Herramientas matemáticas para el análisis de sistemas de observación atmosférica

Abstract

La Teoría de la Observación y Asimilación permite estudiar diversos Sistemas de Observación Atmosférica, entregando un marco matemático para abordar problemas de incompletitud e incertidumbre de las observaciones mediante la introducción de conceptos de asimilación, error, precisión, calidad y optimalidad de éstas. Cuando se cuenta con un modelo del fenómeno observado, es posible utilizar esta teoría -desde una perspectiva variacional- para mejorar estimaciones o determinar parámetros propios de éste. Por el contrario, si no se cuenta con un modelo, esta teoría permite -desde una perspectiva estadística- descubrir en las observaciones estructuras internas a partir de la cuales proponer mecanismos descriptivos. La primera parte de esta tesis aborda el sistema de observación correspondiente a la actual red de monitoreo de la calidad del aire de Santiago de Chile. Para ello se cuenta con datos provenientes de un modelo de dispersión de CO para la cuenca de Santiago durante el verano del año 2005. Primero se introducen los conceptos básicos de la teoría de la observación necesarios para definir indicadores de la calidad de las observaciones -Johnson, C. 2009 and Fisher, M. 2003-. A partir de éstos se proponen -y aplican a la red de estudio- metodologías para extensión, reducción, agrupamiento, optimalidad y planificación de redes de monitoreo -Osses et al., 2012-. En particular, se determinan los rasgos que debería tener una red de monitoreo en la cuenca de Santiago para ser óptima respecto de la cantidad de información que ésta provee. La segunda parte de esta tesis consiste en un estudio de la estructura vertical de ozono troposférico sobre Rapa Nui. Para ello se cuenta con datos provenientes de 210 ozonosondas entre los años 1994 y 2010. La aplicación de un análisis estadístico clásico a los datos y la revisión de campos meteorológicos provenientes de los reanálisis NCEP/NCAR, permiten proponer mecanismos dinámicos para explicar ciertos rasgos de la estructura de ozono en la región de estudio. Posteriormente, la aplicación de métodos de clustering basados en asimilación estadística de datos -Self Organizing Maps, Kohonen et al., 1990-, permite corroborar las hipótesis propuestas por el análisis clásico -Thompson et al., 2003-. En particular, se afirma que la distribución del ozono en la tropósfera alta está caracterizada por los mecanismos de intercambio tróposfera-estratósfera asociados la presencia del Jet Subtropical sobre la región de estudio.