1694 2011 - Instituto Politécnico Nacional

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD TICOMÁN "ESTUDIO DE LAS CONDICIONES EN LA FORMACIÓN DE NIEBLA EN EL AEROPUERTO DE TOLUCA COMO UNA HERRAMIENTA EN LA MITIGACIÓN DE RIESGOS EN LAS OPERACIONES AERONÁUTICAS" TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN AERONÁUTICA PRESENTA: ALAN MAURICIO JEREZ JIMÉNEZ ASESORES: DR. JOSE CARLOS JIMÉNEZ ESCALONA M EN C. LUIS GARCÍA ROJAS REYNOSO DR. VICTOR MAGAÑA RUEDA MÉXICO D.F. ABRIL DE 2011 Agradecimientos Agradezco a Dios por llenar mi vida de dicha y bendiciones. Por estar conmigo en cada momento de mi vida, iluminar mi mente y fortalecer mi espíritu. Darme la dicha de vivir, aprender y disfrutar de la vida. Agradezco a mi madre y mi abuelita por su amor, cariño, apoyo y comprensión. A mi madre Teresa por su apoyo y total confianza en mí, por darme el ánimo para seguir continuando y su amor incondicional. A mi abuelita Yolanda por sus cuidados, consejos y su amor hacia mí, a ellas les dedico todo mi esfuerzo y trabajo puesto en esta tesis. Agradezco a mis asesores por su disposición y ayuda brindadas, al Dr. José Carlos por toda su ayuda, su esfuerzo y conocimientos brindados de manera excepcional, y por estar siempre apoyándome en este trabajo y alentándome a seguir, y al cual considero más que un asesor un amigo, al Dr. Víctor Magaña por permitir brindarme su tiempo y conocimientos en meteorología siendo un honor tenerlo como asesor y al Mtro. Gustavo por su tiempo y por hacerme dar cuenta de la importancia de este trabajo. 5 vi INDICE DE CONTENIDO Índice de figuras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii Índice de tablas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv Resumen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1.- Generalidades….....………………………………………………………………….. 1 1.1.1.- Antecedentes……...………………………………………………………….. 1 1.1.2.- Investigación sobre la niebla.................................................................... 3 1.2.- Planteamiento del problema................................................................................. 4 1.3.- Alcance................................................................................................................. 5 1.4.- Objetivo del proyecto............................................................................................ 6 1.5.- Justificación........................................................................................................... 6 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1.- Conceptos básicos de Meteorología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.1.- Procesos termodinámicos en la atmósfera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.2.- Formación de niebla de radiación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.3.- Tipos de niebla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1.4.- Niebla por radiación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.- Niebla en los aeropuertos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.1.- Operaciones aeroportuarias afectadas por la niebla. . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.2.- Sistemas que ayudan en presencia de niebla en aeropuertos. . . . . . . . . 14 2.2.3.- Recomendaciones del manual de información aeronáutica. . . . . . . . . . . 15 2.3.- El caso de la niebla en el Aeropuerto de Toluca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3.1.- Infraestructura en el Aeropuerto de Toluca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3.2.- Problemática Histórica en las operaciones aeroportuarias en Toluca debido a la presencia de niebla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 i CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACION 3.1.- Datos meteorológicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1.1.- Red de estaciones meteorológicas en los alrededores del aeropuerto de Toluca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1.2.- Metodología de la compilación de información de las estaciones. . . . . . 25 3.1.3.- Elaboración de meteorogramas del aeropuerto de Toluca. . . . . . . . . . . 28 3.1.4.- Generación de base de datos mediante información METAR y SPECI. 30 3.1.5.- Desarrollo de gráficas obtenidas de información METAR. . . . . . . . . . . . 33 3.2.- Caracterización Sinóptica del fenómeno niebla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2.1.- Desarrollo de graficas meteorológicas de la zona aeroportuaria. . . . . . . 41 CAPÍTULO IV DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1.- Series de tiempo de los datos meteorológicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.1.1.- Series de tiempo de la temperatura y humedad relativa en el AIT. . . . . . 47 4.1.2.- Medida operacionales para enfrentar la presencia de Niebla. . . . . . . . . . 52 CAPÍTULO IV CONCLUSIONES 5.1.- Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 BIBLIOGRAFIA Bibliografía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Glosario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 ii INDICE DE FIGURAS Figura 2.1.- Relación entre temperatura y presión de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figura 2.2.- Gráfico que representa el porcentaje de accidentes en aeropuertos de Estados Unidos relacionados con el clima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figura 2.3.- Variación en la separación de Aproximación y despegue entre aeronaves debido a condiciones no favorables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 2.4.- Pista de Aterrizaje del Aeropuerto Internacional de Toluca. . . . . . . . . . . . 18 21 Figura 3.1.- Ubicación de las estaciones meteorológicas ubicadas a los alrededores del Aeropuerto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Figura 3.2.- Estaciones meteorológicas en la zona del AIT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Figura 3.3.- Promedios mensuales de días con niebla en estaciones meteorológicas. 28 Figura 3.4.- Meteorograma del día 28-Oct-2000. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Figura 3.5.- Intensidad (m/s) y dirección del viento en el Aeropuerto Internacional de Toluca durante el fenómeno de la Niebla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Figura 3.6.- Porcentaje de la velocidad del viento durante el fenómeno de la niebla. 35 Figura 3.7.- Gráfico del promedio de visibilidad en AIT durante el mes de noviembre. 36 Figura 3.8.- Gráfico del promedio de la temperatura en AIT durante el mes de noviembre del 2000. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Figura 3.9.- Histograma del horario de formación y disipación de la niebla en noviembre en el aeropuerto de Toluca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Figura 3.10.- Histograma del horario de formación y disipación de la niebla en octubre en el aeropuerto de Toluca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Figura 3.11.- Histograma del horario de formación y disipación de la niebla 19992009. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Figura 3.12.- Gráficos de las temperaturas del 7-12 de octubre de 2006. . . . . . . . . . . 42 Figura 3.13.- Velocidad del viento durante el día 9-oct-2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Figura 3.14.- Velocidad del viento durante el día 10-oct-2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Figura 3.15.- Mapa meteorológico de la humedad relativa en la zona de Toluca. . . . . 46 Figura 4.1.- Serie de Tiempo de la Temperatura, HR y eventos de niebla del mes de Septiembre (1996-2010). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Figura 4.2.- Serie de Tiempo de la Temperatura, HR y eventos de niebla del mes de Octubre (1996-2010). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Figura 4.3.- Serie de Tiempo de la Temperatura, HR y eventos de niebla del mes de Noviembre (1996-2010). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 iii Figura 4.4.- Serie de Tiempo de la Temperatura, HR y eventos de niebla del mes de Diciembre (1996-2010). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Figura 4.5.- Días con Niebla en el año en el Aeropuerto Internacional de Toluca. . . . 51 Figura 4.6.- Hoja de Pronostico de Niebla en el Aeropuerto de Melbourne. . . . . . . . . 51 INDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Categorías de vuelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Tabla 2.2.- Impacto en las operaciones de acuerdo al techo de nubes. . . . . . . . . . . . 16 Tabla 2.3.- Criterios generales sobre aproximaciones de vuelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Tabla 3.1.- Estaciones meteorológicas cercanas al AIT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Tabla 3.2.- Claves de los datos meteorológicos en el CLICOM. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Tabla 3.3.- Símbolos para interpretación de meteorogramas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Tabla 3.4.- Reporte meteorológico (METAR) 30-nov-2002. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Tabla 3.5.- Dirección y velocidad del viento en AIT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 iv Resumen La finalidad de este estudio es llevar a cabo una recopilación de datos históricos para realizar un análisis estadístico de los eventos de niebla en el aeropuerto internacional de Toluca y sus condiciones meteorológicas particulares para la formación de este fenómeno. La identificación de los tipos de niebla que ocurren en la zona del aeropuerto de acuerdo a su formación y la variación en cuanto a la duración del fenómeno dependiendo de la época del año, ya que determinados meses tienen eventos de niebla más prolongados que afectan las operaciones aeroportuarias. Las variables meteorológicas de la temperatura, humedad relativa, velocidad e intensidad del viento a nivel de superficie tienen una relación directa con el fenómeno. Las condiciones meteorológicas precedentes al fenómeno de la niebla son muy importantes para establecer la posibilidad de que ocurra el fenómeno y también que tan prolongado puede ser este. Esta recopilación de datos se logra mediante los reportes meteorológicos aeronáuticos (METAR) de la estación del AIT, información que se actualiza a cada hora, y con la cual se pueden recrear series de tiempo de los valores meteorológicos, establecer tendencias para determinados meses y una climatología del aeropuerto. Un buen pronóstico puede sugerir tomar acciones para tratar de evitar retrasos y cancelaciones en los vuelos, para que las aerolíneas y aeropuertos tomen las medidas adecuadas respetando las normas de seguridad establecidas durante el evento de la niebla. Todo esto mediante el trabajo en conjunto entre el personal de la torre de control del aeropuerto y la tripulación en la aeronave. v CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1 Generalidades 1.1.1 Antecedentes Desde los inicios de la aviación los fenómenos que reducen la visibilidad se tornaron como un problema que ponía el riesgo las operaciones aeroportuarias. La meteorología y la aviación han estado desde siempre ligadas, los pioneros de la aviación tomaban en cuenta factores de dirección del viento para llegar a realizar las pruebas de sustentación y también observaban que ciertas condiciones no ayudaban al desarrollo de las operaciones aeronáuticas. Por ello la meteorología pasó a ocupar un lugar fundamental en el desarrollo de este medio de transporte. Conocer el estado del tiempo, la dirección y velocidad del viento, la presencia de tormentas o lluvia, se convirtió en algo indispensable para los aeronautas y sus frágiles aparatos (González, 2009) Con la evolución de la aviación también se desarrollaron otros tipos de estudios que apoyaron la compresión de los fenómenos que interactúan con la aeronave. Una de estas ciencias que se desarrollo en beneficio de la aviación fue la meteorología aeronáutica, la cual se encarga del estudio y la compresión de los fenómenos atmosféricos que interactúan directa e indirectamente con las operaciones aeronáuticas. Una de las condiciones atmosféricas que ha afectado a la aviación desde sus orígenes son la presencia de fenómenos meteorológicos que disminuyen la visibilidad (p. ej. Techo de nubes bajo, niebla o neblina, lluvia, entre los más importantes). En el pasado las condiciones de visibilidad eran primordiales debido a que las operaciones de aéreas se llevaban a cabo bajo reglas de vuelo visual. Si una aeronave en ruta se encontraba con un banco de nubes, la visibilidad del piloto se reducía incrementando fuertemente la probabilidad de colisionar con algún obstáculo. Debido a esto, los vuelos eran delimitados por las condiciones imperantes de la zona geográfica, dando como respuesta el no operar bajo este tipo de condiciones de tiempo presente. 1 La presencia de niebla en un aeródromo ha sido un problema en la aviación desde sus orígenes y se ha ido incrementando con el importante aumento del número de operaciones aeroportuarias a nivel mundial. En la historia se han presentado accidentes de consecuencias fatales y que han implicado a las compañías aéreas grandes pérdidas monetarias como el ocurrido en el aeropuerto de los Rodeos (Aeropuerto de Tenerife Norte en la actualidad), España. Ocurrido en 1977 en el cual colisionaron dos Boeing 747 de las compañías KLM y PanAm, en donde perdieron la vida 583 personas (Douglas, 1978). Otro importante caso en donde se presento un accidente ocasionado por la presencia de niebla en un aeródromo fue el ocurrido en el aeropuerto de Linate, Milán en 2001, en el cual chocaron una aeronave Boeing MD-87 de la aerolínea ESCANDINAVIA SAS y avioneta Cessna 525-A, de servicio particular, Este grave percance dejo un saldo de 114 víctimas mortales y en donde una de las principales causas del accidente se tuvo una baja visibilidad por la presencia de un denso banco de niebla (ANZA, 2004). Como se menciono anteriormente, llevar a cabo operaciones aeroportuarias que requieran del desplazamiento de las aeronaves bajo condiciones de visibilidad desfavorable conllevan, a retrasos e inclusive accidentes. Debido a la creciente demanda de la industria aérea, la importancia en los estudios de los fenómenos meteorológicos que afectan la visibilidad fue tomando mayor interés por la comunidad científica. Se desarrollaron grandes avances en el estudio y comprensión de las propiedades físicas de la niebla. Dichos progresos permitieron el desarrollo de técnicas que buscaban la disipación del fenómeno. Por ejemplo, a finales de los años se desarrollo una técnica por medio de aspersión de partículas de sal en particular aquellas muy cargadas de cloruro de calcio (Houghton y Radford, 1938), que buscaban aumentar el tamaño de las gotitas hasta que estas precipitaran para ser removidas de la atmósfera. Otro importante intento por disipar la niebla en la zona de pistas de un aeródromo se dio a mediados de los años 40’s en donde se utilizaban grandes cantidades de calor para disipar, por evaporación, las gotitas de niebla. Este experimento denominado “Plan de Investigación de Operaciones de Dispersión de Niebla” (FIDO, por sus siglas en inglés), empleaba quemadores de queroseno a lo largo de la pista (Popular Science, 1945). En la actualidad el desarrollo tecnológico con radares cada vez más eficientes ha permitido que los aviones modernos puedan volar con cero visibilidad. El problema 2 principal de este fenómeno se presenta cuando los aviones están en tierra debido a que la visibilidad se reduce de manera significativa incrementando el riesgo de una colisión con algún obstáculo tanto fijo como móvil en la pista o calles de rodaje. 1.1.2 Investigación sobre la niebla Se han desarrollado diferentes técnicas de predicción de la formación de niebla basadas en modelos matemáticos. Algunas de estas técnicas se basan en métodos analíticos como el modelo High Resolution Limited Area Model (HIRLAM) el cual se utilizo para la predicción de episodios de niebla en el aeropuerto de Barajas España (Cano 2003), así como el modelo COBEL 1D, utilizado para estudiar los fenómenos de niebla en los aeropuertos de Paris, Francia y de Zúrich, Suiza (Muller, 2005). Otra técnica para el estudio de la niebla que se ha desarrollado es la caracterización sinóptica y meteorológica de la formación de niebla para comprender el comportamiento del fenómeno (p. ej. Slemmer 2004; Chang Ki y Yum, 2009). Se han reportado casos en donde se ha llevado a cabo que el análisis de datos meteorológicos históricos del aeropuerto con el objetivo de caracterizar las condiciones ambientales que preceden la formación del fenómeno de la niebla. Este tipo de estudios se realizan con la finalidad de ayudar en la elaboración de acciones a tomar para la prevención de accidentes en las operaciones aeroportuarias. Un ejemplo de este tipo de estudio es el desarrollado por Bakowski (2005) para el aeropuerto de Varsovia, Polonia, en el cual llevo a cabo un análisis de datos sinópticos de 30 años. Otro caso en el que se ha recopilado información histórica para tratar de caracterizar las condiciones que preceden a la formación de la niebla, es el reportado por Newman (2001), para el Aeropuerto de Melbourne, Australia. En este estudio se recopilaron datos para los casos de la presencia de niebla ocurridos en dicho lugar. Estas observaciones corresponden a 34 años de datos, en los que se presentaron 390 casos que sirvieron para llevar a cabo un análisis de condiciones sinópticas de producción de niebla. Existen estudios que solo se enfocan en los datos meteorológicos de los meses con mayor probabilidad de formación de niebla, Un ejemplo de este tipo de estudios es el realizado por Latinov (2005), en el aeropuerto de Sofía, Bulgaria, En este caso se 3 utilizaron datos relacionados solo a los meses con mayor trascendencia en el fenómeno, como son octubre, noviembre y diciembre. Con esta información se aplicaron métodos estadísticos para recrear escenarios de las condiciones sinópticas precedentes a la niebla. Un estudio de caracterización a partir de la recolección de datos históricos de la presencia de niebla también fue desarrollado en el aeropuerto Internacional de Incheon en Corea del Sur. En el lugar se realizó una caracterización sinóptica de la formación de niebla basada en la recolección de datos de Enero del 2002 hasta Agosto del 2006 (Chang Ki y Yum 2009). El aeropuerto de Incheon presento 837 retrasos en operaciones aéreas y 138 vuelos cancelados debido a la presencia de niebla en el periodo de 2001 a 2005. Esto representa el 8% y 12% respectivamente de retrasos y cancelaciones de vuelo de todas las operaciones aéreas que tuvo el aeropuerto en dicho periodo. 1.2 Planteamiento del problema Uno de los grandes problemas que presenta el aeropuerto internacional de Toluca es la constante formación de niebla en ciertas épocas del año (en promedio 70 eventos en el año principalmente en la época de invierno). Como se ha visto anteriormente, esto genera dentro del aeropuerto situaciones de alto riesgo para las operaciones aeroportuarias como la integridad de los usuarios y personal involucrado en estas operaciones. Debido a las condiciones orográficas y factores naturales de la zona en donde se encuentra el aeropuerto internacional de Toluca, es necesario llevar a cabo un estudio que brinde información de las características y el comportamiento de la formación de niebla en determinadas épocas del año. Esto permitiría a las autoridades aeronáuticas, encargadas de la seguridad de las operaciones aeroportuarias, efectuar procedimientos de gestión de riesgo de accidentes acorde con los anexos de la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional). La formación de niebla en Toluca en determinadas épocas del año (principalmente en invierno), es una problemática común del altiplano mexicano. La niebla ocasiona problemas en los sistemas de transporte por la pérdida de visibilidad, y el sector aeronáutico es uno de los más afectados por este fenómeno. Aunque se cuenta con tecnología de primer nivel en las instalaciones del aeropuerto para navegación, si las aeronaves no están equipadas para aprovecharla y si los pilotos no tienen la certificación 4 para operar bajo estas condiciones el beneficio es poco. Los radares solo solucionarían la cuestión de aterrizaje y despegue, pero las operaciones en tierra seguirían siendo una la dificultad y las medidas que se recomiendan por la OACI llevan a una disminución en las operaciones (Anexo 11, OACI, Cap.3.8). La solución al problema del fenómeno niebla ha sido una inquietud que ha estado latente. La intención de este estudio, es realizar una investigación de la región, un estudio del comportamiento de la niebla y de esta manera proponer algunas las posibles soluciones que ayuden a mitigar los riesgos por este tipo de fenómeno. La problemática de la niebla se puede ilustrar usando el caso del día 10 de Octubre del 2006 en el cual el aeropuerto de Toluca tuvo que cancelar sus operaciones debido a la presencia de una densa niebla. Las autoridades del aeropuerto determinaron cancelar los primeros vuelos a diversas entidades del país. Las operaciones aeroportuarias se reanudaron hasta las 8:30 horas, los vuelos cancelados tenían como destino las ciudades de Monterrey, Nuevo León, Guadalajara, Jalisco y Tijuana, Baja California (El Universal, 2006). Lo que genera interés es que es un fenómeno con condiciones particulares, ya que en la zona del aeropuerto la formación de niebla abarca una región considerable de varios kilómetros. La humedad que proviene que los lagos y ríos que se desplaza hacia la zona también favorece a que se desarrolle la niebla. Estos son temas de análisis y fundamentales para desarrollar una investigación a fondo tomando en cuenta todas las variables que se puedan extraer. 1.3 Alcance El propósito de este estudio es determinar las características meteorológicas específicas para la zona del aeropuerto y sus alrededores que favorecen la ocurrencia de la niebla. Analizando las características del tipo de niebla y las condiciones que los propician y la disipan a partir de datos históricos de las estaciones meteorológicas ubicadas alrededor de la zona del aeropuerto de Toluca. Este análisis permitirá contar con una herramienta que ayude a la reducción de peligros por la presencia de este fenómeno. Realizar una climatología en particular del aeropuerto, en la cual se muestre las condiciones a evaluar de la niebla, la zona de tendencia de los eventos del fenómeno y de las variables a considerar como lo son la humedad, la temperatura, la velocidad y dirección del viento. 5 Dentro de la climatología aeronáutica que se va a realizar, se pretende definir la duración del fenómeno a lo largo del día, la hora en la cual comienza y la hora en que termina, estudio de los días críticos en los cuales el aeropuerto tuvo que cerrar sus operaciones debido a la niebla. Definir la cantidad de días en el mes con eventos de niebla a lo largo de varios años, definir los meses con más frecuencia del evento. Indicar los patrones de similitud de los eventos de niebla que se van analizar, de esta forma tratar de identificar tendencias probabilísticas y condiciones iniciales que normalmente suceden antes de la formación del fenómeno. 1.4 Objetivo del proyecto Así, se realizará una recopilación de la información histórica de los datos meteorológicos previos a los días donde se reporta la presencia de niebla en la zona del aeropuerto de Toluca. Con esto se llevará a cabo una evaluación comparativa con respecto a otros casos de niebla en aeropuertos del mundo. Por otra parte hacer una evaluación histórica general y particular en el caso del aeropuerto de Toluca cuando se presente el fenómeno de la niebla en las operaciones aeroportuarias. Requiere dar una explicación de algunas de las herramientas utilizadas en la meteorología para el estudio del tiempo y caracterización de fenómenos atmosféricos como lo son los datos de tiempo presente emitidos por las estaciones meteorológicas, la interpretación de meteorogramas, Informes meteorológicos aeronáuticos (METAR), mapas sinópticos del tiempo de las condiciones atmosféricas 1.5 Justificación Debido a las condiciones geográficas en las que se encuentra la zona del aeropuerto de Toluca, el fenómeno de la niebla se presenta de forma recurrente, principalmente en ciertos meses del año en donde las condiciones atmosféricas favorecen la formación de este fenómeno. La presencia de niebla en esta zona genera importantes afectaciones en las operaciones aeroportuarias. Por esta razón, realizar un estudio de caracterización del fenómeno en esta área, ayuda a establecer el origen del problema. Esto es de suma importancia debido a la cercanía de este aeropuerto a la Ciudad de México, lo que lo hace una de las opciones de aeropuerto alterno. Además que por esta misma razón tiene una tendencia a incrementar sus operaciones. 6 Durante el fenómeno de la niebla los controladores de tráfico aéreo también se enfrentan a tener que anticiparse a la capacidad de operación disponible del aeropuerto, para que el flujo de operación de los aviones entrantes se pueda regular de modo que coincida con la cantidad de puestos disponibles para las llegadas. El costo económico y la incomodidad para las personas son altos y sólo subirá a medida que aumente el volumen de tráfico aéreo. Esta investigación trata de lograr una manera eficiente de manejar la información meteorológica y obtener un panorama con el cual determinar posibles soluciones o alternativas. 7 CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1 Conceptos básicos de meteorología 2.1.1 Procesos termodinámicos en la atmósfera En la atmósfera se presentan diferentes procesos termodinámicos, como lo son: isobáricos, adiabáticos, isotérmicos e isoentálpicos entre otros. Un proceso termodinámico en la atmósfera es el enfriamiento isobárico, un ejemplo de esto es la formación del rocío. En cuanto a la formación de rocío esta depende, entre otros factores, del enfriamiento del suelo durante la noche debido a la pérdida neta de energía por emisión de radiación infrarroja. Esta pérdida de energía es más eficiente durante las noches despejadas cuando el efecto invernadero disminuye, haciendo posible que se alcance el punto de saturación a nivel de superficie, lo que lleva a la formación de rocío. Si una masa de aire en la atmósfera se enfría a presión constante hasta descender su temperatura por debajo del punto de rocío, se producirá la condensación en forma de gotitas microscópicas formadas sobre núcleos de condensación como lo pueden ser la vegetación, partículas de polvo y la contaminación en el aire. 2.1.2 Formación de niebla de radiación La HR varía fuertemente con la temperatura (ver figura 2.1), en donde se toma una muestra en punto P que es enfriada hasta llegar al punto Q, en donde llega a la línea de saturación esto indica que la presión de vapor , se convierte en la , por lo que en este punto es donde se forma la niebla. Esto se puede explicar por medio de la ecuación de Clausius-Clapeyron la cual indica la relación que existe entre la variación de la presión de vapor y la temperatura ambiente. 8 Figura 2.1 Relación entre temperatura y presión de vapor. (Iribarne y Godson, 1981) En donde: = calor latente de vaporización = constante universal de los gases del vapor = temperatura de evaporización Esta ecuación describe el comportamiento del vapor de agua en la atmósfera con la variación de la temperatura. Si se considera las condiciones de formación de niebla en donde rocío y y se despeja las variaciones de esta temperatura al punto de se tiene: Donde: = presión de vapor del agua = temperatura de punto de rocío 9 Reordenando la ecuación se tiene la fórmula que describe la concentración de la niebla en función de Otro dato importante de la niebla es la densidad de esta, para comprender las características de esta variable primero se observa la densidad de vapor. Asumiendo que el vapor de agua se comporta como un gas ideal, la masa de vapor de agua por unidad de volumen estará dada por: Ahora para describir los cambios en esta densidad ( ) se puede mostrar la forma diferencial de la ecuación, Analizando la ecuación de Clausius-Clapeyron se obtiene: Sustituyendo en la ecuación anterior se tiene: de esta ecuación se deriva la formula de la variación de la concentración de la niebla: En donde: Esta fórmula muestra que las variaciones de la concentración de niebla en un área determinada se comportan inversamente proporcional a los cambios de temperatura. Esto 10 indica que si existe un descenso en la temperatura la densidad de la niebla puede aumentar considerablemente en el lugar. 2.1.3 Tipos de niebla La saturación del aire es la capacidad máxima de vapor de agua que puede retener a una temperatura y presión determinadas. La saturación del aire se logra bien disminuyendo la temperatura manteniendo esta a presión constante o aumentando la presión en el aire a temperatura constante. Por lo tanto el aire saturado presenta una humedad relativa del 100%, pero esta condición de la humedad relativa puede variar si la saturación del aire se presenta en ambientes contaminados. Conforme a esto la niebla se puede clasificar según el origen del enfriamiento que dio origen a la condensación: evaporación, enfriamiento ó mezcla. Niebla por evaporación Esta se forma en la parte inferior de una masa de aire húmedo que se traslada sobre una superficie más fría. Los dos tipos comunes son la niebla de vapor y las nieblas frontales. Niebla por enfriamiento Este tipo de niebla se presenta debido a la disminución en la capacidad del aire para retener vapor de agua (saturación del aire) cuando la temperatura en superficie comienza a descender. Mediante este mecanismo se forma la niebla de radiación y la niebla de advección. Niebla de mezcla Este tipo de nieblas se forman cuando se encuentran dos corrientes de aire de naturaleza distinta, (corrientes de aire frio con corrientes de aire húmedo templado), en la zona donde se mezclan se enfriará el aire provocando la formación de la niebla. 2.1.4 Niebla por radiación La niebla de radiación se genera cuando cesa el calentamiento de la superficie del suelo (radiación solar), la superficie se enfría e induce al enfriamiento de la capa más baja de la 11 atmósfera. Si el cielo está despejado la radiación emitida por la tierra escapa a la atmósfera lo que permite la disminución gradual de la temperatura. Si no existen vientos en la superficie propicia la condensación del aire lo que genera la niebla (Mason, 1982). Durante la formación y crecimiento de la niebla esta se extiende de manera vertical y horizontal, si el ambiente presenta un entorno contaminado los núcleos de condensación permiten la formación de niebla densa de manera más rápida. Una vez que la niebla se profundiza limita la perdida de calor por radiación lo que permite mantener una temperatura casi constante. El tipo de suelo donde actúa el fenómeno causa variaciones en la humedad y la velocidad con que la superficie se enfría, acelerando o atrasando la formación de la niebla (Mason, 1982). Para que un episodio de niebla se pueda mantener durante periodos de tiempo largos, tiene que llegar haber una inversión térmica mediante esto se establece un equilibrio entre la condensación en la superficie de la capa de niebla y los procesos de evaporación y asentamiento de las gotitas, lo que permite el espesor de la capa de niebla (Mason, 1982). En tanto en la fase de la disipación de la niebla, esta dependerá principalmente del calentamiento radiativo y la aparición de vientos moderados ó fuertes en la superficie de la capa de niebla, lo que permitirá la disminución de la humedad en el ambiente lo que produce una mejora en la visibilidad (Mason, 1982). 2.2 Niebla en los aeropuertos 2.2.1 Operaciones aeroportuarias afectadas por la niebla La reducción de visibilidad debido a la niebla puede resultar en restricciones a los movimientos en un aeropuerto, la reducción de la capacidad (debido a la separación de procedimiento cada vez mayor entre despegues de aviones y aterrizajes con el fin de mantener la seguridad), y puede conducir al cierre temporal del aeropuerto. Con frecuencia, la niebla causa retrasos, desvíos o cancelaciones de vuelos. Casi el 74 % de todos los retrasos que se producen en los aeropuertos y en los puertos marinos se deben al clima, siendo la causa de la mayoría de ellos un techo de nubes bajo y condiciones de escasa visibilidad (ASIS, 2010). 12 En Estados Unidos el impacto económico a nivel nacional debido a efectos en operaciones de transporte afectadas por el techo de nubes y la baja visibilidad alcanza los 300 millones de dólares al año. De esa fuerte suma, alrededor de unos $75 millones de dólares se hubieran podido evitar a través de mejores pronósticos de techo de nubes y visibilidad (ASIS, 2010). La Junta Nacional de Seguridad del Transporte (NTSB, por sus siglas en inglés), realizó un estudio de diez de duración (1994-2003) acerca de los accidentes aéreos acontecidos durante ese período, el estudio revelo que en más del 20% de los casos un techo de nubes bajo o condiciones de escasa visibilidad incidieron en los accidentes aéreos (ASIS, 2010). El 68 % de dichos accidentes se atribuyeron específicamente a niebla y techos de nubes bajos (figura 2.2). 17% 39% TECHO DE NUBES BAJO 15% NIEBLA NUBES OTROS FACTORES DE VISIBILIDAD 29% Figura 2.2 Gráfico que representa el porcentaje de accidentes en aeropuertos de Estados Unidos relacionados con el clima (1994-2004). La magnitud en la gravedad de los accidentes es debido a tomar malas decisiones en las operaciones de aterrizaje y despegue por parte del personal en el aeropuerto y la tripulación en la aeronave, debido a la poca o nula visibilidad. La óptima comunicación de la torre de control de tráfico aéreo con la tripulación en la aeronave es primordial para tomar la mejor decisión en la presencia de este fenómeno. Tener en cuenta de las limitantes del aeropuerto cuando ocurre este fenómeno, contar con la tecnología adecuada para operar bajo estas condiciones, pronósticos 13 meteorológicos acertados y con anticipación y tener preparado los posibles escenarios a presentarse en las horas previas al fenómeno para tomar mejores decisiones (evitar menos retrasos y cancelaciones), mediante esto se lograra evitar menores pérdidas económicas y se mantendrá una mayor condición de seguridad en las operaciones aeroportuarias. 2.2.2 Sistemas que ayudan en presencia de niebla en aeropuertos La niebla es un factor significativo que afecta el control del tráfico aéreo (CTA). Representa limitaciones en la capacidad del aeropuerto, provocando la reducción del Alcance Visual en Pista (RVR, por sus siglas en inglés). Los reportes METAR y TAF sólo están disponibles para estimar las variaciones en la visibilidad, pero no para calcular el RVR. Radares de Superficie en Aeropuertos El funcionamiento de estos radares consiste en la medición de las partículas de agua en el ambiente, considerando el radio de las gotas (en micras) y el índice de refracción de estas, un ambiente saturado es el parámetro para definir la presencia de niebla. Tomando en cuenta los tipos de niebla existen parámetros que establecen los rangos entre cada tipo debido a la dimensión del radio de la gota, la reflectividad por unidad de volumen, el contraste entre las ondas electromagnéticas en el ambiente. Mediante estas mediciones se pueden generar parámetros de similitud, en los cuales la referencia es la dimensión de la gota, y entonces determinar la magnitud del fenómeno niebla (la rapidez con se formará y se disipará). Sistema de Aterrizaje por Instrumentos En la actualidad existen aeropuertos que cuentan con un sistema de aterrizaje por instrumentos de alta precisión (dependiendo la categoría) que normalmente se compone de los siguientes componentes electrónicos y ayudas visuales: localizador (señal horizontal), pendiente de planeo o glideslope (señal vertical), marcador externo, marcador medio, luces de aproximación. Debido a estos sistemas, las aeronaves que en su operación de aterrizaje al aeropuerto pueden seguir un procedimiento de aproximación por instrumentos para aterrizar inclusive 14 en condiciones de visibilidad limitada o nula. Estos procedimientos están divididos en tres categorías (I, II y III) determinadas por la altura a la cual el piloto debe decidir si va a aterrizar o no (la altura de decisión) (Anexo 6, OACI, Cap. 1). El sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS, por sus siglas en inglés) es un sistema que permite a los aviones aterrizar en condiciones de baja o nula visibilidad, proporcionando información a la aeronave tanto vertical como lateral con referencia en la pista, que sirve como apoyo a la tripulación (o al piloto automático) para llevar el avión a aterrizar con seguridad. 2.2.3 Recomendaciones del manual de información aeronáutica La FAA en su Manual de Información Aeronáutica (AIM, por sus siglas en inglés) de acuerdo a lo establecido en el anexo 3 de OACI, señala una serie de indicaciones para intentar garantizar la seguridad de los pasajeros de un vuelo y la seguridad del aeropuerto, cuando se tiene presente un fenómeno meteorológico que afecte la operación. La razón de operar bajo las reglas de vuelo visual (VFR, por sus siglas en inglés) o las reglas de vuelo instrumental (IFR, por sus siglas en inglés) determina el grado de eficacia con que se puede operar un campo de aviación y los tipos de aviones y pilotos que pueden aproximarse o despegar (AIM, Safety of Flight, 2010). Tabla 2.1 Categorías de vuelo (AIM, Safety of Flight, 2010) Categoría de vuelo LIFR IFR MVFR VFR Techo de nubes Visibilidad (metros/pies) (km/millas terrestres) < 150 m (500 pies) > 150 m (500 pies) a < 300 m (1000 pies) > 300 m (1000 pies) a < 900 m (3000 pies) > 900 m (3000 pies) o ninguno y/o y/o y/o y < 1,6 km (1 milla terrestre) > 1,6 a < 5 km (> 1 a <3 millas terrestres) > 5 a < 8 km (> 3 a < 5 millas terrestres) > 8 km (> 5 millas terrestres) 15 Los valores de techo de nubes y visibilidad de 180 m (600 pies) y 3,2 km (2 millas), respectivamente, repercuten en el uso del aeropuerto como alternativa en el plan de vuelo, ya que la mayoría de los operadores no podrán utilizarlo como aeropuerto alternativo bajo las reglas IFR. Los valores de techo de nubes inferiores a los 60 metros (200 pies) y un valor de visibilidad menor de 800 metros (0,5 milla) influyen en la capacidad del piloto de hacer planes para un vuelo a un aeropuerto con una aproximación de precisión, ya que a la mayoría de los operadores les está prohibido autorizar vuelos a un aeropuerto bajo estas condiciones. La tabla 2.2 presenta otros umbrales de techo de nubes y visibilidad que influyen en las operaciones de llegada, despegue y aterrizaje (es decir, afectan a los aspectos de seguridad, capacidad y/o eficiencia de las operaciones aeronáuticas, especialmente en los aeropuertos grandes y los que se consideran centros de conexiones). Tabla 2.2 Impacto en las operaciones de acuerdo al techo de nubes (AIM, 2010) Umbral de techo de nubes Impacto en las operaciones y/o visibilidad Se requiere un destino alternativo y más carburante < 600 metros (2000 pies) y/o < para planear un vuelo IFR. Puede restringir las 5 km (3 millas) aproximaciones visuales y reducir los índices de llegada al aeropuerto. < 240 metros (800 pies) y/o < 3,2 km (2 millas) < 180 m (600 pies) y/o < 3,2 km (2 millas) No se puede usar un aeropuerto que no permite aproximaciones de precisión como alternativa al planear un vuelo IFR. La mayoría de los operadores no pueden usar el aeropuerto como alternativa al planear un vuelo IFR. Estas condiciones de pronóstico impiden a la mayoría < 60 metros (200 pies) y/o < 800 metros (0,5 milla) de los operadores despachar o autorizar un aeropuerto como destino o alternativa. Los operadores aprobados para aproximaciones de categoría II o III se pueden despachar como aeropuerto de destino. 16 A menudo, las decisiones basadas en el pronóstico de aeródromo se toman con varias horas de anticipación y si se produce un cambio en las condiciones, ya sea real o pronosticada, se requiere un cierto tiempo de ajuste. Esto puede tener impactos importantes a nivel nacional (MIT, 2001) Si se logra generar un pronóstico exacto para restricciones de techos de nubes y visibilidad, en este caso niebla, con 5 o más horas de anticipación, se pondrá en práctica un programa de retraso de las salidas a nivel nacional y con toda probabilidad ningún aeropuerto individual experimentará retrasos mayores de 15 a 20 minutos (MIT, 2001). Sin embargo, si el pronóstico no es exacto o el tiempo de anticipación se reduce a 1 ó 2 horas y el programa de retraso de las salidas sólo se activa con 1 ó 2 horas de anticipación, por tanto es probable que se produzcan demoras de más de una hora en algunos aeropuertos (MIT, 2001). Si debido a un pronóstico inexacto no se inicia un programa de retraso de las salidas cuando es necesario, los vuelos se desviarán y se implementará un régimen de inmovilización en tierra hasta que se despeje la congestión en el aire. Debido a la normatividad en cuanto a seguridad operacional en los aeropuertos, nunca puede haber dos aeronaves a la vez en la misma pista incluso en extremos opuestos cuando las condiciones meteorológicas no sean favorables. Las secuencias de llegada y salida de los aviones se establecen en base a la capacidad de despejar la pista antes de que otro avión aterrice o inicie la carrera de despegue. En tanto cuanto más bajas las condiciones de techo de nubes y visibilidad, tanto mayor la separación que se requiere entre las aeronaves para respetar la regla de un avión por pista. Esto provoca los retrasos en los despegues en pista y los desvíos a aeropuertos alternos de las aeronaves que se encuentran en vuelo, debido a que el aeropuerto no es capaz de realizar todas las operaciones debido a los procedimientos de seguridad. Cualquier centro meteorológico que brinde apoyo a los campos de aviación locales por medio de pronósticos de aeródromo (TAF, por sus siglas en inglés) debe tener por lo menos un conocimiento básico de los campos de aviación que deberá apoyar, para que los productos sean sensibles a los umbrales mínimos y a las restricciones locales del aeródromo. El pronosticador debe estar consciente de los factores que establecen los requisitos de tráfico aéreo para los aeropuertos específicos que apoya. Dichos factores abarcan las altitudes críticas, que se basan en pistas de aterrizaje disponibles y 17 configuración de las pistas, en los tipos de aproximaciones, los mínimos requeridos para aproximación y aterrizaje, los mínimos de destinos alternativos, la densidad de tráfico y las restricciones de ruido (Anexo 3, OACI, Ed. XV) (figura 2.3). Figura 2.3 Variación en la separación de aproximación y despegue entre aeronaves debido a condiciones no favorables (Imagen tomada de Meted, Comet 2009) Carga de combustible Si se requiere una alternativa, se debe llevar una cantidad adicional de combustible que permita volar y tratar de aterrizar en el aeropuerto de destino y después seguir hasta el aeropuerto alternativo más lejano y aterrizar allí. La despachadora calcula primero la carga de combustible normal y después le sumará un 15 % más por concepto de condiciones meteorológicas y alternativa obligatoria. (Anexo 6, OACI, Cap. 4.3.6) El requisito de establecer una alternativa y los costos que implica la carga de combustible implican gastos considerables, además de la cantidad incalculable de horas de molestia para las personas que viajan. La tabla 2.3 ofrece un resumen de algunos criterios generales sobre las aproximaciones que conviene tener en cuenta. 18 Tabla 2.3 Criterios generales sobre aproximaciones de vuelo (AIM, 2010) Condiciones de aproximación Procedimiento Los aviones se introducen en la secuencia de Condiciones meteorológicas aterrizaje en cuanto puedan identificar el avión menos restrictivas, VFR precedente. Esto puede suceder incluso antes de que vean el aeropuerto. Condiciones meteorológicas por debajo de VFR pero por encima de la altitud de punto de referencia de aproximación final (Final Approach Fix, o FAF) FAF: La posición geográfica una Los aviones se pueden dirigir hasta un punto donde referencia visual en la superficie, pueden localizar visualmente el aeropuerto o el avión una o más radioayudas (NAVAID), precedente. determinada mediante referencia a cuerpos celestes u otro sistema de navegación que identifica el comienzo del segmento de aproximación final y a partir de la cual se ejecuta la aproximación final (IFR) a un aeropuerto. Los aviones se pueden dirigir hasta un punto donde Condiciones meteorológicas por pueden unirse con seguridad al circuito de tránsito y debajo de FAF pero por encima de efectuar un aterrizaje visual (si se permite). Cada la altitud del circuito de tránsito avión crea su propio espacio de separación del avión precedente. Condiciones meteorológicas por Las aproximaciones se deben realizar por debajo de la altitud del circuito de instrumentos. Sólo los pilotos y aviones habilitados tránsito IFR pueden aproximarse. El control de aproximación establece la separación del avión precedente. El tipo 19 de aproximación por instrumentos viene determinado por:  la disponibilidad de aproximación  la instrumentación del avión  la certificación del piloto  las condiciones meteorológicas  Los aviones se pueden introducir en la secuencia de pistas cruzadas con un intervalo de separación adecuado.  Las pistas paralelas con una separación de 1600 metros (1 milla) o más pueden usar una secuencia de aproximación con decalaje. Los aeropuertos con múltiples  pistas tienen distintas opciones Las pistas paralelas con una separación de 3200 metros (2 millas) o más pueden usar un régimen de aproximación simultánea. Nota: Los aeropuertos individuales pueden exigir una separación distinta cuando la diferencia de peso entre dos aviones es muy grande. 2.3 El caso de la niebla en el aeropuerto de Toluca 2.3.1 Infraestructura en el aeropuerto de Toluca En lo que respecta a infraestructura el aeropuerto de Toluca cuenta con un sistema de operación para condiciones de baja visibilidad (ILS Cat. III). De acuerdo a la información de la administración mexiquense del aeropuerto internacional de Toluca (AMAIT) en su página oficial de internet, la instalación del ILS Cat. III requirió de 160,000m3 de terraplenes, 6,400m2 de plataformas, casetas y alimentaciones eléctricas para radioayudas y ayudas visuales en pista. Debido a la renovación en infraestructura y moderno equipamiento garantiza la seguridad física de las instalaciones y de las operaciones aéreas, es de las mejores terminales aéreas en Latinoamérica. Este moderno sistema de aterrizaje por instrumentos fue 20 certificado el 21 de diciembre de 2006 por la Dirección General de Aeronáutica Civil (DGAC), máxima autoridad en materia aeroportuaria en México. Adicionalmente, el aeropuerto de Toluca cuenta con una de las pistas de aterrizaje más largas del país (4.2 kilómetros de longitud por 45 metros de ancho) con luces de borde y de eje de pista, condiciones que le permiten recibir aeronaves de fuselaje ancho, como el Airbus 340 y el Boeing 747-800, así como la capacidad para atender 36 operaciones aéreas por hora. El aeropuerto cuenta con un radar de aproximación y de región, enlazado a los cuatro centros de control que existen en el país y dispone de una moderna Torre de control que garantiza el control tanto del tránsito aéreo como el terrestre. Figura 2.4 Pista de Aterrizaje del aeropuerto internacional de Toluca (Imagen obtenida de Google Earth) 2.3.2 Problemática histórica en las operaciones aeroportuarias en Toluca debidas a la presencia de niebla. El problema en las operaciones aeroportuarias cuando ocurre este fenómeno no es por los procedimientos de seguridad recomendados por la OACI que reducen la capacidad de aterrizaje y despegue, sino debido a una mala planeación para afrontar el fenómeno. El 21 problema principal se da por la falta de logística para tomar las mejores soluciones, malos pronósticos, personal en torre de control mal preparado, tripulación de la aeronave que no obedece los procedimientos. Los fenómenos climatológicos, en este caso la niebla, están fuera de nuestro alcance disiparlos o desaparecerlos. Por otro lado, lo que sí se puede hacer es anticiparse al evento mediante un pronóstico meteorológico adecuado que permita la toma de mejores decisiones para disminuir los retrasos. Así como trabajar en conjunto con los otros aeropuertos involucrados en la operación, para evitar los problemas que ocasiona este fenómeno mitigando de esta forma las pérdidas monetarias cuando sucede este fenómeno de la niebla. Debido a la orografía del aeropuerto de Toluca, las condiciones para la formación de niebla son favorables. Existen fuentes de humedad en sus alrededores, bajas temperaturas, contaminación por partículas que permiten la condensación de vapor de agua en el aire para la formación de gotitas de nube a nivel de superficie. Una vez que se presenta el problema de la niebla en el aeropuerto internacional de Toluca es responsabilidad del personal llevar a cabo una buena logística para el manejo de las operaciones que se van a presentar, así como es obligación de la tripulación de la aeronave acatar los procedimientos. 22 CAPITULO III METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION Para llevar a cabo este estudio se realizó una recopilación histórica de la información meteorológica de las estaciones que se encuentran instaladas en los alrededores de la zona del aeropuerto de Toluca. Otra fuente de información importante que se tomó en cuenta fueron los reportes METAR proporcionados por el mismo aeropuerto y de donde se puede obtener información de la presencia de niebla así como de temperatura, humedad y viento, además que se pudo estimar el tiempo de duración de este fenómeno en el lugar. Estos datos servirán para establecer el patrón de similitud (temperatura, viento, humedad) que se presentan en los días con niebla. De esta forma caracterizar las condiciones atmosféricas que se presentan antes y después del fenómeno de niebla en la zona del aeropuerto de Toluca. Un aspecto importante en el manejo de la información de datos meteorológicos es la representación gráfica. En este estudio se llevaran a cabo la elaboración de meteorogramas de los días con presencia de niebla para determinar las condiciones meteorológicas antes, durante y después del fenómeno. Por otro lado se elaborará una base de datos mediante la información provista por los informes METAR. Con esto se podrán generar gráficas de temperatura, velocidad y dirección del viento y humedad relativa, así como la elaboración de gráficos de los datos meteorológicos antes y durante la condición de niebla, para estudiar el comportamiento del fenómeno. Una vez obtenidos y procesados los datos de las condiciones atmosféricas en las diferentes estaciones dentro del lapso de tiempo planteado, se llevará a cabo la compilación e integración de los resultados para determinar planes alternos cuando se detecte altas probabilidades de formación de niebla. Y con esta información establecer, de acuerdo al anexo 3 de la Organización de Aviación Civil Internacional, soluciones que ayuden a una mejora óptima para esas circunstancias. 23 3.1 Datos Meteorológicos 3.1.1 Red de estaciones meteorológicas en los alrededores del aeropuerto de Toluca Con el propósito de desarrollar una caracterización de las condiciones atmosféricas en la zona del aeropuerto internacional de Toluca (MMTO, por siglas de la OACI), se utilizaron la información obtenida de las estaciones meteorológicas relativamente cercanas al aeropuerto. Se seleccionaron 8 estaciones ubicadas en un radio menor a 15 km y las cuales son mostradas en la tabla 3.1. La información obtenida de estas estaciones para caracterizar al clima local, fueron los parámetros de temperatura ambiente, temperatura de punto de rocío, humedad, velocidad y dirección del viento. Tabla 3.1 Estaciones meteorológicas cercanas al AIT ESTACION METEOROLOGICA DISTANCIA CON RESPECTO AL AEROPUERTO DE TOLUCA Álvaro Obregón 8.45 km Atarasquillo 7.46 km Calixtlahuaca 12.37 km EPCCA 5.93 km Lerma 6.39 km Nueva Oxtotitlan 14.06 km Observatorio UAEM 10.72 km Toluca DGE 8.2 km En la figura 3.1 se muestra la ubicación de las estaciones meteorológicas con respecto al aeropuerto internacional de Toluca. Se puede apreciar, con excepción de la estación Álvaro Obregón, que las demás estaciones utilizadas en el estudio se encuentran dentro del área de la ciudad de Toluca. 24 Figura 3.1 Ubicación de las estaciones meteorológicas ubicadas a los alrededores del aeropuerto (Imagen tomada de Google Earth) 3.1.2 Metodología de compilación de información de las estaciones Meteorológicas Para empezar a realizar el análisis de datos en las estaciones meteorológicas, se utiliza la información obtenida del historial de la red de estaciones de datos climatológicos de México utilizando el programa CLICOM. Estos reportes recopilan los datos de todas las estaciones meteorológicas, por lo que ofrece datos de temperatura ambiente, temperatura máxima, temperatura mínima, precipitación, evaporación, presencia de tormenta, presencia de granizo, presencia de niebla, la cobertura nubosa y días con helada. Se recurrió a otro archivo el cual ofrece un catalogo completo de las estaciones meteorológicas, nombre de la estación, la clave OMM, estado de ubicación, municipio de ubicación, cuenca, subcuenca, tipo de estación, organismo al que pertenece (DGE, SMN, CFE), fecha de inicio y fin de operaciones de la estación, situación y sus coordenadas geográficas y la altura a la que está situada la estación. Los datos meteorológicos de las estaciones del archivo de CLICOM CSV son: Data-ID: indicador del número del estado de la republica Station-ID: indicador de la clave de la estación meteorológica 25 Element Code: existen 10 elementos expresados con números, los cuales se muestran en la tabla 3.2. Tabla 3.2 Claves de los datos meteorológicos en el CLICOM CLAVE ELEMENTO 1 Temperatura ambiente a las 8:00 hrs °C 2 Temperatura máxima expresada en °C 3 Temperatura mínima expresada en °C 5 Precipitación durante el día expresada en mm 18 Evaporación durante el día expresada en mm 30 Tormenta (0 no hay, 1 si hay) 31 Granizo (0 no hay, 1 si hay) 32 Niebla (0 no hay, 1 si hay) 43 Cobertura nubosa (0 despejado, 1 medio nublado, 2 nublado) 91 Helada (0 no hay, 1 si hay) De esta información se seleccionaron los días que presentan la presencia de niebla tomando un historial de datos para las estaciones seleccionadas de 10 años. De esta manera se pudieron determinar los meses representativos en la formación y presencia de niebla. Por otro lado, fue de importancia tomar en cuenta la información obtenida de las noticias periodísticas del aeropuerto, ya que pueden brindar fechas a evaluar en los archivos meteorológicos. De las estaciones que se evaluaron algunas no presentan la información de la presencia del fenómeno niebla. En otras la información fue poco confiable, puesto que se presentaba con un valor M (no existente) o D (dudoso). Se encontró otro tipo de estaciones en las cuales la información histórica no era lo suficientemente completa debido a que se trataba de estaciones de reciente creación. Debido a que la obtención de los datos en las estaciones que se encuentran en el municipio de Toluca no fue suficiente, se tomo información de estaciones en los municipios aledaños al aeropuerto, como el caso de la estación Lerma. Por otro lado, la estación Calixtlahuaca es la que cuenta con una base importante de información histórica. 26 Las tres estaciones más representativas de la zona del aeropuerto internacional de Toluca son: la estación EPCCA (ID 15315), Calixtlahuaca (ID 15203) y Álvaro Obregón (ID 15312). Las cuales ofrecen una cobertura temporal más completa así como una distribución que ayudan a caracterizar la zona. Una vez obtenido los valores se genera una base de datos independiente para cada estación, la distribución de distancias entre las estaciones y el aeropuerto es dentro de un margen cercano para generar información con ciertas similitudes. En la figura 3.2 muestra la posición de las estaciones en la zona de Toluca y sus alrededores así como el rango de distancia que abarca cada una de ellas. Figura 3.2 Estaciones meteorológicas en la zona del AIT Aunado a esta información meteorológica, en donde la información de interés será dada por los días bajo condiciones de niebla, se obtienen las fechas cuando el aeropuerto internacional de Toluca se presentaron retrasos o cancelaciones de vuelos debido a la presencia de niebla. Con esta información se podrá hacer un comparativo con las estaciones meteorológicas para evaluar el impacto de este fenómeno en la zona donde se detecto su presencia. De acuerdo a la información obtenida, al graficar los promedios mensuales de los días con niebla (ver figura 3.3), de es posible apreciar similitud en el comportamiento en las estaciones EPCCA y Álvaro Obregón, esto debido a la cercanía de estas mientras que en 27 la estación Calixtlahuaca varía notoriamente la cantidad de eventos. Lo que nos determina el radio de impacto en el cual los eventos de niebla suceden con una frecuencia similar. 25 CANTIDAD DE EVENTOS 20 15 10 5 0 ENE FEB MAR EPCCA ABR MAY JUN AIT JUL AGO CALIXTLA SEP OCT NOV DIC OBREGON Figura 3.3 Promedios mensuales de días con niebla en estaciones meteorológicas La similitud comienza a partir del mes de agosto, en promedio la cantidad de eventos varía muy poco, lo que denota un comportamiento en esta área muy similar, y que debido a esto en el momento detectar un evento de niebla en una de estas estaciones, existe la posibilidad de que ocurra en los demás estaciones. 3.1.3 Elaboración de meteorogramas del aeropuerto de Toluca Considerando los días con nieblas proporcionadas por la recopilación de estos eventos mediante CLICOM, se generan meteorogramas de la estación meteorológica del aeropuerto. En el meteorograma nos proporciona una mayor cantidad de datos, los cuales son de interés para generar una base de datos de tiempo significativo de muchas variables, así como apreciar visualmente el comportamiento a través del día de la temperatura, presión, velocidad y dirección del viento, visibilidad, precipitación entre otras. La generación de estos se obtienen de la pagina web del Plymouth State Weather Center (http://vortex.plymouth.edu/statlog-u.html), en la cual se requiere el identificador del aeródromo en formato OACI, (para el caso del aeropuerto Internacional de Toluca es 28 MMTO). La forma de presentación puede ser dada como un resumen gráfico o como un metar/speci y con los datos expuestos en columnas. Para comprender la lectura de un meteorograma se definen los siguientes términos: Tabla 3.3 Símbolos para interpretación de meteorogramas SIMBOLO DEFINICION WX Símbolo del fenómeno de tiempo presente y la condición de visibilidad SNWDP Cobertura de Nieve que representa la profundidad en pulgadas PREC Precipitación de lluvia en mm o pulgadas VIS Visibilidad Horizontal en km o millas WGST Intensidad de Ráfagas de Viento en nudos WIND Dirección y velocidad del viento CLOUD CHART Capa de Nubes Como ejemplo, en la figura 3.4 se analiza el caso del 28 de octubre del año 2000, en el cual el reporte muestra en la gráfica de temperatura una convergencia entre la línea de temperatura ambiente y la línea de temperatura de punto de rocío. Esto indica que la HR se encontraba muy cercana al 100%. Un punto importante es que esta condición de forma aislada no es un indicador de la formación de niebla ya que depende de las otras condicionantes mencionadas en la sección de nieblas por radiación para su formación. Podemos tener HR muy alta pero si se presenta ráfagas de viento considerables, desplazarían las partículas en el aire (núcleos de condensación) que se están condensando evitando que crezcan estas gotitas y no teniendo la presencia de niebla. En este día se reporta la presencia del fenómeno de la niebla a partir de las 12:00Z, y es identificado en el meteorograma en la sección de WX, en donde la visibilidad se reporta como cero. Entonces para ese día se considera que ocurre el fenómeno y las operaciones aeroportuarias no se desarrollaron durante ese tiempo. Para la siguiente hora se recupera un poco la visibilidad y el símbolo cambia a neblina. Las siguientes horas muestran como las líneas se separan y en determinadas horas la estación no proporciona información. 29 Figura 3.4 Meteorograma del día 28-Oct-2000 En la gráfica de cobertura de nubes se muestra que en el punto crítico se encontraban por debajo de los 200 ft. En la gráfica de presión no presenta una línea continua ni tampoco el incremento en esta cuando llega al punto crítico. Los meteorogramas ofrecen un historial gráfico del desarrollo de los fenómenos meteorológicos a lo largo del día, en este caso para los eventos de niebla. El obtener estos reportes permite hacer el comparativo con la información obtenida de otras fuentes para determinar cuáles son las condiciones previas del fenómeno de la niebla así como las posteriores a esta. 3.1.4 Generación de base de datos mediante información METAR y SPECI Para generar una base de datos que permita recrear series de tiempo de la temperatura, HR, velocidad y dirección del viento, se necesita una manera de recopilar esa información, ya que como se presenta la información meteorológica aeronáutica se dificulta la extracción de está, en particular para obtener lo que se necesita en este caso que es identificar los eventos de presencia de niebla. 30 Estos son ejemplos de reportes meteorológicos aeronáuticos a) 200704011145 METAR MMTO 291145Z 16002KT 1/2SM R15/4500DFT FG SCT015 SCT070OVC200 05/05 A3047 RMK SLP175 54000951 8/632 HZ= b) SPECI MMTO 292000Z 18016KT 2SM TSRA BKN015CB BKN070 BKN200 17/09 A3040 RMK 8/963 FQT LTG Para lograr ordenar la información para generar la base de datos se necesita decodificarla de manera que cada dato sea almacenado en el valor meteorológico pertinente. En el caso del ejemplo METAR los datos que se necesitan son: 200704291145 METAR MMTO 291145Z 16002KT 1/2SM R15/4500DFT FG SCT015 SCT070OVC200 05/05 A3047 RMK SLP175 54000951 8/632 HZ= 291145Z – Representa el día del mes (29) y la hora zulú (11:45) 1/2SM – Visibilidad FG – Fenómenos de tiempo presente, en este caso se reporta Niebla (Fog) 16002KT – Indica la dirección (160° hacia el aeropuerto) y velocidad del viento (02 nudos) 05/05 – El primer valor es la temperatura ambiente y el segundo valor la temperatura de punto de rocío. Esto brinda un reporte completo de las condiciones imperantes en esa fecha y hora en particular, los valores de velocidad y dirección del viento, la relación de HR, la visibilidad, la cobertura de nubes entre otras. La tabla 3.5 muestra el ejemplo de un reporte meteorológico aeronáutico generado el día 30 de Noviembre del 2002, de acuerdo al formato en el que se tiene que presentar (Anexo 3, OACI, Tabla A3-1), en el cual los intervalos de tiempo son de una hora, brindando información de Temperatura, HR, Dirección y velocidad del viento, la cobertura de nubes y la visibilidad. 31 Tabla 3.4 Reporte Meteorológico (METAR) 30-Nov-2002 AÑO MES DIA E. M. HZ T. A. T. R. HR D. V. V. V. VIS NUB 2002 11 30 MMTO 45 57 43 58 160 7 12 CLR 2002 11 30 MMTO 145 54 45 71 130 7 10 CLR 2002 11 30 MMTO 245 50 46 87 60 6 10 CLR 2002 11 30 MMTO 345 50 46 87 0 0 10 CLR 2002 11 30 MMTO 445 48 45 87 0 0 10 CLR 2002 11 30 MMTO 545 46 43 87 0 0 10 CLR 2002 11 30 MMTO 645 46 43 87 0 0 8 CLR 2002 11 30 MMTO 745 45 43 93 0 0 7 CLR 2002 11 30 MMTO 845 43 43 100 0 0 6 CLR H 2002 11 30 MMTO 945 43 43 100 0 0 6 CLR H 2002 11 30 MMTO 1045 39 39 100 0 0 5 CLR H 2002 11 30 MMTO 1145 37 37 100 0 0 4 CLR H 2002 11 30 MMTO 1245 37 37 100 0 0 3 CLR H 2002 11 30 MMTO 1345 37 36 93 0 0 3 CLR K 2002 11 30 MMTO 1445 46 41 81 0 0 3 CLR K 2002 11 30 MMTO 1550 50 41 71 0 0 3 CLR K 2002 11 30 MMTO 1645 54 41 62 0 0 3 CLR K 2002 11 30 MMTO 1745 68 48 49 0 0 3 SCT K 2002 11 30 MMTO 1850 70 45 40 0 0 6 SCT H 2002 11 30 MMTO 1947 73 45 36 120 6 8 SCT 2002 11 30 MMTO 2055 73 45 36 80 6 12 SCT 2002 11 30 MMTO 2150 72 43 35 70 8 12 SCT 2002 11 30 MMTO 2245 68 45 43 90 10 8 BKN 2002 11 30 MMTO 2345 63 45 52 150 12 12 FEW Los reportes meteorológicos aeronáuticos fueron provistos de páginas de internet tales como Centro del Estado del tiempo de Plymouth, reportes aeronáuticos de OGIMET mediante los datos meteorológicos de la Administración Nacional del Océano y la Atmósfera (NOAA, por sus siglas en inglés). Mediante la depuración de la información proporcionada por los reportes METAR, se logra obtener los días con la condición de niebla (FG) y las variables de temperatura, velocidad del viento y HR que necesitamos para generar una base de datos de la estación meteorológica. 32 WX Los 24 datos meteorológicos diarios permiten recrear secuencias en su comportamiento y apreciar las relaciones en los datos. Como por ejemplo la visibilidad mejora en cuanto la velocidad e intensidad del viento aumenta, o si la temperatura desciende la HR en el aire aumenta. 3.1.5 Desarrollo de gráficas obtenidas de informes METAR La velocidad y dirección del viento son obtenidas de los reportes METAR, generalmente en intervalos de una hora, (a menos que surja un reporte SPECI). Proporciona información de una de las condicionantes claves que anteceden la formación de niebla, que es vientos con muy poca intensidad. De acuerdo a la información de los reportes meteorológicos del aeródromo (METAR), durante los casos que se tuvo la presencia de niebla la intensidad del viento reportada, en más del 70% de los casos, fue de viento en calma (0 m/s). Esto indica que no existieron corrientes de viento que disiparan la niebla en ese momento. Cuando se llegaron a presentar vientos, estos fueron del oeste y sureste pero con baja intensidad (menor a 4 Kt), lo que prolonga los episodios de niebla. La figura 3.5 muestra la distribución de vientos en el aeropuerto internacional de Toluca. Los datos mostrados corresponden a los días en donde se reporto la presencia de niebla durante la época de análisis y en donde se observa que la tendencia predominante del viento es de procedencia del noreste. Tabla 3.5 Dirección y Velocidad del viento en el AIT dirección y velocidad del viento cuando ocurre el fenómeno niebla en AIT m/s 2 kt 3kt 4kt 5kt 6kt 25° 1.8 0°-45° 0° 3 4 4 1 1 3.46 50° 1.7 45°-90° 45° 4 2 7 0 0 3.23 130° 1.8 90°-135° 90° 5 1 5 4 0 3.53 150° 2.0 135°-180° 135° 2 2 3 0 2 3.8 200° 1.9 180°-225° 180° 1 2 1 0 1 3.6 250° 1.8 225°-270° 225° 1 3 1 0 1 3.5 270° 2.1 270°-315° 270° 0 3 10 2 1 4.1 340° 1.9 315°-360° 315° 2 2 3 1 1 3.67 33 V = m/s Figura 3.5 Intensidad (m/s) y dirección del viento en el aeropuerto internacional de Toluca durante el fenómeno de la Niebla Para este caso de estudio, estos datos apoyan la teoría de que la niebla que se presenta en la zona del aeropuerto Internacional de Toluca es principalmente de radiación dado que se cuenta con las condiciones para esta. Los vientos son importantes también para transportar aire húmedo de zonas donde se tengan importantes cuerpos de agua como son ríos, lagunas o humedales hacia otras zonas. También en el caso de existir la presencia de niebla, el viento es una herramienta muy eficiente para la disipación de esta. En el caso del aeropuerto de Toluca el suave viento que viene en dirección al noroeste y también al sureste podría estar transportando aire húmedo y frio lo que fortalece la condición de la niebla. 34 9.3% 2.3% 1.3% 0.4% 9.6% 5.7% 0.3% 71% 0 KT 1 KT 2 KT 3 KT 4 KT 5 KT 6 KT 7 KT Figura 3.6 Porcentaje de la velocidad del viento durante el fenómeno de la niebla Durante las horas con la condición de niebla, según los informes meteorológicos, el 71% de los resultados muestran que no hay viento (figura 3.6), se mantiene el aire húmedo, y no existe algo que lo pueda disipar, y se puede apreciar que incluso con vientos con intensidad de 4 nudos la niebla se mantiene en el ambiente. Las condiciones de velocidad del viento que favorecen la permanencia de la niebla son intensidades muy bajas que pueden oscilar entre los 0kt a 4kt. Para el caso del aeropuerto de Toluca, se identifico un factor muy importante que mantiene la presencia de la niebla aun bajo velocidades del viento que oscilan entre los 4kt y hasta los 7 kt, este factor es las bajas temperaturas que pueden oscilar por debajo de los 0ºC. Septiembre es el mes en donde el viento tiene más intensidad durante el fenómeno, debido a esto la condición de niebla es menos propicia, ya que aunque septiembre entra en el grupo de los meses con mayor número de casos, la intensidad del viento disminuye la aparición de la niebla. Generalmente a partir de la hora en que se comienza a generar vientos, en el reporte meteorológico en las horas sucesivas se comenzara apreciar una mejora en la visibilidad. 35 VISIBILIDAD 7 H H H H H H H 6 H H H H 5 H H H H H 10:45 H 10:00 H 09:45 MILLAS H H 4 3 H 2 H 1 F F F F F F 05:45 06:30 06:45 07:45 0 18:45 17:45 16:45 15:45 14:45 13:45 12:54 11:45 09:26 08:45 04:45 03:45 02:45 01:45 00:45 23:45 22:45 21:45 20:45 19:45 18:45 Figura 3.7 Gráfico promedio de la visibilidad en AIT durante el mes de noviembre (F-Fog, HHaze) La condición de niebla se presenta a partir de las 3:45 hasta las 7:45 lo que da un valor de 4 horas en promedio en donde el reporte meteorológico indica el símbolo de niebla (Figura 3.7). De acuerdo al horario de operaciones en el aeropuerto de Toluca, el cual comienza desde las 7:00am, se tuvieron 45 minutos de presencia de niebla en el día 2 y 3 de Noviembre del 2000, en el cual las operaciones aeroportuarias tuvieron retardos (lo que implico que las llegadas de los vuelos programados a las 7:00am a 7:45am recurrieran a aeropuertos alternos o mantenerse en espera mientras se restablecía la visibilidad. A partir de las 7:45am, las aeronaves que contaban con la tecnología necesaria pudieron realizar operaciones de aterrizaje o despegue con los márgenes correspondientes (debido a la separación de procedimiento cada vez mayor entre despegues de aviones y aterrizajes con el fin de mantener la seguridad cuando se tiene presencia de niebla). Aquellas aeronaves que no contaban con esta instrumentación, tuvieron que ser desviadas ya que no pudieron utilizar las instalaciones del aeropuerto internacional de Toluca sino hasta las 10:00am hora en las que se normalizan las operaciones. Esto por recomendaciones de la Organización de Aviación Civil Internacional hasta que se tuvieron condiciones óptimas de visibilidad (Anexo 6, OACI, Cap. 4.6). 36 20 18° 18° 19° 18° 18 16° 16° 15° 16 14° Temp. °C 14 13° 12° 12° 12 11° 10° 9° 10 8° 8 7° 8° 7° 6° 6 6° 6° 5° 5° 5° 5° 4 2 0 18:45 17:45 16:45 15:45 14:45 13:45 12:45 11:45 10:45 09:45 08:45 07:45 06:45 05:45 04:45 03:45 02:45 01:45 00:45 23:45 22:45 21:45 20:45 19:45 18:45 HORARIO Figura 3.8 Gráfico del promedio de la temperatura en el mes de noviembre 2000 Con la obtención de los datos de temperatura, se realizó un análisis de la variación de la temperatura a lo largo del día en el mes de noviembre (figura 3.8), mostrando que las horas en donde se presentan las temperaturas más bajas son de las 3:45am a las 7:45am, (al igual que las de la figura 3.7), lo que nos indica que conforme aumenta la temperatura la visibilidad comenzara a mejorar. Durante el mes de noviembre se presentan casos similares, en donde el factor de incremento en la HR y el factor de disminución en la temperatura son muy parecidos, la fase de mantenimiento de la niebla varia debido a la velocidad del viento. La fase de disipación de la niebla varía dependiendo del las condiciones meteorológicas del día anterior, la intensidad en los vientos, la precipitación pluvial, la contaminación en el aire entre otros factores. Para el mes de noviembre (figura 3.9) el horario en promedio en el cual existe la condición de niebla fue entre las 4:00am y las 7:00am, siendo las 5:00am la hora con mayor número de casos de acuerdo con el reporte meteorológico. 37 Se observa el horario en promedio en que la niebla empieza a disiparse, según el reporte meteorológico, su rango es de las 6:00am a 9:00am, siendo las 7:00am y 8:00am las horas con mayor número de casos. También se muestra el horario en promedio tanto de la formación como la disipación de la niebla en el aeropuerto de Toluca en el mes de octubre (figura 3.10). Para la formación el horario es de las 4:00am a 6:00am, siendo la 5:00 am la hora que presenta el mayor número de casos. Para el horario de disipación de la niebla el rango es de la 6:00am a 8:00am siendo las 7:00 con el mayor número de casos en que la niebla empezó a disiparse y se mejoró la visibilidad en pista. 30 CANTIDAD DE EVENTOS 25 20 15 10 5 0 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 EMPIEZA 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 TERMINA Figura 3.9 Histograma del horario de formación y disipación de la niebla en noviembre en el aeropuerto de Toluca 38 18 16 CANTIDAD DE EVENTOS 14 12 10 8 6 4 2 0 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 COMIENZA 07:00 08:00 09:00 10:00 TERMINA Figura 3.10 Histograma del horario de formación y disipación de la niebla en octubre en el aeropuerto de Toluca 100 90 CANTIDAD DE EVENTOS 80 70 60 50 40 30 20 10 0 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 COMIENZA 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 TERMINA Figura 3.11 Histograma del horario de formación y disipación de la niebla 1999-2009 39 En lo que respecta al promedio general de la hora del día en que se presenta la formación y disipación de la niebla en el año (Figura 3.11), la línea continua muestra una curva del horario de formación de la niebla en donde sus puntos máximos se presentan alrededor de las 4:00am y 5:00am. La línea intermitente representa el horario en el que se disipa la niebla, en donde los reportes meteorológicos mencionan que la condición de visibilidad ha mejorado, la curva de esta línea muestra un máximo a las 7:00am en donde se disipa la niebla y en un rango de 6am-8:00am donde se concentran la mayoría de los casos en donde la visibilidad mejora. En esta curva de formación de la niebla se observa el comportamiento del fenómeno a lo largo del año, en donde conforme avanzan las horas del día a partir de las 00:00 el incremento en los casos aumenta. Para el caso de la curva de disipación de la niebla es más estrecho lo que quiere decir que los casos se concentran en un rango menor de tiempo. Lo que muestra que la aparición de la niebla puede presentarse en un intervalo de tiempo mayor que el de la disipación de la niebla. Esto ocurre debido a que la formación de la niebla dependerá del conjunto de condiciones meteorológicas (vientos calmos, HR 100%, enfriamiento rápido del ambiente) y estas varían de acuerdo al mes en que ocurre. Para los meses de octubre a diciembre la formación será rápida y durara más que en los meses de junio a septiembre en los cuales serán eventos de niebla más cortos. También debido a la contaminación en la zona la formación de niebla se da incluso sin llegar al 100% de HR, lo que prolonga más el efecto de cero visibilidad. Para el caso de los meses de octubre y noviembre la formación de la niebla se puede dar a partir de la 00:00 hasta 05:00 y esta condición de niebla puede durar varias horas. Para efectos de esta investigación lo importante fue saber la duración del fenómeno a partir de la hora de operación (7:00am) del aeropuerto de Toluca, ya que no importa si la niebla dura varias horas si esta comienza a disiparse a partir de las 6:00am. El rango de casos en el que la niebla se disipa que es, según el reporte METAR, cuando la visibilidad es mayor a una milla estatuta, la mayoría de los casos se encuentran dentro del rango de operación del aeropuerto, esto quiere decir que la niebla afecta en las primeras operaciones del día, en la temporada de invierno, ya que es cuando se presentan los episodios más intensos y de mayor duración de la niebla. 40 3.2 Caracterización Sinóptica del fenómeno 3.2.1 Desarrollo de gráficas meteorológicas de la zona aeroportuaria. Mediante el NOMADS (National Operational Model Archive and Distribution System) y CWSU (Center Weather Service Unit) se obtienen datos meteorológicos de la zona centro del país con el fin de observar el comportamiento de la temperatura, la humedad, la intensidad del viento y la presión (http://nomads.ncdc.noaa.gov/). Mediante estos datos obtenidos de modelos climáticos del NOMADS (por sus siglas en inglés), se puede obtener valores meteorológicos de la temperatura, HR, presión atmosférica, dirección y velocidad del viento a nivel de superficie y a distintas alturas con respecto al nivel del suelo así como su representación gráfica. Para este efecto fue analizado los casos del 9 y 10 de octubre del 2006 en el cual el aeropuerto internacional de Toluca suspendió operaciones durante la mañana debido a la niebla que se formaba en el área de la pista (El Universal, 2006) y el 11 de octubre de 2006 en el cual el reporte METAR indico la condición de niebla durante la mañana. Con los datos meteorológicos de NOMADS se obtienen valores de temperatura a nivel de superficie, a 2 y 30 metros de altura con respecto al suelo, del 7 al 12 de octubre del 2006, en intervalos de 3 horas. Esto con la finalidad de establecer el comportamiento de la temperatura antes de la formación de la niebla del 9 y 10 de octubre y después de ocurrido el fenómeno. La variación con respecto a los intervalos de tiempo de la temperatura a nivel de superficie es más notoria debido a la conductividad térmica del suelo (temperaturas mínimas de 1°C hasta máximas de 36°C), a partir de la 6:00am cuando el sol empieza a emitir calor y este es absorbido por la superficie, la temperatura empieza a tener un crecimiento máximo hasta el 12:00pm, de ahí en el siguiente intervalo, el de las 3:00pm, comienza a perder calor la superficie, y así la temperatura desciende, debido al enfriamiento del suelo y por consiguiente inicia el enfriamiento de las partículas en el aire. Para las otras temperaturas (2 y 30 metros de altura con respecto al suelo), estas se mantienen en rangos más cortos, lo que proporciona la temperatura ambiente, y el comparativo entre estas dos en las gráficas se observa que la variación en la temperatura a 30 metros de altura sobre el nivel del suelo en relación a los intervalos de tiempo es menor. 41 Para esto días en particular las condiciones para la formación de niebla eran propicias, la temperatura a nivel de superficie cuando pasa del mediodía desciende, el suelo comienza a enfriarse, lo que provoca desde ese momento que el aire en el ambiente empiece a enfriarse también hasta llegar a un punto que se sature. Para los días en lo que el fenómeno de la niebla no se presento, las condiciones de visibilidad eran limitadas (Visibilidad=2M, debido a la lluvia), en esos días el gradiente de la temperatura a partir del mediodía disminuía de manera lenta (1°C/hr) con respecto a los días con niebla. Para la temperatura a 2 metros sobre el nivel del superficie, la temperatura promedio en esos días llega a su máximo a las 15:00pm, para los días que se presento la niebla, el día anterior al fenómeno, la temperatura a partir de las 12:00pm comenzaba a descender. En caso de la temperatura a 30 metros sobre el nivel de la superficie la temperatura máxima puede presentarse incluso hasta las 18:00pm, debido a la altura con respecto al suelo, el calentamiento emitido por la superficie llega con menor intensidad debido al 35 35 30 30 25 25 20 20 Temp °C Temp °C trayecto que recorre. 15 15 10 10 5 5 0 0 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 tmp sup tmp 2m 7-oct-2006 tmp 30m 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 tmp sup tmp 2m tmp 30m 8-oct-2006 42 35 40 30 35 30 20 Temp °C Temp °C 25 15 10 25 20 15 10 5 5 0 0 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 tmp sup tmp 2m 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 tmp 30m tmp sup tmp 30m 10-oct-2006 35 35 30 30 25 25 20 Temp °C Temp °C 9-oct-2006 tmp 2m 15 20 15 10 10 5 5 0 0 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 tmp sup tmp 2m tmp 30m 11-oct-2006 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 tmp sup tmp 2m tmp 30m 12-oct-2006 Figura 3.12 Gráficos de las temperaturas del 7-12 de octubre de 2006 Tomando en cuenta el calentamiento de la superficie y como decrece (enfriamiento radiativo) a lo largo del día, puede ser una clave para la detección de niebla, también se debe considerar los demás factores como el viento, la contaminación en el aire, el aumento de HR. Sin embargo debido a la urbanización de la ciudad, la temperatura en la ciudad es un poco mayor que alrededor de esta, debido al efecto de la “isla de calor”, la proyección de urbanización a futuro permitirá lograr temperaturas más altas que reducirían de alguna forma la condensación del aire en el ambiente. 43 La urbanización trae consigo también sus problemas y uno de ellos es la contaminación. La contaminación en el aire provoca un ambiente con un mayor contenido de partículas que pueden ocuparse como núcleos de condensación que pueden formar gotitas de nube (en este caso de niebla), cuando las condiciones ambientales son propicias. La formación de niebla se debe también a la ausencia de vientos que puedan disiparla, para los días que se presento el fenómeno de la niebla, se observa que en cuanto cesa el viento la HR llega al 100%, provocando la condensación de las partículas en el aire debido al enfriamiento radiativo. Para el caso del día 9 de octubre el reporte de la estación meteorológica del aeropuerto reporto 2 horas de niebla intensa (cero visibilidad), de las 6:45am a las 8:45am, la HR=100% comenzó a partir de las 3:45am. El enfriamiento radiativo de la superficie sumado a la ausencia del viento desde la 1:45am logro la condensación en aire y por consiguiente la formación a un ambiente de 100% de HR, lo que provocó la formación de la niebla. Después de las 8:45am la intensidad del viento cambio a 6kt, lo que disipó el ambiente saturado y los bancos de niebla (ver figura 3.13). 14 12 8 6 4 2 FG FG 0 VEL. VIENTO (KT) 23:45 22:45 21:45 20:45 19:45 18:45 17:45 16:45 15:45 14:45 13:45 12:45 11:45 10:45 09:45 08:45 07:45 06:45 05:45 04:45 03:45 02:45 01:45 -2 00:45 Vel. del viento (kt) 10 HR=100% Figura 3.13 Velocidad del viento durante el día 9-oct-2006 44 El día 10 de octubre de 2006 en el reporte METAR de la estación MMTO, se observa que la intensidad del viento es nula desde las 00:45am hasta las 5:45am, lo que genera el ambiente propicio para la formación de niebla, el día anterior se presento lluvia y el calentamiento de la superficie fue menor con respecto a los días anteriores, el enfriamiento radiativo comenzó desde el día anterior, así que un ambiente húmedo debido a la lluvia y sin la presencia de vientos durante 7 horas, provocó la formación de una niebla intensa que según el reporte duro 5 horas con la condición de cero visibilidad (ver figura 3.14). Mediante un pronóstico meteorológico acertado se puede evitar menores retrasos en los vuelos si se tiene la probabilidad con 24 o 48 horas de anticipación se logra tomar medidas y mejor logística a la hora de afrontar el problema de la niebla. 7 6 Vel. del viento (kt) 5 4 3 2 FG FG FG FG FG 1 0 VEL. VIENTO (KT) 23:45 22:45 21:45 20:45 19:45 18:45 17:45 16:45 15:45 14:45 13:45 12:45 11:45 10:45 09:45 08:45 07:45 06:45 05:45 04:45 03:45 02:45 01:45 00:45 -1 HR=100% Figura 3.14 Velocidad del viento durante el día 10-oct-2006 Mediante este modelo de NOMADS se pueden generar pronósticos meteorológicos para el fenómeno de la niebla, a diferencia de los METAR, este ofrece una variedad de información de valores meteorológicos los cuales se pueden tomar para la creación de pronósticos del tipo tendencia (BECMG o TEMPO) o los de probabilidad (PROB) como vienen en los TAF, SIGMET, METAR ó SPECI pero con un mayor rango de anticipación. (Anexo 3, OACI, Apéndice 5). En cuanto a la representación de los valores meteorológicos, el NOMADS permite desarrollar mapas meteorológicos, con lo cual la presentación de la información presenta mayor contenido visual, para el caso del día 11 de octubre de 2006, la aparición de niebla 45 comenzó a partir de las 6:00am según el reporte METAR, en la figura 3.15 muestra los mapas de la HR, siendo el color verde en tonalidad oscura el que representa un HR=100%. El punto rojo indica la posición del aeropuerto de Toluca. El primer mapa es a las 6:00am y se aprecia un nivel alto de HR en la zona de Toluca, en el segundo mapa es a las 9:00am y en este las tonalidades son más claras indicando la pérdida de HR en la zona, a partir de esa hora la temperatura a nivel de superficie logra transmitir el calor al ambiente lo que genera la disipación de la niebla. Figura 3.15 Mapa meteorológico de la humedad relativa en la zona de Toluca Se puede obtener mapas meteorológicos de las variables de temperatura, precipitación, presión, velocidad del viento, humedad relativa entre otros con la finalidad de representar de manera visual el comportamiento de los datos meteorológicos. Mediante este análisis se muestran los patrones de similitud de las variables meteorológicas y como estas se relacionan, como el enfriamiento radiativo provoca el aumento de la HR y la ausencia de vientos permite la condensación del aire en el ambiente. 46 CAPITULO IV DISCUSION DE RESULTADOS 4.1 Series de tiempo de los datos meteorológicos 4.1.1 Series de tiempo de temperatura y humedad relativa en el AIT En cuanto al promedio de la temperatura durante los meses en el año del aeropuerto internacional de Toluca (AIT), recopilando 15 años de información meteorológica, se muestra una tendencia en el incremento de la temperatura para la mayoría de los meses. Esto posiblemente por la urbanización de la ciudad debido al fenómeno de “isla de calor”, la contaminación en el aire y la pérdida de áreas con vegetación a los alrededores. Lo que da como consecuencia una relación entre la disminución en el número de casos de niebla en el aeropuerto con el aumento de la temperatura. Los meses críticos en donde se presentan mayor cantidad de eventos de niebla es de septiembre a diciembre debido a esto se realizó una series de tiempo para estos meses en particular. Con el fin de caracterizar el fenómeno se ocuparon las variables de temperatura promedio mensual, la HR y la cantidad de eventos de niebla por mes. Para el caso del mes de septiembre la recopilación de los datos meteorológicos muestra una temperatura sin variaciones considerables se mantiene en 13°C en promedio, la HR en promedio es del 73%, la tendencia da una incremento en la HR, esto debido a que septiembre presenta época de lluvias. El numero de eventos del fenómeno de la niebla en promedio es de 8 para este mes. La duración de la niebla es relativamente corta en este mes y su formación se debe más al ambiente húmedo generado por la precipitación de la lluvia (ver figura 4.1). En el mes de octubre la temperatura promedio es de 13°C y la HR tiene en promedio un 71% durante el mes. El promedio en la cantidad de días con niebla es de 11 durante el mes. En octubre la probabilidad de nieblas duraderas es más factible debido al enfriamiento radiativo que ocurre en la superficie y la poca intensidad en los vientos (1.8m/s) durante ese mes (ver figura4.2). Para este mes la tendencia de la HR muestra una disminución en el porcentaje a lo largo de 15 años, esto debido quizás al ambiente contaminado en el aire lo que genera la condensación, así como una temperatura mensual sin variaciones considerables, siendo la tendencia a aumentar. 47 Noviembre presenta una temperatura promedio de 11°C y una HR de 66% durante el mes, en este mes la cantidad de eventos de niebla en promedio es de 12. En cuanto a la humedad relativa se observa en el gráfico una clara disminución a lo largo del tiempo. Para este mes el calentamiento de la superficie es relativamente menor en comparación a los meses anteriores (ver figura 4.3). Para el caso del mes de diciembre la temperatura promedio es de 9°C y una HR del 63% y el promedio de eventos de niebla es de 9. En este mes es más notoria la disminución de la HR. La formación de niebla en este mes es debido a las bajas temperaturas y vientos en promedio de 2m/s, lo que genera los bancos niebla. Los eventos de niebla han disminuido gradualmente en este mes durante los últimos 3 años (ver figura 4.4). En lo que respecta a lo demás meses la aparición de niebla es menor y cuando suceden son de corta duración debido a la época del año en la cual el enfriamiento radiativo es más lento y existen fuertes vientos. Los eventos de niebla son escasos en los meses de febrero a julio (figura 4.5). 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 HR TEMP EVENTOS NIEBLA Figura 4.1 Serie de tiempo de la Temperatura, HR y eventos de niebla del mes de Septiembre (1996-2010) 48 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 HR TEMP EVENTOS NIEBLA Figura 4.2 Serie de tiempo de la Temperatura, HR y eventos de niebla del mes de Octubre (1996-2010) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 HR TEMP EVENTOS NIEBLA Figura 4.3 Serie de tiempo de la Temperatura, HR y eventos de niebla del mes de Noviembre (1996-2010) 49 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 HR TEMP EVENTOS NIEBLA Figura 4.4 Serie de tiempo de la Temperatura, HR y eventos de niebla del mes de Diciembre (1996-2010) En el estudio realizado por Newman (2001), la recopilación de 30 años de información proporcionada por los METAR, permitió generar una base de datos enriquecida con las variables de temperatura ambiente, temperatura de punto de rocío, HR, velocidad y dirección del viento (figura 4.6). Con la información obtenida de los reportes meteorológicos aeronáuticos de la estación MMTO, se podría lograr un pronóstico de niebla tomando en cuenta la estación del año y las condiciones meteorológicas de días anteriores al fenómeno. Con la base generada de la estación del aeropuerto de Toluca (MMTO), con una recopilación de varios años, con las mismas variables meteorológicas, brindando una delimitación en los días que pueda ocurrir. Tomando en cuenta los datos que brinda el NOMADS se puede tener más certeza a la hora de predecir el fenómeno de la niebla ya que existen mayor número variables meteorológicas. 50 14 11 CANTIDAD DE EVENTOS 12 11 10 10 8 8 6 6 6 6 4 2 2 2 1 1 1 MAR ABR MAY 0 ENE FEB JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Figura 4.5 Promedio de Eventos de Niebla en el AIT Figura 4.6 Hoja de pronóstico de niebla en el aeropuerto de Melbourne Tomando en cuenta el comportamiento precedente, durante y después del fenómeno de la niebla, este estudio pretende determinar el incremento y disminución en la probabilidad de eventos de niebla en determinada época del año. 51 Con este estudio se define las condiciones precedentes que permiten la formación de la niebla, en las diferentes épocas en el año, ya que estas varían de acuerdo a las condiciones meteorológicas particulares de cada estación del año. También las condiciones que prologan los episodios de niebla, durante la fase de mantenimiento, las variables meteorológicas que ayudan a disipar la niebla de acuerdo a la estación del año. En la fase de disipación de la niebla se determina la relación entre aumento de temperatura y disminución del aire saturado, en los niveles arriba de la superficie del suelo. El número de casos de niebla en promedio en el año ha disminuido en relación a los cambios en un aumento de la temperatura promedio anual. Sin embargo se puede tener episodios de niebla de mayor duración o nieblas muy densas esto muy posiblemente debido a la contaminación en el aire generada tanto en el mismo aeropuerto así como la que es transportada de la zona urbana. Este fenómeno se puede apreciar también en el aeropuerto de la Ciudad de México, en donde la niebla se vuelve más densa posiblemente debido a la existencia de los núcleos de condensación provenientes de la contaminación por material particulado que permiten la generación de las gotitas de agua. 4.1.2 Medidas operacionales para la presencia de Niebla De acuerdo al estudio realizado, el aeropuerto Internacional de Toluca (MMTO), presenta condiciones propicias para la formación de niebla, los datos obtenidos de la estación meteorológica mediante los reportes horarios (METAR) y los pronósticos de terminal de aeródromo (TAF), permitieron generar una base de datos meteorológicos, para determinar las condiciones particulares que preceden a la niebla en Toluca, la fase de mantenimiento y disipación de la niebla en el aeropuerto, los meses con mayor probabilidad de niebla, la relación entre las variables meteorológicas cuando ocurre el fenómeno. Mediante este estudio se puede sugerir recomendaciones para las operaciones en el aeropuerto durante el fenómeno de la niebla, para de esta manera evitar retrasos y cancelaciones en los vuelos. Así como proponer estrategias para evitar gastos innecesarios en cuanto al consumo de combustible de las aeronaves en días críticos. El aeropuerto de Toluca tiene una proyección a futuro en cuanto a crecimiento muy prometedor. Se encuentra dentro los primeros cinco aeropuertos en cuanto a importancia. Su cantidad vuelos por día se ha incrementado considerablemente y va a seguir en 52 aumento. Es uno de los aeropuertos más avanzados en infraestructura en el país debido a las fuertes inversiones para modernizarlo. Se pretende que el aeropuerto internacional de Toluca tome la importancia y las operaciones en pista se incrementen debido a que el aeropuerto de la Ciudad de México se ve rebasado por el gran número de vuelos diarios y se reduce la eficiencia en las operaciones, por esto la carga de trabajo se repartiría entre los dos aeropuertos esto gracias a la cercanía entre ambos. En el estudio se determinó que el rango en el cual se forma la niebla en promedio (ver gráfico 3.1) es de 5:00am a 6:00am y la disipación de este fenómeno ocurre en promedio de 6:00am a 8:00am, dentro de estos rangos ocurren la mayoría de los eventos de niebla. Existen nieblas que solo duran unos cuantos minutos y que su formación se puede dar desde las 12:00am y puede disiparse al poco tiempo, esto es común para los meses de febrero a junio, dentro de estos meses la característica es que se presentan casos de niebla con una duración corta. Para estos meses no se registran casos de niebla intensa, y cuando llegan a ocurrir se disipan con rapidez. Todo este fenómeno ocurre antes de que comience operaciones el AIT (7:00am). Para febrero el promedio en la duración de casos de niebla cuando llegan a ocurrir es de 70 minutos en la madrugada y en marzo en promedio la duración de los eventos de niebla es de 15 minutos. Los meses de abril y mayo registran casos aislados de niebla y esta dura muy poco y dentro del rango de 6:00am a 7:00am. La absorción del calor por parte de la superficie durante estos meses permite una menor pérdida de calor durante la noche y por lo tanto el enfriamiento del aire arriba de la superficie es lento. Aunado a eso, la velocidad del viento durante esos meses es mayor a los 15 kt durante el día lo que permite la circulación del aire y remoción del exceso de HR así como parte de los núcleos de condensación presentes en la atmósfera. Dentro de estos meses las condiciones de vuelo son favorables, y el pronóstico de niebla se presentara principalmente para los meses de febrero y junio que presentan más casos, así como un descenso en la temperatura debajo de los 5°C durante la noche, los vientos pueden llegar hasta 5kt promedio, la HR no necesita llegar al 100% para la formación de 53 niebla, ya que con aproximadamente 93% de HR se podría formar el manto de niebla. Este caso se podía presentar en los primeros días de febrero o en los últimos de junio. Cuando se presenta el fenómeno en estos meses el horario de formación no afectaría con el horario de operación del aeropuerto, ya que el fenómeno se disipa antes de las 7:00am. Cuando llega a durar después de las 7:00am, la recuperación de visibilidad se da de manera rápida, así que aunque se presente condición de cero visibilidad a partir de los primeros rayos del sol, el manto de niebla se disipa y la visibilidad aumenta considerablemente. Para los meses de enero, julio, agosto y septiembre en los cuales el promedio en los casos de niebla es similar, más sin embargo las condiciones meteorológicas son diferentes. Para el mes de enero la duración en promedio de los episodios de niebla es de dos horas y su formación se da en la mayoría de los casos a las 6:00am, la temperatura máxima durante la madrugada tiene que ser de alrededor de 4°C para la formación de niebla y vientos no mayores a 4kt, la saturación del aire se podría formar a partir de 94% de HR. Para el caso de enero se puede realizar un pronóstico de probabilidad si se cumple con los valores meteorológicos mínimos, en los casos extremos puede llegar a durar hasta las 9:30am, para esto se tienen que tener temperaturas menores a cero grados. Las condiciones de vuelo para ese mes serán determinadas por la temperatura a lo largo de la noche y madrugada, para vuelos VFR, lo recomendable es llevarlos a cabo a partir de las 9:00am, debido a los bancos de niebla que aun existen durante la mañana, los vuelos IFR no tienen inconveniente en realizar sus operaciones durante las horas de la mañana. Si se determina un pronóstico de probabilidad del fenómeno de niebla durante ese mes, tomadas con horas de anticipación, se pondrá un programa de retraso de salida a nivel nacional para el AIT. Para el caso de julio la duración del fenómeno es de 50 minutos en promedio, y la mayoría de los casos se concentran en el rango de las 5:20am a 6:10am, el caso más extremo de niebla dura hasta las 8:30am. Debido a esa estación del año la disipación del aire saturado se da con más facilidad por la radiación solar y la intensidad en los vientos. 54 En el mes de agosto la duración de los episodios de niebla es de 80 minutos en promedio, y el rango en donde ocurren los casos es de las 4:50am a las 6:20am, los casos de más duración en ese mes es hasta las 8:30am. Para realizar un pronóstico se tiene que tener en cuenta que la temperatura para formación en ese mes es de 8°C, y que los vientos tienen que ser bajos, el enfriamiento del suelo debe comenzar desde la tarde del día anterior. Los meses con mayor promedio en cuanto a casos de niebla son octubre, noviembre, diciembre. En estos meses la condición de niebla es más propicia debido al descenso de la temperatura y un alto grado de humedad en el ambiente. En estos meses en particular ocurren casos de nieblas con gran duración, incluso llegan a durar de 6 a 8 horas, y afectan las primeras operaciones del aeropuerto. Lo que provoca retrasos en los vuelos y gastos de operación mayores. Estos son los meses críticos en los cuales se pueden encontrar los casos de niebla que afectan las operaciones aeroportuarias. En el mes de octubre la duración de la niebla es por arriba de tres horas, la mayoría de los casos se concentran de las 4:50am a las 7:50am, debido al ambiente con gran cantidad de núcleos de condensación la niebla se vuelve más densa, debido a que la radiación solar no llega a calentar de manera efectiva a la superficie del suelo. Por esta razón ésta tarda en absorber el calor, por lo cual la fase de disipación es más lenta, la niebla se forma con 93% de HR. En eventos extremos la niebla en el mes de octubre puede durar hasta las 9:00am. Para efectuar un pronóstico se toma en cuenta el gradiente de descenso en la temperatura a partir del día anterior, y en el momento en que comience la formación de niebla tomar en cuenta la velocidad del viento. Si esta aumenta arriba de los 5kt durante más de dos horas la condición de niebla desaparece en la zona, pero si el viento cesa el ambiente saturado vuelve a restablecerse. Los reportes SPECI servirán para determinar la condición meteorológica y su tendencia. En caso de tener un 50% de probabilidad de niebla, se podría efectuar el programa de retraso de salida a nivel nacional, y tomando en cuenta los vuelos que arriben de otros países hacia el aeropuerto, y evitar perder más tiempo en demoras y cancelaciones de vuelos. Tomando en cuenta la densidad de tráfico aéreo, designar el aeropuerto alterno para aterrizaje de los primeros vuelos del día. 55 Para el mes de noviembre el rango de los eventos es de las 5:20am a las 8:10am, la temperatura promedio es de 4°C cuando ocurre el fenómeno, dura en promedio poco más de tres horas. En este mes la velocidad e intensidad del viento es muy baja, y cuando existe niebla el viento prácticamente es cero durante toda la fase de mantenimiento. El pronóstico dependerá del índice de enfriamiento de la superficie del suelo, desde el día anterior al fenómeno de la niebla hasta la formación del manto de niebla. En esta época no habrá viento que pueda disipar las concentraciones de niebla en la zona, los núcleos de condensación permitirán una niebla más densa. Existen casos en el que la niebla llega durar varias horas hasta las 10:00am, lo que involucra gran parte del horario de operación en la mañana del AIT. Mediante el NOMADS se puede lograr pronósticos con anticipación, tomando como referencia la recopilación de información meteorológica de los METAR, y el nivel de probabilidad que puede ofrecer el modelo, se pueden tomar medidas para evitar demoras y cancelaciones en los vuelos. Si el pronóstico indica la duración aproximada del fenómeno, se pueden tomar las medidas correspondientes en cuanto a las operaciones aeroportuarias se refiere. Una hora o más de niebla a partir de las 7:00am, provoca retrasos en las llegadas y salidas de vuelos. Se puede efectuar el programa de retraso de salida a nivel nacional, y proponer un aeropuerto alterno para las llegadas, a menos que la aeronave cuente con un sistema que permita realizar la operación durante la presencia de este fenómeno, y el personal de tripulación esté totalmente capacitado, no se debería permitir la salida y llegada durante el fenómeno niebla. El flujo de operaciones en pista se suspende hasta que no se recupere la visibilidad a 1 Milla, y la logística en cuanto al movimiento de las aeronaves y vehículos en pista se preparará para actuar en cuanto se restablezca la visibilidad. 56 CAPITULO V 5.1 Conclusiones Tomando como referencia las distintas investigaciones enfocadas en el fenómeno de la niebla en los aeropuertos realizadas por Slemmer (2004), Chang Ki (2009), Cano (2001) y Newman (2001). Las condiciones particulares de la niebla de radiación cuando esta sucede, que son el enfriamiento radiativo en la superficie debido a los cielos despejados en las noches y la formación de una capa estable debido a la poca intensidad en los vientos, se presentan en la zona del AIT. Estas condiciones se pudieron constatar gracias a los reportes meteorológicos aeronáuticos (METAR) de la estación MMTO. Debido a las condiciones particulares de la zona del AIT, la formación de niebla ocupa un radio de acción relativamente amplio para determinados meses en el año, esto se puede apreciar por las estaciones meteorológicas a los alrededores del aeropuerto, las cuales indican las variables meteorológicas representativas de la condición de niebla (temperatura, HR e intensidad del viento). Estos valores permiten recrear series de tiempo de las variables meteorológicas, para establecer parámetros de similitud con respecto a determinada época del año. En cuanto al promedio mensual de días con niebla a partir de agosto hasta enero son los meses que presentan un mayor número eventos de este fenómeno con respecto al promedio general. Cuando se presenta la condición de niebla en el reporte METAR, los eventos de niebla varían en cuanto a intensidad y duración, ya que algunos casos de este fenómeno pueden durar unos minutos o pueden ser prolongarse por horas. Los meses que tienen esta condición de nieblas prolongadas son octubre y noviembre. Mediante este estudio se trata de dar la debida importancia en cuanto al beneficio que se puede obtener en el aeropuerto con pronósticos meteorológicos eficientes para la toma de decisiones que sirvan para aminorar el gasto provocado por este fenómeno meteorológico (retrasos y cancelaciones de vuelos, gasto de combustible o accidentes). La orografía es un factor muy importante para la formación de la niebla, aeropuertos como el Barajas (España) o el aeropuerto de Salt Lake (Estados Unidos), ven acrecentar el 57 problema debido a las montañas alrededor del aeropuerto ya que actúan como barreras horizontales para atrapar el aire frio y húmedo cerca de la superficie, provocando que este aire se estanque en la zona y produzca las condiciones de formación de niebla. De ahí que para estos aeropuertos es importante tener pronósticos meteorológicos eficientes para anticiparse al evento para la toma de decisiones para disminuir los retrasos y cancelaciones en los vuelos. En el aeropuerto internacional de Toluca la orografía es un factor a considerar, en determinadas épocas del año la formación de niebla se incrementa debido a las condiciones meteorológicas, existen fuentes de humedad a los alrededores que pueden transportar el aire húmedo a la zona del aeropuerto. Mediante un pronóstico meteorológico adecuado que permita la toma de decisiones para disminuir los retrasos así como trabajar en conjunto con los otros aeropuertos involucrados en la operación, se puede mitigar los problemas que ocasiona este fenómeno y de esta forma también las pérdidas monetarias innecesarias. Mediante los reportes de la estación meteorológica del aeropuerto (MMTO), se realizó una base de datos mediante las variables meteorológicas que van relacionadas con el fenómeno. Con los gráficos presentados se aprecian tendencias y patrones de similitud de este fenómeno. Con estos resultados se logra determinar los meses en particular con más casos de niebla, y el horario en promedio en el que ocurre la niebla. Con esto considerar que tanto puede afectar a las operaciones en el aeropuerto si la niebla dura más de lo común. La relación entre la disminución de la temperatura con el aumento de la HR así como la disminución en la intensidad de los vientos a nivel de superficie, es un indicativo de que la niebla de radiación se generará, la razón de cambio con estos valores meteorológicos varían cada hora (mediante los reportes METAR) permite recrear tendencias y patrones de similitud con otros eventos pasados. La niebla es un fenómeno mesoescalar por lo tanto es difícil poder disminuir la intensidad de esta, de acuerdo a las series de tiempo de temperatura y HR, la tendencia de que haya casos de niebla disminuirá debido al aumento de temperatura, pero cuando suceda un caso de niebla su duración será más prolongada. 58 De acuerdo a los reportes meteorológicos en el aeropuerto los meses que presentaron mayor número de eventos prolongados de niebla, son octubre y noviembre, la duración de la niebla afecta las operaciones en pista durante la mañana. Para el caso del mes de noviembre la mayoría de los casos en que comienza la niebla se registraron a partir de las 5:00am, de acuerdo al punto máximo de la curva del gráfico del histograma de ese mes y se disipa entre las 7:00am y 8:00am según la curva del histograma. En el caso del mes de octubre la mayoría de los casos en que comienza la niebla se registraron entre las 4:00am y 6:00am, de acuerdo al punto máximo de la curva del gráfico del histograma de ese mes y se disipa entre las 6:00am y 8:00am según la curva del histograma. En lo que respecta al horario de formación y disipación de la niebla de los últimos 15 años, la curva del histograma de comienzo de la niebla es entre las 5:00am y 6:00am, y su disipación es entre la 6:00am a 8:00am de acuerdo al histograma. Cuando las condiciones de niebla de radiación existen, es una buena idea examinar el patrón de clima en los días anteriores para ver si la niebla se ha producido y en qué momento del día y a qué temperatura. Llevar un control de los datos de la temperatura y punto de rocío en un aeropuerto puede ayudar a los controladores y pilotos por igual para predecir la aparición de niebla de radiación y las operaciones de planificar en consecuencia. Durante la realización de operaciones de vuelo locales, tales como entrenamiento de vuelo, se debe tener cuidado con el aire cuando hay una elevación de la niebla en la tarde mientras que las condiciones de niebla de radiación aún existen. Se debe tomar en cuenta que van a suceder demoras y retrasos y también que se tiene que llevar combustible para contingencias adicionales. La tripulación y los controladores deben extremar las precauciones adicionales durante las operaciones de baja visibilidad ya que la pérdida de la conciencia situacional es un factor importante en contribuir en la incursión de peligros de eventos en pista. Un aeropuerto debe garantizar que los acuerdos de colaboración en la adopción de decisiones para maximizar la capacidad de los aeropuertos se reúnan e involucren a los 59 proveedores de servicios también. Las tripulaciones deben anticipar en las medidas para el rodaje en pista en operaciones de baja visibilidad y llevar combustible adicional en consecuencia. Utilizando la metodología expuesta en este estudio mediante el uso de información meteorológica, se puede lograr investigaciones en otras zonas o aeropuertos para generar caracterizaciones sinópticas de la zona aeroportuaria y de esta forma determinar los meses y días críticos en los cuales se presenta el fenómeno, la probabilidad de que se presente el evento con anticipación y de esta forma generando mejores pronósticos meteorológicos. Mediante un pronóstico efectivo de los meses con mayor incidencia del fenómeno de la niebla, se puede pronosticar las condiciones que predominarán en determinados días de acuerdo a la tendencia meteorológica con un grado mayor de probabilidad tomando en cuenta los días previos. Para de esta manera llevar a cabo las medidas operacionales pertinentes para evitar los problemas comunes (cancelaciones y retrasos de vuelos) provocados por este fenómeno. 60 Bibliografía  AIM, FAA, 2010, Aeronautical Information Manual, Official Guide to Basic Flight Information and ATC Procedures, Safety of Flight, Chapter 7-1-7.  Anexo 11 al Convenio sobre Aviación Civil, OACI, Servicios de Control de Tránsito Aéreo, Cap. 3.8, Control de personas y vehículos en las aeródromos, Ed. XIII  Anexo 3 al Convenio sobre Aviación Civil, OACI, Servicio Meteorológico para la navegación Aérea Internacional, Ed. XV  Anexo 6 al Convenio sobre Aviación Civil, OACI, Operación de Aeronaves, Cap. 1, Definiciones, Ed. VIII  Anexo 6 al Convenio sobre Aviación Civil, OACI, Operación de Aeronaves, Cap. 4.3.6, Preparación de los vuelos, Ed. VIII  Anexo 6 al Convenio sobre Aviación Civil, OACI, Operación de Aeronaves, Cap. 4.6, Limitaciones impuestas por las condiciones meteorológicas, Ed. VIII  ANZA (Agenzia Nazionale per la Sicurezza del Volo), Accident involved aircraft Boeing MD-87, registration SE-DMA and Cessna 525-A, registration D-IEVX Milano Linate airport, Final Report, January, 2004.  ASIS, FAA, 2010, Aviation Safety Information and Analysis, Accident data System.  Bakowski 2005, Condiciones precedentes a la formación de niebla en los aeropuertos de Polonia.  Cano 2003, Prediction of fog episodes at the airport of Madrid-Barajas using different modeling approaches.  Chang Ki y Yum 2009, Local meteorological and synoptic characteristics of fogs formed over Incheon International Airport in the west coast of Korea.  COMET (2009) Niebla. Procesos e impactos en la aviación y los pronósticos en la aviación  Douglas D. E., 1978, Colisión de Aeronaves Boeing 747 PH-BUF de KLM Y Boeing 747 N 737 de PANAM en los Rodeos (Tenerife) el 27 de Marzo de 1977, 61 Ministerio de Transporte y Comunicaciones, Comisión de accidentes, Madrid España, pp. 60  González B., 2009, Descubrir la meteorología en la aviación, Ed. Aeropuertos Españoles y Navegación Aérea (AENA), España, 168 pág.  Houghton H. G. and Radford W.H., 1938, On the local dissipation of natural Fog, papers in physical oceanography and meteorology, Cambridge and Woods Hole, Massachusetts  Iribarne J.V. and Gotson W.L., 1981, Atmospheric Thermodynamics, Springer, 2nd edition, 278 pág.  Latinov 2005, Particularidades de la formación de niebla en Bulgaria  Mason, J., 1982, Physics of Radiation Fog. 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En el caso del sistema Tierra-atmósfera se refiere al proceso mediante el cual se emite de onda larga (infrarroja) de radiación para equilibrar la absorción de onda corta (visible) de la energía del sol. Estación meteorológica – Es una instalación destinada a medir y registrar regularmente diversas variables meteorológicas. HIRLAM – Modelo meteorológico de Alta Resolución para un Area Local de predicción numérica del tiempo utilizado en Europa. Histograma – para este estudio fue la representación gráfica de la variable de la formación de la niebla con respecto al tiempo en intervalos de una hora. HR – Humedad Relativa IFR – (Instrument Flight Rules) Reglas de Vuelo Instrumental es el conjunto de normas y procedimientos basados en el Reglamento de Circulación Aérea, que regulan el pilotaje de aeronaves en condiciones de visibilidad reducida. Isla de Calor – es una situación debido a la urbanización, de acumulación de calor por la inmensa cantidad de materiales absorbentes de calor (edificios, casas, asfalto, entre otros) y atmosférica que se da en situaciones de estabilidad por la acción de un anticiclón térmico. MDA – (Minimum Descend Altitude) Altitud Mínima de Descenso es la altitud especificada en una aproximación que no es de precisión o en una aproximación circular, por debajo de la cual no puede efectuarse el descenso sin la referencia visual requerida 63 Metar – (Meteorological Aerodrome Report) Reporte Meteorológico Aeronáutico es un formato para las observaciones del clima en la superficie en la zona del aeropuerto realizado cada hora o cada 30 minutos si las condiciones meteorológicas cambian significativamente. Meteorograma – Proporciona un resumen gráfico del tiempo de las condiciones meteorológicas de superficie. Generalmente cubren períodos de 24 horas. Milla estatuta – Distancia equivalente a 1.8km MMTO – Código asignado por parte de Organización de Aviación Civil Internacional al Aeropuerto de Toluca OACI – La Organización de Aviación Civil Internacional es una agencia de la Organización de las Naciones Unidas creada en 1944 por la Convención de Chicago para estudiar los problemas de la aviación civil. Presión de vapor – Es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentra en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. RVR – (Railway Visual Range) Alcance Visual en Pista Es la distancia hasta la cual el piloto de una aeronave que se encuentra sobre el eje de una pista puede ver las señales de superficie de la pista o las luces que la delimitan o que señalan su eje SMN – Servicio Meteorológico Nacional TAF – (Terminal Aerodrome Forecast) es un pronóstico del tiempo meteorológico que se efectúa para un aeropuerto. Temperatura Punto de Rocío – Es la temperatura a la que empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina o escarcha. VFR – (Visual Flight Rules) Reglas de Vuelo Visual es el conjunto de normas basadas en el Reglamento de Circulación Aérea que establecen las condiciones suficientes para que el piloto pueda dirigir su aeronave, navegar y mantener la separación de seguridad con cualquier obstáculo con la única ayuda de la observación visual. 64