MA691 MODELACION INVERSA EN APLICACIONES GEOFISICAS

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MA691MODELACION INVERSA EN APLICACIONES
GEOFISICAS
Laura Gallardo lgallard_at_dim.uchile.cl 6784882

• Introducción
• Más historia
• El tipo de problema
• Ejemplo de problema inverso

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Desde interacciones moleculares hasta sistemas de
tiempo de miles de kilómetros...todo a la vez!
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Conservación del momentum
Conservación de la energía
Conservación de la masa
Ecuación de estado para gas ideal
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Cómo ha mejorado el pronóstico del tiempo?

• Mejores observaciones
• Mejores computadores
• Ecuaciones más generales y completas
• Mejores métodos numéricos
• Mejor resolución
• Mejor física
• Asimilación de datos

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Historia de la asimilación de datos
http//www.met.rdg.ac.uk/ross/DARC/MileStones/DAh
istory.html

• Todo comienza con Gauss...método de los mínimos
  cuadrados
• A Richardson se le ocurre la locura de predecir
  el tiempo
• A Panofsky le da por hacer análisis objetivos
• En los 70, la locura satelital induce la
  interpolación optimizada
• En los 80s...asimilación variacional
• En los 90s y 00s...pronóstico de ensemble

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Más historia...

• Análisis objetivo de campos sinópticos de modo de
  aminorar el error del pronóstico a partir de un
  estado inicial pobre e irregularmente determinado
  u observado (Panofsky, 1949) Interpolación
  polinomial
• Ciclo biogeoquímico del dióxido de carbono,
  estimación de fuentes y sumideros (Bolin
  Keeling, 1963 ) Resolución del adjunto
• Problema de inicialización y problema de
  sensibilidad a las condiciones de borde laterales
  en modelos de área limitada (Bengtsson, 1980)
  Asimilación variacional
• Problema de estimación probabilística del estado
  futuro del tiempo (Molteni et al, 1996) Matriz
  de covarianza-Ensemble
• Ciclo biogeoquímico del metano, estimación de
  fuentes (Fung et al, 1991) Prueba y error

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Y por qué ahora en química atmosférica?

• Antes no había muchas observaciones...esa
  situación está cambiando aceleradamente (redes in
  situ, percepción remota, etc..)
• La complejidad de los modelos (y los problemas)
  requiere que estimemos errores y sensibilidades
  de modo sistemático
• Es útil para diseñar redes de monitoreo y mejor
  entender los procesos.

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• Módulos químicos
• Módulos meteorológicos
• Métodos numéricos y resolución de EDP
• Datos de entrada
• Implementaciones computacionales
• Evaluación y validación

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Datos de entrada
Datos Químicos Tasas de reacción/Fotólisis
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• VALIDACIÓN
• Comparación sistemática contra observaciones
• Intercomparación
• Análisis de sensibilidad

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Más historia...

• Optimización del desempeño de modelos
  fotoquímicos asimilando observaciones
  satelitales, determinación de la capacidad
  oxidativa de la atmósfera y ciclos biogeoquímicos
  (Fisher Lary, 1995 Prinn et al, 1995 Enting,
  1999 Ménard, 1999) Variacional, método adjunto,
  recursivos..Kalman...Green
• Estimación de fuentes y parámetros de
  reactividad, diseño de redes de monitoreo y
  sensibilidad a errores en inventarios de
  emisiones para modelos fotoquímicos y emergencias
  nucleares (Robertson Langner, 1998
  Pudykiewickz, 1998 Hourdin Issartel, 2000
  Seibert, 2001 Elbern et al, 2000 Quélo
  Sportisse, 2002) Resolución del problema
  adjunto, diferenciación automática y asimilación
  variacional de datos

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Más observaciones...más coordinadas
Ej. INDOEX http//www-indoex.ucsd.edu/
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Modelación
Mediciones
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El problema general Sea un sistema descrito por
un modelo M que tiene n (n106-108) variables de
entrada y m (m108-1010) variables de salida.
La j-ésima variable de salida será
Y variará cuando cambien las entradas según
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Y para una función arbitraria J de las salidas,
por regla de la cadena
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Para el caso de funciones y ecuaciones
diferenciales...RELACIÓN DUAL
lt,gt Producto punto generalizado...función de
proyección
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Santiago as smoggy as usual
Santiago basin during a coastal low
Caletones south of here
E
S
N
W
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Chile País minero
Contribución de fundiciones en Chile 1999 6 mil
ton As 1990 10 mil ton As

• 70 de emisiones nacionales de SOx
• 30 de emisiones sudamericanas
• 1 de emisiones globales

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Efectos del azufre oxidado
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Efectos del arsénico
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Topography at 800 m resolution and air quality
monitoring networks
Santiago regular monitoring stations
Caletones
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Santiagos air quality monitoring network and
approximate location of As stations
Avenida Ossa
CO, SO2, NO/NO2 NMHC, CH4,MP10
Emphasis on health effects!
Cerrillos
5 km
La Pintana
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As
SOx
PM2.5
CO
A
El As y el SOx aumentan más que el CO típico de
fuentes en la cuenca-en conexión con una baja
costera tipo A
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Coastal lows/Bajas costeras

• Tipo A
• Tipo BPF

Garreaud et al, 2001 Rutllant y Garreaud, 1995
Rutllant, 1993
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Met data available
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(No Transcript)
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PERO...

• Escasez de observaciones representativas de los
  patrones regionales de transporte ...validación
  incompleta
• Tanto la fundición de Caletones como la zona
  sobre la que ocurriría el transporte están
  caracterizadas por condiciones de terreno
  complejo
• Bajo las condiciones de extrema estabilidad
  mecanismos de transporte locales pudieran
  prevalecer y aún dificultar la influencia de los
  humos de Caletones sobre la cuenca de Santiago

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El problema de Henry Quiroz...f??
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Continuará...

• Jueves 3 de Abril, 1630 hrs
• c/o Henry Quiroz
• Retroplumes