Se describen aspectos relacionados con el emplazamiento, diseño, recolección de datos y mantenimiento de la estación meteorológica automática instalada en la Reserva Biológica Alberto Manuel Brenes. La incorporación e importancia de metadatos y control de calidad para la estación es señalada. Se muestra un análisis básico de las variables atmosféricas temperatura, precipitación y rapidez del viento para el período 2008 - 2016.The sitting, layout, data collection and maintenance aspects for Alberto Manuel Brenes Biological Reserve ́s automatic weather station are described. This manuscript mentions metadata and quality control considerations for the weather station. Temperature, precipitation and wind speed basic analysis is done for the 2008 - 2016 period.UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Básicas::Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI

Salazar Murillo, Alberto Jesús

Vargas Castillo, José Luis

Pensamiento Actual

Repositorio Institucional de la Universidad de Costa Rica

 40 Aniversario ReBAMBUniversidad de Costa Rica - Sede de Occidente.Revista Pensamiento Actual - Vol 17 - Suplemento No 1, 2017 ISSN Impreso: 1409-0112 / ISSN Electrónico: 2215-3586 9696 - 1041 Licenciado en Manejo de los Recursos Naturales.Encargado de la Sección de Instrumental Meteorológico, Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI), Universidad de Costa Rica. Correo electrónico: ALBERTO.SALAZARMURILLO@ucr.ac.cr 2 Licenciado en Física. Encargado de la Sección de Instrumental Meteorológico, Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI), Universidad de Costa Rica. Correo electrónico: JOSE.VARGASCASTILLO@ucr.ac.crMediante un convenio con el Centro de Investigaciones Geofísicas (CIGEFI), la Reserva Biológica Alberto Manuel Brenes (ReBAMB) cuenta con una estación meteorológica automática desde el mes de agosto del año 2008. La EMA está ubicada en las coordenadas N10°13'12.0'', O84°35'13.3'', altitud 967 m s.n.m., 1 km al Este de la Estación Biológica Rodolfo Ortiz. En las secciones a continuación, se describen aspectos técnicos asociados con la forma en que se obtienen y se analizan algunas variables meteorológicas: temperatura, lluvia y viento.Una estación meteorológica automática (EMA) puede entenderse como un sistema computarizado que administra una serie de sensores orientados al monitoreo meteorológico (Harrison, 2015). Este sistema realiza y almacena mediciones, por lo general de temperatura, precipitación, presión atmosférica, viento y radiación solar. Los sensores no se pueden colocar en un lugar de manera arbitraria. La Organización Meteorológica Mundial (WMO) ha definido estándares para la exposición de instrumental meteorológico desde 1954 (World Meteorological Organization, 2012).I. IntroducciónThe sitting, layout, data collection and maintenance aspects for Alberto Manuel Brenes Biological Reserve´s automatic weather station are described. This manuscript mentions metadata and quality control considerations for the weather station. Temperature, precipitation and wind speed basic analysis is done for the 2008 – 2016 period.Key Words: weather station, meteorological instruments, metadata, ReBAMB, weather analysisAbstractSe describen aspectos relacionados con el emplazamiento, diseño, recolección de datos y mantenimiento de la estación meteorológica automática instalada en la Reserva Biológica Alberto Manuel Brenes. La incorporación e importancia de metadatos  y control de calidad para la estación es señalada. Se muestra un análisis básico de las variables atmosféricas temperatura,  precipitación y rapidez del viento para el período 2008 -2016.Palabras clave: estación meteorológica, instrumentos meteorológicos, metadatos, ReBAMB, análisis meteorológico. ResumenRecibido: 21/01/2017   /   Aprobado: 7/3/2017Alberto Salazar Murillo1       José Luis Vargas Castillo2Some technical aspects for Alberto Manuel Brenes Biological Reserve´s automatic weather stationAlgunos aspectos técnicos sobre la Estación Meteorológica Automática de la Reserva Biológica Alberto Manuel BrenesRevista Pensamiento Actual - Vol. 17 - Supl. No 1, 2017 - Universidad de Costa Rica - Sede de Occidente.97En julio del año 2008 un grupo de funcionarios del CIGEFI,  dirigidos por el Dr. Jorge Amador, en coordinación con el M.Sc Rónald Sánchez, visitaron la ReBAMB para elegir el sitio de emplazamiento de la EMA. En general, el lugar seleccionado es accesible durante todo el año, seguro y sin obstrucciones que impidan el funcionamiento de los sensores. Shafer et al. (1993) resumen con detalle los estándares WMO tipo emplazamiento y demás parámetros que son considerados durante las giras de reconocimiento. El diseño (layout) de una estación meteorológica hace referencia a la manera en que están instalados los sensores una vez escogido el sitio de emplazamiento (Shafer et al., 1993; Brock y Crawford, 1995; Schroeder et al., 2005; McPherson et al., 2007; Kimball et al., 2010). En la Reserva está instalada la Davis-ReBAMB, una Estación marca Davis, estilo Vantage Pro2, modelo 6163. Es una estructura integrada (ISS) donde el pluviómetro II. El sitio de emplazamientoIII. El diseño de la estación y piranómetro están anclados sobre el panal antirradiación que protege al sensor de humedad relativa y temperatura. La posición de este último define la altura en que se coloca la ISS. El estándar WMO tipo instalación indica que los termómetros deben colocarse entre 1.25m y 2.0m de altura (World Meteorological Organization, 2012). En la Davis-ReBAMB el sensor de temperatura está a 1.25 m sobre el suelo (el pluviómetro está  a 1.50 m). Cerca de la ISS está colocada la torre para el anemómetro y veleta (figura 1). Estos dos instrumentos están a una altura de 10 m y alineados hacia el norte, cumpliendo con el estándar de instalación para registradores de viento. Todos los  sensores mencionados anteriormente están conectados, por medio de terminales RJ-11, con una central de procesamiento llamada Módulo de Sensores Integrados (SIM). El SIM transmite la información a la Consola, dispositivo colocado a 1.50 m de altura que tiene integrados el barómetro y al registrador de datos (datalogger).Figura 1. Vista esquemática de la EMA Davis ReBAMB. Los sensores están etiquetados.9840 Aniversario ReBAMBLa Davis-ReBAMB graba datos en intervalos de 30 minutos. La información es almacenada en el datalogger y posteriormente descargada a cualquier computadora a través de un puerto USB. El registrador puede contener los datos hasta por 45 días antes de comenzar a reemplazar lo recolectado.El término metadato es frecuentemente utilizado para describir cualquier recurso que caracterice un objeto (National Information Standards Organization, 2004).  En términos de instrumentación meteorológica, el metadato es tan importante como el sensor porque ayuda a interpretar los registros e identificar patrones (Aguilar et al., 2003). Actualmente, el CIGEFI está creando un set de metadatos para la Davis –ReBAMB con  base en las recomendaciones de Muller et al. (2013). Respecto al control de calidad de los  datos recolectados, se utiliza la base de datos MYSQL, la cual permite el ordenamiento y manipulación de grandes volúmenes de registros,  junto con la interfaz de programación Perl. Por medio de estos componentes de software se elaboró un programa (Alfaro y Soley, 2009), que determina valores atípicos o sospechosos, ejecuta rellenados de datos faltantes e identifica valores repetidos.El mantenimiento preventivo calendarizado contribuye con la calidad de datos producidos por la estación meteorológica (Brown y Hubbard, 2001). La estación es visitada cada 40 días por personal del CIGEFI para inspección y mantenimiento. La rutina de mantenimiento consiste en descargar la información almacenada en el datalogger, remover hongos u obstrucciones de origen vegetal o animal en la ISS, escuchar la rotación del anemómetro y veleta, limpiar los alrededores de la estación y verificar manualmente la operatividad de los sensores. Fiebrich et al. (2006) detallan estos procedimientos aplicados a una red de EMA en el estado de Oklahoma, Estados Unidos. Durante la visita se anota el intervalo de tiempo en que se manipula la estación para no afectar el registro de datos. No se realiza calibración de sensores. Cuando un sensor presenta fallas es económicamente más rentable cambiarlo por otra unidad nueva. Luego de cada visita a la estación se llena un formulario.5.1. El control de la humedadDesde el año 2009, personal del CIGEFI han notado la drástica reducción de la vida útil del SIM y la consola ante condiciones de humedad alta (Salazar, 2010). Para resolver este problema, el SIM se sella con cinta tapagoteras y se aísla la consola, es decir, la caja que protege la consola ha sido forrada internamente con estereofón reciclado. Varias bolsas con gel de sílice le son agregadas (figura 2). IV. Recolección de datosVI. Metadatos y el control de calidadV. Mantenimiento de la estaciónFigura 2. Aislamiento que tiene la consolaLas variables meteorológicas consultadas con mayor frecuencia por investigadores son la temperatura, la precipitación y la rapidez del viento. Los datos recolectados por la Davis-ReBAMB durante los años 2008-2015 pueden servir como referencia para estudios varios. Debido a que en la VII. Análisis básico de la temperatura,  la precipitación y el vientoRevista Pensamiento Actual - Vol. 17 - Supl. No 1, 2017 - Universidad de Costa Rica - Sede de Occidente.99serie de temperatura hay meses con datos ausentes (abril, mayo, noviembre y diciembre del 2009; marzo y abril del 2010), se rellenaron datos empleando el método expuesto por Alfaro y Soley (2009), el cual es utilizado cuando no hay estaciones cercanas y el rellenado se debe hacer con la información de la misma estación. La figura 3 es un gráfico de contorno que muestra el comportamiento diurno de la temperatura para cada mes del año. En el eje vertical Figura 3. Promedios horarios de  la temperatura.se indica la hora, en el eje horizontal el mes, y el color representa la temperatura. Se pueden identificar valores promedios máximos en abril, mayo y junio de 24 °C entre las 12:00 y 14:00 horas. También se observan valores máximos en octubre entre las 11 y 13 horas de 24 °C. La época más fría se  encuentra en el período desde noviembre hasta febrero, y se observa que la temperatura alcanza su valor más bajo de 17 °C durante la madrugada  entre la 1:00 y  las 7:00 horas.10040 Aniversario ReBAMBFigura 4. Temperatura media, mínima y máxima absoluta.Figura 5. Precipitación horaria acumulada.La figura 4 muestra la variación mensual  de la temperatura en el período indicado en el gráfico. T_med  representa la temperatura media, se observa que esta es menor en los meses desde noviembre hasta marzo si se compara con los otros meses; el rango de variación es de 18.3 a 20.8 ºC. La T_max, es la temperatura máxima absoluta en el período considerado, el rango de variación en este caso va desde 23 ºC hasta 28.4 ºC con su valor más bajo en diciembre. La T_min es la temperatura mínima absoluta, el rango va desde 12.2 ºC hasta 16.7 ºC, sus valores más bajos están en diciembre y enero, además se nota que esta tiende a aumentar en la época que coincide con la estación lluviosa, desde julio hasta octubre.En meteorología, la precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae de una nube y llega a la superficie terrestre. El concepto incluye lluvia, llovizna, nieve, granizo, entre otros (Ahrens, 2009). En este trabajo se utilizará la lluvia como sinónimo de precipitación. La figura 5 señala la distribución de la precipitación diurna en el periodo 2008-2014; sobresalen los meses entre junio y octubre, en donde el promedio de lluvia acumulada según la hora es mayor, sobre todo en las tardes entre las 14:00 y 17:00. También en la imagen se notan lluvias en la madrugada pero con un promedio acumulado menor, se destaca julio a las 4:00 horas y los meses de noviembre y diciembre desde las 12:00 am hasta 10:00 a.m.Revista Pensamiento Actual - Vol. 17 - Supl. No 1, 2017 - Universidad de Costa Rica - Sede de Occidente.101para realizar una climatología, es posible apreciar claramente los meses de mayor precipitación, los cuales van desde junio hasta noviembre. En la figura 6 se observa el comportamiento del promedio de la precipitación mensual acumulada entre el 11 de julio de 2008 hasta el 17 de febrero de 2016. Aunque el período considerado es pequeño Figura 6. Precipitación mensual acumulada.Figura 7. Acumulado diario de la lluviaLa figura 7 muestra el promedio del acumulado diario de la lluvia en el período del 11 de julio de 2008 hasta 2014, comparado con el del año 2015, catalogado según el IMN (2015) como Año Niño. Se observa que, en términos de sumatoria, el acumulado diario promedio es de 2943 mm un poco mayor que el año 2015 que finaliza con un valor de 2766 mm.10240 Aniversario ReBAMBSegún la figura 8, la rapidez promedio del viento tiene máximos en el mes de enero (6 m/s entre las 2:00 y 8:00pm), marzo (5.5 m/s durante las primeras horas de la tarde) y julio (3 m/s entre las 10:00am y 4:00pm).La figura 9 representa la variación mensual de viento. Se deduce de  la curva del  valor Prom  (velocidad media) y de V_max (velocidad máxima), que  los meses de mayor intensidad de viento  van desde enero hasta marzo. También se nota un incremento en los meses de julio y diciembre.Figura8. Velocidad promedio horaria del viento.Figura9. Velocidad mensual del viento.Revista Pensamiento Actual - Vol. 17 - Supl. No 1, 2017 - Universidad de Costa Rica - Sede de Occidente.103Las estaciones meteorológicas automáticas requieren procedimientos críticos para realizar mediciones correctas. Aún así, estas mediciones no son siempre acertadas en su totalidad debido a errores cometidos por los propios sensores o las personas que los manipulan. Cuando se cuenta con metadatos y procesos de control de calidad es posible ejecutar pruebas estadísticas que revisen la concordancia de los registros. Datos con calidad permiten realizar mejores estudios meteorológicos. El propósito de este análisis de variables meteorológicas es brindar una referencia a investigadores de la Universidad de Costa Rica y otros usuarios interesados en conocer el clima en la Reserva Biológica Alberto Brenes.Los autores agradecen a los funcionarios del CIGEFI por su apoyo, especialmente al Dr. Jorge Amador, Dr. Eric Alfaro y el Dr. Hugo Hidalgo. Los autores también aprecian la colaboración del Sr. Pablo Ureña y  de los funcionarios de la ReBAMB.Aguilar, E., Auer, I., Brunet, M., Peterson, T. C., y Wieringa, J. (2003). Guidance on metadata and homogenization. WMO TD, 1186, 53.Ahrens, D. A. (2009). Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate, and the Environment. Estados Unidos: Brooks/Cole.Alfaro, E. J., & Soley, F. J. (2009). “Descripción de dos métodos de rellenado de datos ausentes en series de tiempo meteorológicas”. Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones, 16(1), 60-75.Brock, F. V., Crawford, K. C., Elliott, R. L., Cuperus, G. W., Stadler, S. J., Johnson, H. L., y Eilts, M. D. (1995). “The Oklahoma Mesonet: a technical overview”. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 12(1), 5-19.Brown, P. W., y Hubbard, K. G. (2001). Lessons from the North American experience with automated weather stations. Automated Weather Stations for Application in Agriculture and Water Resources Management, (1074), 21-28.Fiebrich, C. A., Grimsley, D. L., McPherson, R. A., Kesler, K. A., & Essenberg, G. R. (2006). “The value of routine site visits in managing and maintaining quality data from the Oklahoma Mesonet”. 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In Preprints, Eight Symp. On Meteorological Observations and Instrumentation, Anaheim, CA, Amer. Meteor. Soc (pp. 231-236).

Some technical aspects for Alberto Manuel Brenes Biological Reserve´s automatic weather station

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