Modelado y simulación del balance energético en marismas

Abstract

El estudio de los procesos de interacción mar-atmósfera-suelo son básicos para evaluar los intercambios energéticos del ecosistema costero. La dinámica térmica es un elemento fundamental del cual dependen todas las especies que habitan estos ambientes intermareales. Para estudiar estos ambientes se diseñó una estrategia de trabajo de investigación en donde se diseñó el equipamiento de medición, los soportes informáticos del procesamiento de la información registrada. Con las mediciones se obtuvieron coeficientes característicos de la zona de estudio y se calculó el balance de calor. Con estos resultados se modeló la temperatura del agua y del sedimento como consecuencia de estos intercambios energéticos. Se desarrolló y construyó una estación de monitoreo ambiental costero (EMAC), a una fracción del costo comercial. De esta manera se redujeron los costos de reparación y reposición de los instrumentos. La ventaja de la EMAC es la adaptabilidad que posee el adquisidor, tanto para adecuarse a diferentes modalidades, como a distintos sensores. La EMAC no sólo puede instalarse en zonas costeras, sino que es perfectamente operativa en boyas u otros dispositivos en diferentes cuerpos de agua. La información recabada por el instrumental desarrollado y construido posibilitó la determinación de los coeficientes de las ecuaciones aerodinámicas de masa. Asimismo la información recopilada permitió la validación de los resultados del modelo. Se calculó el balance de calor anual en una marisma mediante mediciones directas. En todos los meses del año los mayores flujos del balance son la radiación neta y el flujo de calor latente. En la marisma quedaron como energía anual disponible 692 kWm-2, la cual se distribuyó en evaporación (505 kWm-2), en flujo de calor en el suelo (1 kWm-2) e intercambios advectivos (186 kWm-2). Los resultados del balance energético, se utilizaron como condición de borde en un modelo desarrollado de pronóstico de temperatura del agua y del sedimento, sobre las planicies de marea y marismas. Se obtuvieron diferencias medias menores a 0,6 C entre las temperaturas modeladas y las mediciones en el campo. El trabajo desarrollado en este estudio completó conocimientos del ecosistema, aportó nuevas técnicas y metodologías en el trabajo de campo y genero herramientas informáticas y electrónicas, completamente funcionales y accesibles. El instrumental desarrollado puede ser utilizado por investigadores como un soporte de muy bajo costo tanto de construcción como operativo. Además permite una fácil instalación y operación para personal con escaso entrenamiento en sistemas de monitoreo ambiental. El modelado numérico desarrollado de código abierto, posibilita el continuo progreso y evolución del entendimiento de la dinámica térmica en ambientes intermareales. La estrategia de trabajo de investigación diseñada puede adaptarse a múltiples ecosistemas y diferentes estudios.

The study of sea-air-ground interactions plays a key role to evaluate the energy exchanges in the coastal ecosystems. The thermal dynamics is essential for intertidal habitats, which depend all species that inhabit these ecosystems. The study of this wetland lead to development of a research strategy in which measuring equipment and a computer support to processing their recorded data were designed. Characteristic coefficients of the study area were obtained from these data and heat balance was calculated. From the results of this study, the water and sediment temperature was modeled due to these energy exchanges. Characteristic physical parameters of the study area are necessary to be included in the calculation of numerical model. Station for monitoring environmental (EMAC) was developed and built at a fraction of commercial cost. Therefore, repair and replacement costs of instruments are reduced. One advantage of the EMAC is that the datalogger has sufficient ability to adapt to different modalities, such as sensors. The EMAC can be installed not only in coastal areas but is fully operational on buoys or other devices in several water bodies. The information gathered by this equipment constitutes the base for the determination of aerodynamic coefficients of mass equations of heat balance. Also, the information collected allowed the validation of model results. Annual heat balance on a saltmarsh was calculated through the direct measures. During all months of the year the greater fluxes balance are the net radiation and the latent heat flux. The annual energy available on the saltmarsh was 692 kWm-2, which was distributed in evaporation (505 kWm-2), soil heat flux (1 kWm-2) and advective exchanges (186 kWm-2). The results of this energetic balance were used as boundary condition in a model which was developed based on water and sediment temperature forecast in coast tidal flats and salt marshes. Mean differences between modeled and measured temperatures were less than 0,6 C (3,3%). The investigation carried out in this current study contributes to the knowledge of the ecosystem providing modern techniques and methodologies in fieldwork and generating electronic and informatics tools, fully functional and accessible. The equipment can be used by researches as a support of very low cost which allows an easy installation and operation in personnel with little training in environmental monitoring systems. An open source numerical modeling developed makes possible a continual progress and evolution of understanding of thermal dynamics in intertidal environments.The research strategy designed can be adapted to several ecosystems and different studies.