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Carlos Andrés Toro Ramos
El presente estudio se llevó a cabo con el fin de desarrollar un sistema de visión por computador para monitoreo y control de variables de gran relevancia para la gestión del riesgo como la coloración en el río Medellín y sus afluentes, y para estimar el porcentaje cobertura de nubes usando una red de cámaras distribuidas en el Valle de Aburra. Para identificar problemas de coloración en el río se implementa un sistema de detección de colores basado en el canal HSV, enmascarando la región de interés en las fotos y se establecen rangos de detección para los colores rojo, verde, azul. Para obtener el porcentaje de nubosidad en cámaras fisheye se realiza la calibración del sensor para eliminar la distorsión del mismo, posteriormente se aplica la técnica SIFT para generar un panorama de regiones solapadas, se genera una matriz de entrenamiento basada en canales de color RGB, HSV y Cie L*a*b*, y descriptores de textura LBP para clasificar pixeles correspondientes a cielo y nube con el algoritmo SVM; y finalmente, se filtra el ruido producido por la luz solar en las cámaras. Para las imágenes nocturnas se aplica ecualización de histograma, luego se establece un umbral para separar las nubes del cielo y se corrigen errores de clasificación verificando la presencia de lluvia en la zona donde se encuentran las cámaras usando pluviómetros. Los resultados obtenidos para detección de color en río para efectos prácticos son satisfactorios dado que se tienen mayor número de aciertos que de fallos, sin embargo, bajo mejores condiciones de iluminación se pueden mejorar.
Fecha de publicación: 17 de septiembre de 2019
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Erika Osorio Estrada
En este trabajo se desarrolla un producto de datos, el cual tiene como función principal la detección de perfiles que publiquen mensajes relacionados con las temáticas abordadas por el Sistema de Alerta temprana de Medellı́n y el Valle de Aburrá (SIATA) en la red social Twitter, es decir, encuentra seguidores potenciales de la cuenta @siatamedellin con el fin de enviarles una invitación y posteriormente almacenar estadı́sticas de la efectividad de esta estrategia. Este desarrollo resuelve la problemática de una organización especifica, pero puede extenderse a otros casos de uso. La solución implementa las seis fases de la metodologı́a CRISP-DM, teniendo como resultado la construcción de un clasificador de tuits que utiliza el algoritmo de maquinas de soporte vectorial y obtiene un porcentaje de aciertos aproximado del 86 % en la evaluación de los resultados.
Fecha de publicación: 18 de febrero de 2019
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Alejandra Isaza Uribe
En el Valle de Aburrá, ubicado en los Andes centrales de Colombia, la interacción entre los factores meteorológicos y antrópicos que modulan la concentración de contaminantes atmosféricos no es lineal. Medellín, ubicada en el valle, ha experimentado episodios críticos de calidad del aire, con concentraciones medias diarias de material particulado fino (PM2.5) que han alcanzado hasta 118 ug/m3, más de tres veces la regulación nacional. La evidencia sugiere que uno de los factores más importantes que afectan la contaminación del aire en el valle es el forzamiento radiativo que modifica la estructura termodinámica local en la vertical, controlando las condiciones de estabilidad atmosférica. Este trabajo se centra en el estudio de la variabilidad temporal de la estructura termodinámica de la atmósfera en relación con la calidad del aire, utilizando información de la red de monitoreo de la calidad del aire metropolitana, datos meteorológicos in situ y campañas de radiosondeos, datos locales de un radiómetro de microondas (MWR), datos satelitales del GOES-R, AIRS y simulaciones del WRF. La evidencia sugiere que el comportamiento de los contaminantes en el valle se ve afectado tanto por la mateorología como por las condiciones climáticas, en diferentes escalas temporales y espaciales. El PM2.5, por ejemplo, exhibe un ciclo diurno bimodal con máximas concentraciones en las horas de la mañana y un pico menor en la noche. Este comportamiento está determinado principalmente por las emisiones locales y la evolución de la estabilidad atmosférica según lo revelado por diferentes índices termodinámicos, incluidos CINE, CAPE y, en particular, gradientes verticales de temperatura potencial en la baja tropósfera. La estructura termodinámica local también se utiliza para explicar el ciclo anual de PM2.5, especialmente en marzo, que ha sido identificado como un mes crítico en relación con la calidad del aire, al ser susceptibles a condiciones de estabilidad casi-permanentes. Las simulaciones de WRF capturan razonablemente bien la evolución de la estabilidad atmosférica dentro del valle (ciclos diurnos). Los datos satelitales muestran evidencia de un forzamiento global y regional que modula la estabilidad atmosférica local, incluido un papel esencial de la migración de la ZCIT y los cambios asociados en la nubosidad y precipitación, y anomalías en la circulación zonal global como respuesta a las diferentes fases de ENSO. La relación entre la concentración de contaminantes y la estabilidad atmosférica se ha utilizado para la toma de decisiones ambientales durante episodios críticos de calidad del aire al limitar las emisiones de contaminantes.
Fecha de publicación: 18 de febrero de 2019
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Estefanía Montoya Duque
El presente trabajo tiene como objetivo establecer relaciones entre la dinámica atmosférica forzada y la concentración de contaminantes del aire en la escala regional y local en el Valle de Aburrá, de modo tal que sea posible ahondar en el conocimiento que se tienen sobre los procesos que llevan al desencadenamiento de eventos de alta concentración de contaminantes. De esta manera, es posible contar con herramientas de gestión de la misma. Para ello, se realizan diferentes análisis estadı́sticos a las mediciones de calidad del aire y meteorológicas disponibles para el sitio de muestreo provistos por el Sistema de Alertas Tempranas del Valle de Aburrá (SIATA) e información de reanálsis del ECMWF, con el fin de establecer dichas relaciones en diferentes escalas temporales y espaciales. El mes de marzo es un mes critico para la calidad del aire, pero también lo son febrero y abril, a causa de la dinámica de vientos regionales que se presenta en este periodo de tiempo, las cuales humedecen el ambiente y facilitan la permanencia de una capa de nubes de baja altura, aunado a las condiciones de estabilidad atmosférica desfavorables tı́picas de este periodo. Se identifica además, la importancia que tiene el ascenso de aire en la vertical a nivel regional, para modular las condiciones locales de concentración de contaminantes, siendo este un mecanismo que facilita o impide la dispersión. En el segundo periodo de transición de la ZCIT, el rol de las lluvias juegan un papel decisivo en la determinación de la concentración de contaminantes. Por otro lado, se logra establecer la importancia de los vientos de ladera para los procesos de dispersión. En la microescala, se encuentra que los vientos tienen retroalimentaciones con la topografı́a, las cuales pueden facilitar la dispersión o aumentar las concentraciones, a causa del aumento en la capacidad de transporte del viento.
Fecha de publicación: 14 de diciembre de 2018
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Julián Sepúlveda Berrío
Debido a que las redes de estaciones en tierra son insuficientes para capturar la variabilidad espacial de la precipitación, se hace necesario el uso del radar meteorológico como sensor complementario que aporta información del fenómeno con una fina resolución espacial y una adecuada tasa temporal de muestreo. Por otro lado, el radar adolece de una medida directa de la cantidad de precipitación que cae a la superficie, variable que es importante para hacer un buen manejo del recurso hídrico; reducir errores en la modelación hidrológica; definir alertas en sistemas de gestión del riesgo, entre otra aplicaciones. En este trabajo se adaptan y optimizan las metodologías clásicas, a la vez que se propone un nuevo modelo; todo ello con el fin de obtener una estimación cuantitativa de la precipitación, a partir del conjunto de variables obtenidas por la operación del radar. En el proceso se definen las fortalezas y limitantes de cada tipo de ajuste y se cuantifica la incertidumbre asociada a la estimación, que es propia de la complejidad del fenómeno físico y los errores existentes en los diferentes sistemas de muestreo.
Fecha de publicación: 21 de mayo de 2018
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Laura Herrera Mejía
El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un marco de análisis en donde se logre caracterizar la estructura y evolución de la Capa Límite Atmosférica (CLA) sobre una zona con topografía altamente compleja, el valle de Aburrá (Colombia), identificando los fenómenos meteorológicos y dinámicas antrópicas que tienen influencia en dichos procesos. El papel de la CLA en la calidad del aire en la región de estudio también hace parte del desarrollo del presente estudio. Con este propósito se realizan estimaciones de la altura de la Capa de Mezcla, basadas en la información de tres ceilómetros, un Radar Perfilador de Vientos (RWP), un Radiómetro Microondas (MWR) y tres campañas de radiosondeos. Todos los instrumentos hacen parte del Sistema de Alerta Temprana de Medellín y el valle de Aburrá (SIATA). Varios métodos son implementados usando técnicas que involucran un solo sensor y las que se denominaron multi-sensor, y su desempeño posteriormente validado con los perfiles verticales diferentes variables físicas y termodinámicas. Las estimaciones realizadas usando el Número de Richardson, integrando la información proveniente del RWP y del MWR, son aparentemente más estables y mejores predictoras de la altura de la capa de mezcla en ausencia de aerosoles, los cuales representan el principal trazador para las estimaciones basadas en los métodos de perfil, usando la retrodisperción de los ceilómetros. El ciclo diurno de la CLA en el valle de Aburrá presenta un régimen monomodal altamente influenciado por los gradientes de temperatura entre la superficie y la atmosfera, y los procesos de turbulencia cerca de la superficie. De acuerdo con el análisis frecuencial implementado, no se encuentran en la serie de altura de CLA estimada otros modos de variación dominantes, lo que se atribuye a la escasa longitud del registro analizado. Caso contrario ocurre con la retrodispersión, que reflejando una medida de las concentraciones de aerosoles en el ambiente está fuertemente influenciada por las dinámicas antrópicas relacionadas con la emisión de contaminantes en superficie. Esta relación es estudiada en detalle utilizando la información de las estaciones de la red de monitoreo de la calidad del aire del valle de Aburrá, determinando que la retrodispersión bajo condiciones de baja humedad, es una variable proxy y predictora de las concentraciones de material particulado en superficie.
Fecha de publicación: 09 de mayo de 2018
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Julián David Urán Zea
Se presenta un análisis detallado de lluvia en diferentes escalas temporales y espaciales sobre Colombia, también se lleva a cabo un análisis adicional del escalamiento entre la precipitación y la temperatura limitada por la relación de Clausius-Clapeyron, tratando de explicar el límite de intensificación de las precipitaciones extremas, los datos utilizados para hacer los análisis fue proporcionado por EPM, la base de datos tiene 86 estaciones de precipitación, además de 9 estaciones de temperatura en la región de Antioquia, ambas variables con registros temporales cada 15 minutos, para el análisis sobre Colombia se utilizaron los datos satelital TRMM (tropical rainfall measure mission) con intensidades de lluvia cada 3 horas y temperaturas de NCEP / NCAR cada 6 horas, los análisis muestran cambios en la intensidad, frecuencia y duración de los fenómenos extremos y la forma en la agregación temporal hace que sea imposible evaluar adecuadamente las tendencias a largo plazo; para la precipitación se encontró que para agregaciones temporales mayores de 12 horas las tendencias ya no son significativas, para agregaciones temporales menores las tendencias se vuelven significativas del decil 60 al decil 99, los análisis sobre las temperaturas no muestran un comportamiento homogéneo sobre Antioquia, pero relación entre la precipitación y la temperatura muestra una escalamiento similar a la relación Clausius-Clapeyron limitando la intensificación de la precipitación.
Fecha de publicación: 30 de abril de 2018
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Esneider Zapata Atehortúa
Un componente importante de la modelación hidrológica es la capacidad de simulación hidráulica. La simulación adecuada de caudales en ocasiones esta desligada de la simulación de variables hidráulicas del flujo las cuales son muy importantes para ciertas aplicaciones. La configuración hidráulica de los cauces es un concepto que difícilmente puede ser descrito de manera puntual, mas bien es el producto de un conjunto de factores que están relacionados con las características longitudinales. En este trabajo se proponen algunas mejoras al componente hidráulico del modelo hidrológico SHIA propuesta por (Vélez, 2001) las cuales están basadas en la caracterización hidráulica de las corrientes por medio de tramos de configuración típica y que pueden ser visualizados como un elemento de comportamiento similar en un contexto longitudinal y no puntual. Por otra parte, debido a que en ciertas aplicaciones no se cuenta con la información necesaria para la modelación distribuida se propone una versión por laderas que esta ligada a la caracterización por tramos de corriente. Adicionalmente se presenta una metodología para clasificar cada unidad de discretización espacial (celda) en base a la potencia especifica y el área de drenaje acumulada. Tambien se asumen algunas consideraciones para la condición de flujo por fuera de la banca llena tales como la no linealidad de las variables hidráulicas, la remoción de partí- culas del lecho y los cambios considerables en la concentración de solidos asociados con los aumentos de velocidad en el flujo. Se realizan aplicaciones para validar las metodologías propuestas en cuanto a la estimación de la resistencia al flujo, condiciones por fuera de la banca llena, modelación de flujos hiperconcentrados en forma de flujos de escombros, y cambios en la resolución espacial. Todas las aplicaciones están basadas es una asignación previa del tipo de celda y una caracterización previa de los tramos de corriente. Las cuencas empleadas para las aplicaciones son la cuenca de Río Grande (416,56Km2 ) en la región central de Antioquia y la cuenca de la quebrada La Liboriana (52,13Km2 ) ubicada en el suroeste de Antioquia.
Fecha de publicación: 30 de abril de 2018
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Carlos Mario Cuervo Lopez
La precipitación es uno de los componentes mas sobresalientes, dinámicos e intermitentes del ciclo hidrológico, y por ende del sistema climático. El vapor de agua, al ser uno de los factores condicionantes de la precipitación, juega un papel crucial en diversos procesos atmosféricos. Su importancia se encuentra en un amplio rango de escalas temporales y espaciales, desde la escala local asociada a variabilidad microclimática, hasta escalas globales asociada a cambio climático de largo plazo. La distribución de vapor de agua esta íntimamente relacionada con la distribución de nubes, la precipitación y su intensificación debido a la gran cantidad de calor latente liberado en el cambio de fase del agua, que ademas, es una fuente de energía importante para el movimiento del aire en atmosfera. Ademas la distribucion del vapor de agua es una de las variables mas importantes en la estabilidad vertical de la tmosfera, en la estructura y evolución de tormentas atmosfericas, debido a que estos procesos tienen una gran sensibilidad a los perles vapor de agua y temperatura, así como las implicaciones resultantes en los ciclos regionales y globales de agua y energía. En el presente trabajo se evalúa la variabilidad del vapor de agua sobre el Valle de Aburra, y su rol en los diferentes procesos termodinamicos de la troposfera ante la formacion de eventos de precipitacion, principalmente en eventos de origen convectivo. Para esto se abordaron diferentes estrategias, las cuales incluyen desde el monitoreo remoto o directo de las variables asociadas a los procesos termodinímicos en la atmosfera hasta estrategias de modelacion. En cuanto a monitoreo se usan datos de sensores remotos tanto de escala regional de origen satelital, como lo son los productos de la mision AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) de la NASA, como de escala local usando un radiometro microondas (MWR; MicroWave Radiometer), el cual genera, entre otros, datos de vapor de agua en la vertical. En cuanto a monitoreo directo se realizaron 120 radiosondeos en tres campañas, en diferentes momentos del ciclo anual. También se usa información de la estructura vertical de la troposfera a partir de salidas de pronostico del esquema de modelacion numérica operacional de SIATA, el cual es basado en el modelo WRF (Weather Research Forecast). Con estas diferentes estrategias se obtuvieron perles de vapor de agua y temperatura, de esta manera se cuantico el comportamiento de la estructura vertical termodinamica de la atmosfera mediante el uso de índices de estabilidad, a los cuales se les evaluo la ecacia para el pronostico de eventos de precipitacion a corto plazo en el contexto del Valle de Aburra. Ademas se muestran algunas de las condiciones de estabilidad, y en general las condiciones termodin_amicas que favorecen o no a la dispersion de contaminantes al interior del valle de Aburr_a. En estos procesos se evidenció la importancia de contar con mediciones permanentes de los perles termodinamicos de la troposfera, principalmente en los niveles mas cercanos a la supercie, con el objetivo de representar de manera satisfactoria su estructura, variabilidad, y estimacion de la estabilidad, de manera que se propicie un mejor entendimiento de los fenómenos termodinamicos asociados a eventos de precipitación, ademas conocer adecuada mente la distribución de vapor de agua y en particular el estado termodinámico de la atmósfera, es importante no solo en la formación de eventos de precipitación, sino que también juegan un papel importante en el desarrollo y extensión de la capa límite atmosférica, que como sucede en el valle de Aburra, puede afectar drásticamente la calidad del aire.
Fecha de publicación: 26 de septiembre de 2017
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Gisel Guzmán Echavarría
Con el propósito de brindar un análisis integral del entorno donde las personas llevan su vida diariamente, el estudio del clima en las ciudades debe involucrar los efectos causados por su heterogeneidad. Por esta razón, esta investigación tiene como finalidad analizar la influencia de la geometría y las coberturas urbanas en distintas variables meteorológicas, tanto a nivel superficial como en el dosel urbano, al interior del Valle de Aburrá. En primer lugar, se estudia la variabilidad intraurbana de la temperatura superficial como manifestación del efecto isla de calor superficial a escala local y micro con información de sensores remotos. Luego, se conecta el análisis anterior con diferentes escenarios térmicos en el dosel urbano, contrastando mediciones tomadas dentro y fuera del mismo, para poner de manifiesto las diferencias inducidas por los entornos de medición. Finalmente, los resultados hallados se interpretan en términos de las posibles implicaciones sobre el confort térmico de la población, teniendo en cuenta las variaciones de altura, geometría urbana y cobertura de vegetación. Los resultados sugieren que a escala local el tipo de clima está condicionado en mayor medida por la variación altitudinal del Valle, pero en la micro escala, la estructura urbana y la distribución de la vegetación modifican significativamente las condiciones térmicas percibidas en el dosel urbano, siendo estos resultados altamente relevantes en términos de diseño urbano para la región.
Fecha de publicación: 26 de septiembre de 2017
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Mauricio Zapata Henao
El modelo implementado por el Sistema de Alerta Temprana de Medellín y el Valle de Aburrá – SIATA- para la generación de pronósticos operacionales de temperatura y precipitación en la región cercana al valle de Aburrá, Colombia, ha tenido falencias en representar la variabilidad espacio-temporal de la precipitación. Es por esto que, como estrategia de mejoramiento, se plantea una metodología de simulación experimental cuyo objetivo es realizar simulaciones climatológicas al interior de un dominio local y luego, evaluar el impacto de diferentes escenarios reales e ideales para la zona de estudio. Dicha metodología se basa en la suposición que al realizar simulaciones con condiciones de frontera climatológicas, los resultados en un dominio interno con mayor resolución espacial deberán reflejar el comportamiento climatológico de determinada región. Los resultados son evaluados con estaciones en tierra, radiosondeos y reanálisis con el fin de validar la metodología propuesta. Para esto se plantean tres escenarios: modificación de usos del suelo, topografía y humedad del suelo en las condiciones de frontera. Además, se evalúan las diferentes parametrizaciones disponibles en el modelo WRF para representar la interacción suelo-atmósfera. La metodología implementada y evaluada en el presente trabajo de investigación puede ser extendida a muchas otras aplicaciones según las necesidades del usuario. Igualmente, los escenarios que se proponen en este trabajo representan una muestra del alcance práctico del uso de esta metodología.
Fecha de publicación: 02 de febrero de 2017
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
Jhonny Alberth Herrera Machado
La transmisión de información hidrometeorológica por parte del SIATA (Sistema de Alerta temprana Ambiental) se realiza utilizando módems GPRS con un plan de datos para cada estación; esta transmisión queda sujeta a el área de cobertura del operador celular a utilizar, limitando el monitoreo solo a las zonas de servicio disponible, dejando por fuera lugares de vital importancia para el sistema. En este trabajo se propondrá un protocolo de comunicaciones acompañado de una tecnología de radio frecuencia implementados en un SDR para sustituir o complementar la tecnología GPRS, dando mayor cobertura a lugares críticos de monitoreo de las variables hidrometeorológicas para la toma de decisiones por parte de las entidades de socorro. Para esto se hará un estudio del canal de transmisión para determinar los diferentes parámetros requeridos y con estos desarrollar un protocolo de comunicaciones que se ajuste a las necesidades del SIATA y así llevar a cabo la implementación de un prototipo de monitoreo.
Fecha de publicación: 12 de enero de 2017
Publicado en: Universidad Pontificia Bolivariana
Yazmin Eliana Urrego Lezcano
Este trabajo investigativo tiene como objetivo principal evidenciar la no linealidad del hidrograma unitario en algunas cuencas del Valle de Aburrá, teniendo en cuenta que ésta es una herramienta importante en el diseño de obras hidráulicas por su fácil aplicación apesar de sus limitaciones. El estudio se ha realizado para dos cuencas del valle de Aburrá: Altavista (7,8km2) y río Medellín a la altura del parque lineal Tres Aguas en Caldas (93,4km2). Fueron seleccionados 28 episodios de crecientes en la cuenca Altavista y 18 eventos en Caldas con los que se calcularon los hidrogramas unitarios de escorrentía directa y se realizaron análisis exaustivos de sus parámetros en relación a la magnitud delevento. Se encuentra que la forma de calcular el hietograma representa una gran fuente de error en la determinación de un HU único y que variables como: la lluvia precedente en la cuenca, la distribución espacial de la lluvia, la duración de la lluvia y la incertidumbre en la medición de las variables de entrada del modelo tienen gran importancia a la hora de explicar el comportamiento inesperado de la cuenca en algunos eventos, adicional a lo anterior se logra rechazar la unicidad del hidrograma unitario para eventos de distinta magnitud en cuencas de yaaña debido a su alto componente no lineal.
Fecha de publicación: 10 de marzo de 2016
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
María Alejandra Ochoa Isaza
En este trabajo se presentan los resultados del modelo distribuido de simulación hidrológica abierta - SHIA, partiendo de diferentes campos de precipitación, se implementan los métodos TIN e IDW para interpolar información de 56 estaciones de precipitación en la cuenca del río Medellín en el Valle de Aburrá, posteriormente se realiza la simulación para información de precipitaciones a partir de información de radar. Se evalúa el impacto del uso se la información de radar en la simulación. Se realiza el análisis de la ganancia en el uso de la información de radar frente a las falencias que pueden presentar algunos métodos de interpolación. Finalmente se presenta las ventajas y retos para trabajos futuros.
Fecha de publicación: 12 de junio de 2014
Publicado en: Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.
