. 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. 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