Application of Tropospheric Sulfate Aerosol Emissions to Mitigate Meteorological Phenomena with Extremely High Daily Temperatures

This research examined whether tropospheric sulfate ion aerosols (SO42-) might be applied at a regional scale to mitigate meteorological phenomena with extremely high daily temperatures. The specific objectives of this work were: 1) to model the behavior of SO42- aerosols in the troposphere and their influence on surface temperature and incident solar radiation, at a regional scale, using an appropriate online coupled mesoscale meteorology and chemistry model; 2) to determine the main engineering design parameters using tropospheric SO42- aerosols in order to artificially reduce the temperature and incoming radiation at surface during events of extremely high daily temperatures, and 3) to evaluate a preliminary technical proposal for the injection of regionally engineered tropospheric SO42- aerosols based on the Integral Anti-Hail System of the Province of Mendoza. In order to accomplish these objectives, we used the Weather Research & Forecasting Model coupled with Chemisty (WRF/Chem) to model and evaluate the behavior of tropospheric SO42- over the Province of Mendoza (Argentina) (PMA) on a clear sky day during a heat wave event occurred in January 2012. In addition, using WRF/Chem, we evaluated the potential reductions on surface temperature and incident shortwave radiation around the metropolitan area of Great Mendoza, PMA, based on an artificially designed aerosol layer and on observed meteorological parameters. The results demonstrated the ability of WRF/Chem to represent the behavior of tropospheric SO42- aerosols at a regional scale and suggested that the inclusion of these aerosols in the atmosphere causes changes in the surface energy balance and, therefore, in the surface temperature and the regional atmospheric circulation. However, it became evident that given the high rate of injection and the large amount of mass required for its practical implementation by means of the technology currently used by the anti-hail program, it is inefficient and energetically costly.Fil: Mulena, Gabriela Celeste. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales. Provincia de Mendoza. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales. Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; ArgentinaFil: Puliafito, Salvador Enrique. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Lakkis, Susan Gabriela. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires". Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires; Argentin

Diferencias estacionales entre tropopausas térmicas calculadas usando perfiles verticales de temperatura a partir de niveles significativos y estándar de radiosondeos para la red aerológica de Sudamérica

Se llevó a cabo un estudio de diferencias entre dos tropopausas térmicas sobre 59 estaciones aerológicas de Sudamérica. La tropopausa térmica primigenia, llamada lapse rate tropopause (LRT) y obtenida de perfiles verticales de temperatura en niveles significativos incluidos en los radiosondeos siguiendo la definición de la Organización Meteorológica Mundial (World Meteorological Organization, WMO), fue comparada con la tropopausa estimada de los niveles estándar (LRTM) con un algoritmo que está de acuerdo con la definición de la WMO. El período de estudio comprende enero 1973‒diciembre 2019. Las comparaciones entre la LRT y la LRTM se llevaron a cabo de manera estacional para presión, altura y temperatura. Los resultados fueron organizados en bandas latitudinales de 5º de ancho. Por bandas zonales la LRTM está, en promedio, por debajo o por encima de la LRT dependiendo de la banda, y en general ambas tropopausas son estadísticamente distintas. Con el objetivo de estimar si existe una relación entre ellas se calculó el coeficiente de correlación de Spearman entre las mismas variables de LRTM y LRT, los cuales resultaron positivos por lo que las variables correlacionadas pueden vincularse a través de funciones monótonas crecientes. Se escogió una función lineal y las pendientes y ordenadas al origen fueron obtenidas para cada banda de latitud. Las variables de la LRTM tomadas como predictores permiten así conocer las correspondientes a la LRT estimada (LRT*). La discrepancias entre LRT* y LRT fueron cuantificadas con el error cuadrático medio, cuya maximización tiene lugar en la región de influencia del jet subtropical.An analysis on the differences between two thermal tropopauses at 59 South American upper-air stations was carried out. The original lapse rate tropopause (LRT) derived from significant-level radiosonde temperature profiles following the World Meteorological Organization (WMO) definition was compared with the tropopause estimated from radiosonde mandatory levels (LRTM) with a WMO-compliant algorithm. The study period encompasses January 1973–December 2019. The comparisons between the LRT and the LRTM were performed on a seasonal basis for pressure, height and temperature and the results were organized into latitudinal bands of 5° width. On average, the LRTM locates below or above the LRT, depending on the band considered, and in general the both tropopauses are statistically different. The Spearman’s correlation coefficients between the same LRTM and LRT variables were calculated in order to estimate whether there exists a relation between them. The coefficients resulted positive so the correlated variables can be related through monotonic increasing functions. A linear function was selected and the slopes and the intercepts for this relation were provided at each latitudinal band. Taking the LRTM variables as predictors enables the obtention of the corresponding LRT variables. The matching between the LRT and the LRTMderived LRT was addressed through root mean squares, whose maximization occurs in the subtropical jet’s region of influence.Fil: Yuchechen, Adrian Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; ArgentinaFil: Lakkis, Susan Gabriela. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires". Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Canziani, Pablo Osvaldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; Argentin

Diferencias estacionales entre tropopausas térmicas calculadas usando perfiles verticales de temperatura a partir de niveles significativos y estándar de radiosondeos para la red aerológica de Sudamérica

Se llevó a cabo un estudio de diferencias entre dos tropopausas térmicas sobre 59 estaciones aerológicas de Sudamérica. La tropopausa térmica primigenia, llamada lapse rate tropopause (LRT) y obtenida de perfiles verticales de temperatura en niveles significativos incluidos en los radiosondeos siguiendo la definición de la Organización Meteorológica Mundial (World Meteorological Organization, WMO), fue comparada con la tropopausa estimada de los niveles estándar (LRTM) con un algoritmo que está de acuerdo con la definición de la WMO. El período de estudio comprende enero 1973‒diciembre 2019. Las comparaciones entre la LRT y la LRTM se llevaron a cabo de manera estacional para presión, altura y temperatura. Los resultados fueron organizados en bandas latitudinales de 5º de ancho. Por bandas zonales la LRTM está, en promedio, por debajo o por encima de la LRT dependiendo de la banda, y en general ambas tropopausas son estadísticamente distintas. Con el objetivo de estimar si existe una relación entre ellas se calculó el coeficiente de correlación de Spearman entre las mismas variables de LRTM y LRT, los cuales resultaron positivos por lo que las variables correlacionadas pueden vincularse a través de funciones monótonas crecientes. Se escogió una función lineal y las pendientes y ordenadas al origen fueron obtenidas para cada banda de latitud. Las variables de la LRTM tomadas como predictores permiten así conocer las correspondientes a la LRT estimada (LRT*). La discrepancias entre LRT* y LRT fueron cuantificadas con el error cuadrático medio, cuya maximización tiene lugar en la región de influencia del jet subtropical.An analysis on the differences between two thermal tropopauses at 59 South American upper-air stations was carried out. The original lapse rate tropopause (LRT) derived from significant-level radiosonde temperature profiles following the World Meteorological Organization (WMO) definition was compared with the tropopause estimated from radiosonde mandatory levels (LRTM) with a WMO-compliant algorithm. The study period encompasses January 1973–December 2019. The comparisons between the LRT and the LRTM were performed on a seasonal basis for pressure, height and temperature and the results were organized into latitudinal bands of 5° width. On average, the LRTM locates below or above the LRT, depending on the band considered, and in general the both tropopauses are statistically different. The Spearman’s correlation coefficients between the same LRTM and LRT variables were calculated in order to estimate whether there exists a relation between them. The coefficients resulted positive so the correlated variables can be related through monotonic increasing functions. A linear function was selected and the slopes and the intercepts for this relation were provided at each latitudinal band. Taking the LRTM variables as predictors enables the obtention of the corresponding LRT variables. The matching between the LRT and the LRTMderived LRT was addressed through root mean squares, whose maximization occurs in the subtropical jet’s region of influence.Fil: Yuchechen, Adrian Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; ArgentinaFil: Lakkis, Susan Gabriela. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires". Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Canziani, Pablo Osvaldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; Argentin

Solar radiation: regression methods for data period 2010-2013 in Buenos Aires

En este trabajo se analizan diferentes modelos empíricos existentes para la estimación de la radiación solar mensual incidente en Buenos Aires, basados en parámetros meteorológicos usualmente medidos como temperatura y horas de sol, para el período comprendido entre 2010-2013. Los datos utilizados para la estimación de los modelos fueron adquiridos por medio del Servicio Meteorológico Nacional en el caso de horas de sol, mientras que la radiación solar(±5%), presión (±0.2 h Pa), temperatura (±0.2 °C), dirección y velocidad del viento (±0.5 m/s) así como las precipitaciones (±0,5%) fueron adquiridas directamente de una estación meteorológica automática que opera en la Universidad Católica Argentina. Los resultados, validados por predictores estadísticos, reflejan que las mejores estimaciones para la radiación solar incidente no sólo obedecen modelos dependientes de temperatura, sino también a aquellos que involucran las horas de sol como el propuesto por Angstrom-Prescott, con un coeficiente de correlación estimado del 85%, y al propuesto en base a ecuaciones exponenciales, con una correlación cercana al 90%.In this paper different existing models for estimating global solar radiation were tested in Buenos Aires using commonly measured meteorological data as temperature and sunshine hours covering the years 2010-2013. The Servicio Meteorológico Nacional provided the sunshine hours data while solar radiation (±5%), atmospheric pressure (±0.2 hPa), temperature (±0.2 °C), the direction and speed of winds (±0.5 m/s) and precipitation (±0,5%) have been regularly measured by the automatic weather station operating at Pontificia Universidad Católica Argentina. The results, analyzed through statistical predictors, show that the best estimation for the incident solar radiation corresponds not only to temperature based models but also to those depending on sunshine hours such as that proposed by Angstrom-Prescott with a correlation coefficient close to 85%, and also to the one proposed with a exponential relationship with almost 90% of correlation.Fil: Lavorato, Mario Blas. Ministerio de Defensa. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Haedo; Argentina. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires"; ArgentinaFil: Lakkis, Susan Gabriela. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires". Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires; ArgentinaFil: Canziani, Pablo Osvaldo. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

A cluster approach to cloud cover classification over South America and adjacent oceans using a k-means/k-means++ unsupervised algorithm on GOES IR imagery

An unsupervised k-means/k-means++ clustering algorithm was implemented on daily images of standardized anomalies of brightness temperature (Tb) derived from the Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES)-13 infrared data for the period 1 December 2010 to 30 November 2016. The goal was to decompose each individual Tb image into four clusters that captures the characteristics of different cloud regimes. The extracted clusters were ordered by their mean value in an ascending fashion so that the lower the cluster order, the higher the clouds they represent. A linear regression between temperature and height with temperature used as the predictor was conducted to estimate cloud top heights (CTHs) from the Tb values. The analysis of the results was performed in two different ways: sample dates and seasonal features. Cluster 1 is the less dominant one, representing clouds with the highest tops and variabilities. Cluster 4 is the most dominant one and represents a cloud regime that spans the lowest 2 km of the troposphere. Clusters 2 and 3 are entangled in the sense that both have their CTHs spanning the middle troposphere. Correlations between the monthly time series of the number of pixels in each cluster and of the entropy with several circulation indices are also introduced. Additionally, a fractal-related analysis was carried out on cluster 1 in order to resolve cirrus and cumulonimbus.Fil: Yuchechen, Adrian Enrique. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lakkis, Susan Gabriela. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Caferri, Agustín. No especifíca;Fil: Canziani, Pablo Osvaldo. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Muszkats, Juan Pablo. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires. Departamento de Ciencias Básicas y Experimentales; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Aerosols measurement as product of biomass burning on cryosphere in the Central Andes

The cryosphere on the Central Andes between Argentina and Chile is an important water reservoir; therefore, it is important to ensure the sustainability of this resource for the ecosystem and millions of people in this region. Then, the knowledge about hydrological cycle and the different phenomena that are affecting its radiative balance caused by absorbing aerosols of solar radiation, some of these aerosols can be generated by large burning of biomass, a practice that occurs during crop changes in the austral spring in South America. For this reason, it has been analyzed in several basins uses remote knowledge data for 17 years (2000 - 2016) and the analysis of variations on snow albedo, aerosol optical depth (ODA) and land surface temperature of several water basins of that region. The partial results indicate a negative tendency in the snow albedo decrease related to the AOD variations. The next step will be collect snow samples to measure levoglucosan, mannosan and galactosan to establish if there is on snow presence of aerosol from the biomass combustion and the type of biomass source.Fil: Bolaño Ortiz, Tomas Rafael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; ArgentinaFil: Pascual Flores, Romina María. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ruggeri, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales. Provincia de Mendoza. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales. Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales; ArgentinaFil: Lakkis, Susan Gabriela. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires; Argentina. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires". Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Puliafito, Salvador Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; ArgentinaSchool of Atmospheric Measurements in Latin America and the Caribbean: Atmospheric particles and Reactive GasesSan JuanPuerto RicoUniversity of Puerto Ric

Assessment of absorbing aerosols on austral spring snow albedo reduction by several basins in the Central Andes of Chile from daily satellite observations (2000–2016) and a case study with the WRF-Chem model

Changes in snow albedo (SA) on the Limari, Choapá, Aconcagua and Maipo basins of the Central Andes of Chile (CAC) are associated with the possible deposition of light-absorbing particles in the austral spring. We correlate SA with daily data of snow cover, aerosol optical depth (AOD) and land surface temperature (LST) available from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) onboard the NASA Terra satellite between 2000 and 2016, and other derived parameters such as days after albedo (DAS) and snow precipitation (SP). We used satellite pixels with 100% snow cover to obtain monthly average value of SA, LST, AOD, DAS and SP from September to November performing multiple regression analysis. We show that in Maipo, after considering LST, AOD represents an important role in changes induced to SA. The multiple regression model illustrates that AOD increases can reduce the SA during spring months by 13.59, 0.01, 0.77 and 3.8% in Limari, Choapá, Aconcagua and Maipo, respectively. In addition, we used a numerical prediction Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry (WRF-Chem), showing that the black carbon distribution and average daily AOD are associated with the SA decrease of 0.15 in the Maipo basin between September 29 and 30, 2016. The WRF-Chem output showed aerosols are transported mainly with dominating westerly winds to the Limari and Maipo basins. Our results further suggest that SA decrease due to AOD may be originated in the largest industrial and urban areas in Chile, producing a negative impact on the hydrological resource, generated in the CAC.Fil: Bolaño Ortiz, Tomas Rafael. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Pascual Flores, Romina María. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Lopez Noreña, Ana Isabel. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Ruggeri, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Universidad Tecnica Federico Santa Maria; ChileFil: Lakkis, Susan Gabriela. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires; Argentina. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires". Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Fernandez, Rafael Pedro. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Puliafito, Salvador Enrique. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; Argentin

Análisis de los aerosoles absorbentes generados por quema de biomasa y su relación con la reducción de albedo en nieve en la Cuenca del Maipo (Chile): Estudio de caso usando el modelo WRF- Chem

La nieve y glaciares en la cuenca alta del Rio Maipo en Chile, son un significativo reservorio y fuente de agua para más de 7 millones de personas en la región metropolitana de Santiago. Varios estudios muestran que el albedo en nieve está disminuyendo en los Andes Centrales, debido principalmente al oscurecimiento de las superficies níveas ocasionado por cambios físicos, y por la deposición de partículas absorbentes de la luz (LAP, por su sigla en inglés). Uno de los efectos inmediatos de este oscurecimiento de la nieve (SDE, por sus siglas en inglés) es su derretimiento más rápido, lo que significaría una menor cantidad de agua disponible posteriormente. Investigaciones realizadas en el área de estudio sugieren que una importante fuente de LAP en la zona son las quemas a cielo abierto. Para analizar los efectos de estas quemas en la criósfera de la cuenca, se desarrolló una metodología que articula un análisis espacio-temporal de albedo en nieve con imágenes MODIS durante 17 años para la primavera austral, con la simulación de la dispersión de LAP usando el modelo WRF-Chem y el inventario de quemas de alta resolución espacial Fire INventory from NCAR (FINN). Los resultados muestran que las LAP están llegando a la nieve de esta cuenca y se relacionan con variaciones negativas de albedo promedio diario de hasta el 27%, observadas en las imágenes satélites MODIS para los días analizados, situación que está impactando los recursos hídricos disponibles en la cuenca Maipo.Fil: Bolaño Ortiz, Tomas Rafael. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ruggeri, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Universidad Tecnica Federico Santa Maria; ChileFil: Pascual Flores, Romina María. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lopez Noreña, Ana Isabel. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lakkis, Susan Gabriela. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires; Argentina. Pontificia Universidad Católica Argentina "Santa María de los Buenos Aires". Secretaría Académica. Dirección de Investigaciones. Equipo Estudios de Procesos Atmosféricos en el Cambio Global; ArgentinaFil: Puliafito, Salvador Enrique. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional de Mendoza; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaReunión anual de la Sociedad Chilena de la CriósferaLa SerenaChileCentro de Estudios Avanzados en Zonas Árida

Search for eccentric black hole coalescences during the third observing run of LIGO and Virgo

Despite the growing number of confident binary black hole coalescences observed through gravitational waves so far, the astrophysical origin of these binaries remains uncertain. Orbital eccentricity is one of the clearest tracers of binary formation channels. Identifying binary eccentricity, however, remains challenging due to the limited availability of gravitational waveforms that include effects of eccentricity. Here, we present observational results for a waveform-independent search sensitive to eccentric black hole coalescences, covering the third observing run (O3) of the LIGO and Virgo detectors. We identified no new high-significance candidates beyond those that were already identified with searches focusing on quasi-circular binaries. We determine the sensitivity of our search to high-mass (total mass M>70 M⊙) binaries covering eccentricities up to 0.3 at 15 Hz orbital frequency, and use this to compare model predictions to search results. Assuming all detections are indeed quasi-circular, for our fiducial population model, we place an upper limit for the merger rate density of high-mass binaries with eccentricities 0<e≤0.3 at 0.33 Gpc−3 yr−1 at 90\% confidence level