones
seleccionadas al azar por cada zona metropolitana, a ellas se les han calculado
los estadísticos y se han graficado las series de tiempo. Los archivos generados
tienen extensión “.xls” para exel y contienen bases de datos de las series de
tiempo observadas y simuladas, además de las figuras de series de tiempo de
cada una de las estaciones seleccionadas, así como sus estadísticos
correspondientes.
En cada archivo del apéndice 2b se presentan dos simulaciones, refiriéndose a la
simulación realizada con el dominio madre y anidado, recordando así que los
dominios 2, 3, 4 y 5 son los dominios anidados de primer nivel correspondientes a
cada zona metropolitana. Los nombres de los archivos se conforman de 4 dígitos
para la abreviación de la zona metropolitana y otros 4 para la abreviación del
nombre de la estación, seguido por el sufijo “_mmout.xls”. También en este
directorio se encuentra un archivo llamado “Estadisticos.xls” con las tablas
generales de los estadísticos de validación.
6.2. Evaluación del desempeño
Las siguientes figuras son parte del apéndice 1, aquí solo se muestran las
comparaciones de los campos de re_analisis (tomados como observados) versus
simulados para los meses de Febrero y Mayo.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
32
Los parámetros que se presentan son Temperatura y Viento ya que los campos de
estas variables son los principalmente afectados por cualquier fenómeno
atmosférico. Aquí limitamos la presentación de figuras a solo mostrar la
temperatura en superficie y viento en los niveles de superficie y 300 mb. El resto
de las figuras se pueden consultar en el apéndice correspondiente.
Figura 17. Campos medios mensuales de temperatura en superficie para el mes de Febrero 1999,
reanalysis (izquierda) & simulación (derecha).
Figura 18. Campos de viento medios mensuales en superficie para el mes de Febrero 1999,
reanalysis (izquierda) & simulación (derecha).
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
33
Figura 19. Campos de viento medios mensuales en nivel de 300mb para el mes de Febrero 1999,
reanalysis (izquierda) & simulación (derecha).
En febrero es común la presencia de frentes fríos, que junto con los fenómenos
atmosféricos con los que se encuentra asociado como eventos de Norte y ondas
de aire frío, le dan a este mes sus características. Como es de esperar este mes
en 1999 no fue la excepción, pues tuvo la presencia de estos fenómenos y se ven
muy bien reflejados en las simulación de MM5, a pesar de que aquí solo se
muestran los campos medios mensuales, la variación de los campos diarios fueron
analizados por separado. Los campos mensuales al ser un promedio de todos los
campos
horarios,
toman
en
cuenta
directamente
todos
los
fenómenos
atmosféricos ocurridos durante el mes.
El mes de mayo por otro lado, forma parte de una transición de una temporada
seca a una lluviosa, en este mes son comunes los primeros sistemas con
convección profunda que ocasionan lluvias moderadas e incluso intensas. Es un
mes donde ya se ven claros los efectos de sistemas tropicales que le dan a mayo
aumentos de temperatura. En las simulaciones para este mes también son claros
los patrones de estos fenómenos atmosféricos, aunque presenta mayores
diferencias en cuanto a intensidades de los mismos. Un ejemplo de lo anterior se
puede ver en las figuras 20, 21 y 22.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
34
Figura 20. Campos medios mensuales de temperatura en superficie para el mes de Mayo 1999,
reanalysis (izquierda) & simulación (derecha).
Figura 21. Campos de viento medios mensuales en superficie para el mes de Mayo 1999,
reanalysis (izquierda) & simulación (derecha).
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
35
Figura 22. Campos de viento medios mensuales en nivel de 300mb para el mes de Mayo 1999,
reanalysis (izquierda) & simulación (derecha).
La forma grafica de las series de tiempo también de gran ayuda para visualizar la
variación de los parámetros dentro de cada mes. Aquí se muestra solo un caso
para ejemplificar como los patrones simulados por el modelo llevan un claro
seguimiento de las observaciones. Son evidentes tanto los ciclos diurnos como los
efectos de sistemas sinópticos que hacen que los ciclos diurnos también tengan
variaciones en el tiempo.
En la siguiente figura se muestran las series de tiempo para la estación San
Agustín de la Zona Metropolitana del Valle de México durante febrero de 1999.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
36
°C
50
OBS
45
MM5_D1_T
MM5_D1_T2M
40
MM5_D2_T
MM5_D2_T2M
35
30
25
a)
20
15
10
%
28
27
26
25
24
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
9
10
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
5
Día
100
OBS
90
MM5_D1_HR
MM5_D2_HR
80
70
60
50
b)
40
30
20
m/s
28
27
26
25
24
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
10
Día
12
10
8
6
c)
4
OBS
2
MM5_D1_VEL
°
28
27
26
25
24
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
MM5_D2_VEL
Día
360
315
270
225
180
135
90
45
OBS
MM5_D1_DIR
28
27
26
25
24
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
MM5_D2_DIR
1
0
1
d)
Día
Figura 23. Series de tiempo para febrero de 1999: a) temperatura, b) humedad relativa, c)
velocidad de viento y d) dirección de viento (las series MM5_D1 y MM5_D2 corresponden a
dominio madre y dominio anidado respectivamente).
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
37
La forma cuantitativa de evaluar las simulaciones se muestra en el Cuadro 8. En
ella se ponen los estadísticos calculados para cada mes y en las simulaciones del
dominio madre (s1) y los dominios anidados (s2). Los parámetros a los que fueron
aplicados son Temperatura en superficie y a 2 metros, humedad relativa y
velocidad de viento. Los valores en la tabla son los promedios de cada estadístico
calculados en cada una de las estaciones, dando así una idea general de del
resultado de las simulaciones. Hay que tener en cuenta que en la tabla del cuadro
8 los promedios para los dominios anidados evalúan de forma global el conjunto
de los cuatro dominios anidados. Para ver los resultados independientes de cada
estación o zona metropolitana se pueden consultar en el apéndice 2b (archivo
anexo, /apéndice-2b_figuras-y-estadisticos/Estadísticos.xlsx).
Cuadro 8. Promedios de los estadísticos de validación.
Mes
Estadístico
M
RMSE
Febrero
MAE
NMAE
BIAS
IOA
M
RMSE
Mayo
MAE
NMAE
BIAS
IOA
Base de datos
Temp
Observados
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
Observados
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
16.09
12.17
12.67
4.74
4.30
4.15
3.73
0.27
0.25
-3.92
-3.42
1.0049
1.0039
21.61
16.96
17.59
5.38
4.88
4.75
4.23
0.22
0.19
-4.64
-4.01
1.0032
1.0025
Temp
2m
12.29
12.75
4.66
4.32
4.06
3.72
0.27
0.25
-3.79
-3.34
1.0045
1.0037
17.42
17.99
5.09
4.73
4.44
4.08
0.20
0.19
-4.19
-3.62
1.0027
1.0022
HumR
Vel
37.73
66.11
65.23
38.38
36.60
33.86
31.85
7.55
6.63
31.88
29.63
0.9971
0.9972
37.17
65.35
64.16
39.38
37.39
33.32
31.36
4.17
3.95
30.84
27.96
0.9971
0.9972
2.09
2.29
2.46
1.75
1.81
1.36
1.41
1.26
1.33
0.19
0.36
0.9785
0.9850
2.56
2.31
2.58
1.72
1.83
1.35
1.42
0.89
0.98
-0.22
0.08
0.9991
1.0007
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
38
M
RMSE
Agosto
MAE
NMAE
BIAS
IOA
M
RMSE
Noviembre
MAE
NMAE
BIAS
IOA
Observados
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
Observados
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
s1
s2
22.35
68.30
2.28
22.77
23.17
68.89
2.43
4.36
4.32
15.36
1.72
3.89
3.86
11.89
1.38
0.14
0.15
0.17
0.79
-3.01
-2.60
-0.99
-0.19
1.0010
15.69
12.91
13.40
4.43
3.98
3.82
3.37
0.25
0.22
-2.69
-2.12
1.0045
1.0031
1.0008
1.0000
49.54
74.63
73.46
36.36
33.69
32.47
29.69
2.42
2.18
32.17
29.24
0.9982
0.9983
1.0103
1.90
2.26
2.29
1.81
1.84
1.43
1.42
1.45
1.40
0.37
0.40
0.9721
0.9897
13.00
13.45
4.17
3.84
3.56
3.23
0.24
0.22
-2.66
-2.19
1.0040
1.0029
6.3. Análisis de resultados
Tanto en las figuras de los campos medios mensuales como en las series de
tiempo, el modelo muestra una clara representación de los patrones atmosféricos
a lo largo del año. Las variantes provocadas por los efectos de sistemas sinópticos
se reflejan de una forma adecuada en las simulaciones, lo cual da una idea
general de que los resultados son buenos.
No obstante, en los meses donde afectan más los fenómenos tropicales
atmosféricos como mayo y agosto, el modelo presenta una dificultad para simular
la intensidad de los mismos. Esto puede deberse a que las parametrizaciones del
modelo están diseñadas y aplicadas principalmente por investigadores de países
subtropicales. De aquí la importancia de comenzar a explorar seria y
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
39
profundamente la dinámica que involucran los fenómenos atmosféricos tropicales
y con ello poder realizar adaptaciones importantes en el modelo, que permitan
mejores resultados de simulación y pronóstico.
En cuanto a los estadísticos, estos arrojan resultados similares, mostrando un
menor error cuadrático medio (RMSE) en los meses de febrero y noviembre, por
su parte el sesgo BIAS indica una tendencia a subestimar las observaciones de
temperatura un orden medio de 3 grados y sobreestimar las observaciones de
humedad un orden medio de 20%.
La variable más complicada para el modelo resultó ser la humedad relativa, la cual
presenta los mayores errores en todos los meses y una más que evidente sobre
estimación. Ocurre una excepción de la sobrestimación en el caso de un evento
de norte ocurrido el día 13 de febrero, en dicho evento los errores disminuyen y la
simulaciones muestran valores muy cercanos a las observaciones (fig. 23).
Una posible causa de la sobreestimación de la humedad relativa en las
simulaciones puede deberse a la falta de datos observados asimilados de este
parámetro ya que varias de las estaciones que se ocuparon para asimilar datos
presentaron muchos faltantes en los registros en este parámetro.
7. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
Las simulaciones de este trabajo muestran una buena representación de los
patrones atmosféricos observados, pero al mismo tiempo presenta dificultades
para simular la intensidad de los mismos. Eso es más claro en verano, y es visible
tanto en la validación grafica como con la estadística.
La humedad relativa fue el parámetro simulado con mayor error y para
contrarrestar la sobrestimación del modelo en este parámetro se recomienda usar
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
40
estaciones con un mayor número de registros de humedad para asimilarlos en el
modelo. Así mismo tiempo, generar experimentos cortos de validación para
fenómenos atmosféricos determinados podría ayudar a determinar un mejor uso
del modelo y con esto obtener mejores simulaciones. Es decir en los casos de
simulaciones en modo de diagnostico se podría realizar un estudio para
determinar la mejor configuración del modelo en cada fenómeno atmosférico,
como ejemplo: mes de febrero con evento de frente frío y mismo mes en condición
normal.
Es recomendable también, estudiar y realizar experimentos de modelación
aplicados a sistemas tropicales. Lo cual permitiría un mejor entendimiento de la
dinámica atmosférica en la región de la república mexicana así como una mayor
confianza en los escenarios generados por los modelos atmosféricos.
Así mismo, para realizar proyecciones a futuro en simulaciones anuales, es
recomendable hacer un análisis de los fenómenos climáticos y meteorológicos que
se presenten dentro del periodo de estudio, en cuanto a ocurrencia e intensidad de
los mismos y con la finalidad de saber que tanto difieren de las condiciones
normales. El conocimiento de lo anterior brinda una confiabilidad y certeza de que
de la simulación en cuestión correspondería a la situación de anomalías
encontradas, es decir el escenario atmosférico se podría proyectar hacia casos
con similares anomalías atmosféricas ya sean casos normales o extremos.
En una simulación, los parámetros obtenidos como resultado del modelo
dependen en gran medida de las condiciones iníciales, así como de la física y
parametrizaciones utilizadas dentro del modelo. A pesar de que en México ya se
han realizado diversos estudios para identificar las parametrizaciones adecuadas,
estos estudios se limitan a las grandes ciudades donde se tienen los mayores
problemas de contaminación atmosférica. Por lo que es aún necesario realizar una
serie de experimentos que ayuden a determinar la mejor configuración de los
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
41
modelos atmosféricos en casos de terreno complejo, zonas costeras y cambios de
uso de suelo.
De forma general el trabajo a futuro que se puede realizar para la mejora de este
trabajo se resume en las siguientes actividades:
• Usar asimilación de datos de las estaciones climatológicas a pesar de ser
un solo registro diario, así como de los aeropuertos.
• En términos de modelación nacional, seleccionar futuros años a modelar
que contengan una buena cantidad de observaciones meteorológicas de
alta resolución.
• Realizar simulaciones en periodos cortos para determinar la mejor
configuración del modelo, en cada fenómeno atmosférico. Tanto en
sistemas de invierno como frentes fríos como en sistemas tropicales de
verano como ondas tropicales.
• Realizar una simulación con datos climáticos, a fin de determinar anomalías
en términos de modelación. Esto sería de gran relevancia en proyecciones
a futuro.
• Para modelación regional realizar un estudio del impacto que tiene el
terreno complejo dentro de México sobre la modelación meteorológica, así
como los cambios de uso de suelo.
8. REFERENCIAS
Anthes, R. A., y T. T. Warner, 1978: Development of hydrodynamic models suitable for air pollution
and other mesometeorological studies. Mon. Wea. Rev., 106, 1045-1078.
Ballard, S. P., B. W. Golding, y R. N. Smith, 1991: Mesoscale model experimental Forecasts of the
Haar of Northeast Scotland. Mon. Wea. Rev., 119, 2107-2123.
Benjamin, S.G., 1983: Some effects of surface heating and topography on the regional severe
storm environment. Ph.D. thesis, Department of Meteorology, The Pennsylavania State
University, 265 pp.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
42
Betts, A. K., y M. J. Miller, 1986: A new convective adjustment scheme. Part II: Single column tests
using GATE wave, BOMEX, ATEX and Arctic air-mass data sets. Quart. J. Roy. Meteor.
Soc., 112, 693-709.
Betts, A. K., y M. J. Miller, 1993: The Betts-Miller scheme. The representation of cumulus
convection in numerical models, K. A. Emanuel and D. J. Raymond, Eds., Amer. Meteor.
Soc., 246 pp.
Blackadar, A.K., 1962: The vertical distribution of wind and turbulent exchange in a neutral
atmosphere. J. Geophys. Res., 67 (8), 3095-3102.
Bossert, J.E., 1997: An investigation of flow regimes affecting the Mexico City
region. J. Appl. Meteor., 36. 119- 140.
Burk, S. D., y W. T. Thompson, 1989: A vertically nested regional numerical prediction model with
second-order closure physics. Mon. Wea. Rev., 117, 2305-2324.
Chen, F., y J. Dudhia, 2001: Coupling an advanced land-surface/hydrology model with the Penn
State/NCAR MM5 modeling system. Part I: Model implementation and sensitivity. Mon.
Wea. Rev., 129. 569-585.
Cox, R., B. L. Bauer y T. Smith, 1998: A mesoescale model intercomparison. Bull.
Amer. Meteor. Soc., 79, 265-283.
Cressman, G., 1959: An operational objective analysis system. Mon. Wea. Rev.,
87, 367-374.
Dudhia, J., 1989: Numerical study of convection observed during winter monsoon experiment using
a mesoscale two-dimensional model. J. Atmos. Sci., 46, 3077-3107.
Dudhia, J., et al. 1999: PSU/NCAR Mesoescale Modeling System Tutorial Class
Notes and User’s Guide: MM5 modeling System Version 2. NCEP tutorial
note NCEP/NCAR. USA. 264 pp.
ENVIRON and UCR. 2004: “2002 Annual MM5 Simulations to Support WRAP
CMAQ Visibility Modeling for the Section 308 SIP/TIP”. Draft Final Report.
ENVIRON International Corporation and the University of California at
Riverside. April. Available at: http://pah.cert.ucr.edu/aqm/308/mm5.shtml.
Fritsch, J. M., y C. F. Chappell, 1980: Numerical prediction of convectively driven mesoscale
pressure systems. Part I: Convective parameterization. J. Atmos., Sci., 37, 1722-1733.
Grell, G. A., J. Dudhia y D. R. Stauffer, 1994: A description of the fifth-generation Penn State/NCAR
mesoscale model (MM5). NCAR Technical Note, NCAR/TN-398+STR, 117 pp.
Hack, J. J., B. A. Boville, B. P. Briegleb, J. T. Kiehl, P. J. Rasch, and D. L. Williamson, 1993:
Description of the NCAR Community Climate Model (CCM2). NCAR Technical Note,
NCAR/TN-382+STR, 120 pp.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
43
Haltiner, G. J. y R. T. Williams, 1980: Numerical prediction and dynamic meteorology. Wiley, New
York, USA. 477 pp.
Hong, S.-Y., y H.-L. Pan, 1996: Nonlocal boundary layer vertical diffusion in a medium-range
forecast model. Mon. Wea. Rev., 124, 2322-2339.
Janjic, Zavisa I., 1990: The step-mountain coordinate: Physical package. Mon. Wea. Rev., 118,
1429-1443.
Janjic, Z. I., 1994: The step-mountain eta coordinate model: Further development of the convection,
viscous sublayer, and turbulent closure schemes. Mon. Wea. Rev., 122, 927-945.
Kain, J. S., y J. M. Fritsch, 1993: Convective parameterization for mesoscale models: The KainFritsch scheme. The representation of cumulus convection in numerical models, K. A.
Emanuel and D. J. Raymond, Eds., Amer. Meteor. Soc., 246 pp.
Kain,
J. S., 2002: The Kain-Fritsch convective parameterization: An update.
http://www.mmm.ucar.edu/mm5/mm5-papers.html, to be submitted to J. Appl. Meteor.
Kilcoyne, H., 1997: Past & current methods of data assimilation at leading weather
& analysis centers. November 7, 1997.
Krishnamurti, T. N. y Bounoua, L., 1996: An introduction to numerical weather
prediction techniques. CRS Press, 93-119 pp.
Kuo, H. L., 1971: A theory of parametrization of cumulus convection. J. Meteor. Soc. Japon, 49.
744- 756.
Magaña, V. 1985: Experimentos de análisis objetivo para la región IV. Memoria de
la Reunión Anual 1985 de la Unión Geofísica Mexicana, Oaxaca, Oax
Magaña, V. y J. L. Pérez, 1998: Usos de un modelo de mesoescala en el estudio de la dinámica
atmosférica regional de México. GEO UNAM, 5 (1): 33-39.
Mlawer, E. J., S. J. Taubman, P. D. Brown, M. J. Iacono, and S. A. Clough, 1997: Radiative transfer
for inhomogeneous atmosphere: RRTM, a validated correlated-k model for the longwave. J.
Geophys. Res., 102 (D14), 16663-16682.
Pielke, R. A., 1984: Mesoscale meteorological modeling. Orlando, Academic
Press., 611.
Reisner, J., R. J. Rasmussen, y R. T. Bruintjes, 1998: Explicit forecasting of supercooled liquid
water in winter stroms using the MM5 mesoscale model. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 124B,
1071-1107.
Shafran, P. C., N. L. Seaman, y G. A. Gayno, 2000: Evaluation of numerical predictions of boundary
layer structure during the Lake-Michigan Ozone Study. J. Appl. Meteor., 39, 412-426.
Stauffer, D. R. y N. L. Seaman, 1990: Use of four-dimensional data assimilation in a limited area
mesoescale model. Part I: Experiments with synoptic data. Mon. Wea. Rev. 118, pp. 12501277.
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
44
Stenger, R. A., 2000: Sensitivity studies on a limited area mesoscale model: an
examination af lateral boundary placement, grid resolution and nesting type.
Air Force Institute of Technology, Thesis for the degree of Master of Science
in Meteorology. 215 pp.
Tripoli, G.J. y T.N. Krishnamurti, 1975: Low- lwvwl flows over the GATE area during summer 1972.
Mon. Wea. Rev., 103, 197-216
Willmott, C. J., 1982: Some comments on the evaluation of model performance.
Bull. Amer. Meteor. Soc., 63, 1309-1313.
Willmott, C. J., S. G. Ackleson, R. E. Davis, J. J. Feddema, K. M. Klink, D. R.
Legates, J. O’Donnell, y C. M. Rowe, 1985: Statistics for the evaluation and
comparison of models. J. Geophys. Res., 90, 8995-9005.
Xiu, A. y J. E. Pleim, 2000: Development of a land surface model part I: Application in a mesoscale
meteorology model. J. Appl. Meteor., 40, 192-209.
Zitácuaro, A. 2004: Simulación de la circulación local en el Valle de México durante el experimento
CAM-MIT-2002. Tesis de Licenciatura en Ciencias Atmosféricas. Fac. de
Instrumentación
Veracruzana.
Electrónica
y
Ciencias
Atmosféricas,
Universidad
Sitios web:
http://www.cdc.noaa.gov
http://tethys.acamet.org/esp.htm
http://smn.cna.gob.mx/productos/emas/emas.html
http://www.mmm.ucar.edu/mm5/mm5-home.html
Simulación Anual de Campos Meteorológicos para el Año 1999 en México
45