CNM011_Teoria_Monitoreo_Meteo.pdf

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1

IMPLEMENTACIÓN
DEL
PLAN
DE
SEGUIMIENTO
Y

MONITOREO
AMBIENTAL
DE
LOS
HUMEDALES
DEL

PARQUE
NACIONAL
NEVADO
TRES
CRUCES

Copiapó
/
28

Agosto
2014

Capacitación
en
monitoreo
de
variables
Nsicas

CrisOán
Godoy
/
David
Pineda

1.  Introducción
al
estudio

2.  Meteorología
y
variables
meteorológicas
relevantes

3.  Bases
del
monitoreo
de
variables
Nsicas

4.  Sistemas
de
monitoreo
implementado:
Estación

meteorológica
/
Sensores
HOBO
(modelos
U20
y
U24)
-‐

Caracterización
y
Uso
del
so[ware
del
sistemas

5.  Recomendaciones
del
uso
y
mantención

Contenidos de la presentación
HOBO
U20
(Nivel
de
agua
y
Temperatura)

HOBO
U24
(ConducOvidad
y
Temperatura)

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1.  Introducción al estudio
Introducción al estudio
El estudio contempla la implementación de un red de
monitoreo continuo, concentrada en los 3 sitios de
interés.
Esta red permite conocer las variaciones que se
presentan en las variables físicas y calidad de aguas,
que regulan el comportamiento y desarrollo de los
sistemas vegetacionales.
Una explicación de lo anterior se entregará en la
Sección 2.
El área de estudio y análisis se encuentra en la 3a
Región de Atacama. En particular, en los humedales
del Parque Nevado Tres Cruces.
Se caracterizan y monitorean 3 sitios:
-  S1 : Sector del Salar de Maricunga
-  S2 : Sector de Río Lamas
-  S3 : Sector de Laguna Negro Francisco (entre vega
Pantanillo y río Astaburuaga)

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3

S1
:
Sector
del
Salar
de
Maricunga:

Instalación
de
sensores
de:

-‐  Nivel
freá;co
+
temperatura
(TD1-‐HOBO

U20)

-‐  Conduc;vidad
(salinidad)
+
temperatura

(SA1-‐HOBO
U24)

-‐  Estación
meteorológica
(MET1-‐Campbell)

Además,
se
realizan
muestreos
de
calidad
de

aguas
(CA1)
y
de
vegetación
(VEG1).

S2
:
Sector
de
Río
Lamas:

Instalación
de
sensores
de:

-‐  Nivel
freá;co
+
temperatura
(TD1-‐HOBO

U20)

(salinidad)
+
temperatura

(SA1-‐HOBO
U24)

Además,
se
realizan
muestreos
de
calidad
de

aguas
(CA1)
y
de
vegetación
(VEG1).

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4

S3
:
Sector
de
Laguna
Negro
Francisco
(entre

vega
Pantanillo
y
río
Astaburuaga):

Instalación
de
sensores
de:

-‐  Nivel
freá;co
+
temperatura
(TD1-‐HOBO

U20)

(salinidad)
+
temperatura

(SA1-‐HOBO
U24)

Además,
se
realizan
muestreos
de
calidad
de

aguas
(CA1)
y
de
vegetación
(VEG1).

2. Meteorología y variables
meteorológicas relevantes

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Meteorológica
Inicialmente, se debe hacer la diferencia entre el clima de una zona y la
meteorología de la misma. Las diferencias o vínculos principales entre ambos
conceptos son:
Clima Meteorología
Dependencia global, proveniente
de la interacción Tierra-Atmósfera
(balance general de energías entre
las diferentes capas: Atmósfera,
hidrósfera, litósfera, entre otras)
Respuesta local a forzamientos de
mayor escala, por condiciones
locales como la morfología,
proximidad a la costa, etc. (se
concentra en la atmósfera)
Dinámica a gran escala de tiempo
(p.ej. cambios lentos y respuestas de
largo plazo de los sistemas por
cambios en el clima)
Dinámica de corto plazo, con
variaciones estacionales hasta
intradiarias (p.ej. temperaturas
medias por estación y oscilación
térmica diaria)
Define las características
generales medias de la zona (p.ej.
características de tipo desértico)
Define el comportamientos y
características locales de los
fenómenos de precipitación, radiación
solar, humedad del aire, etc.
Meteorología
¿Qué es? => Es la rama de la física
que estudia los fenómenos que se
desarrollan en la atmósfera.
Dentro de las temas que aborda la
meteorología destacan:
-  Procesos termodinámicos (p.ej.
generación de precipitación de
nieve y lluvia).
-  Movimiento de la atmósfera
(meteorología dinámica).
-  Intercambios de energía entre la
superficie terrestre y la atmósfera
(p.ej. intercambio de calor y valor de
agua).
-  Interacción de flujos radiativos (p.ej.
radiación solar).
Meteochile: Zona Norte incluye Copiapó
(WRF)

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6

Meteorología
generación de precipitación de nieve
y lluvia).
(p.ej. intercambio de calor y valor de
agua).
-  Interacción de flujos radiativos (p.ej.
radiación solar).
(WRF)

Meteorología
generación de precipitación de nieve
y lluvia).
(p.ej. intercambio de calor y valor
de agua).
-  Interacción de flujos radiativos
(p.ej. radiación solar).
(WRF)

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Meteorología
Existen modelos de pronóstico, que incluyen todas la componentes meteorológicas
principales (WRF en Meteochile).
Entrega la dinámica de las
variables en el tiempo (series
de tiempo):
Temperatura +
Humedad relativa +
Velocidad del viento

Variable meteorológicas relevantes
¿Cuáles son la variables meteorológicas más relevantes?
Las variables principalmente estudiadas
corresponden a:
1.- Temperatura del aire.
2.- Humedad relativa.
3.- Radiación solar incidente.
4.- Velocidad y dirección del viento.
4

1 y 2

3

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3. Bases del monitoreo de variables
físicas
Bases del monitoreo de variables físicas
¿Por qué es necesario el monitoreo de la meteorología?
Corresponden a la base de la caracterización física del sistema, junto con
características morfológicas del sistemas.
El conjunto de variables físicas definen las «forzantes ambientales» de los
sistemas terrestre, que en este, caso corresponden a sistemas vegetacionales
con una alta sensibilidad a la disponibilidad y calidad de las aguas.
Como se indicó anteriormente, la
meteorología incluye los flujos de
masa entre la superficie terrestre
y la atmósfera, por lo que será
quien regule los intercambios de
calor y, en particular, de los
flujos de agua (en sus diferentes
formas) desde y hacia la
atmósfera (p.ej. evaporación,
evapotranspiración, precipitación,
entre otros)

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Bases del monitoreo de variables física
En el caso de los sistemas vegetacionales altoandinos (los considerados en
este estudio), las condiciones físico-química dominantes son bastante
particulares. Así, se desarrollan sistemas basados en vegetación con
capacidad de desarrollarse bajo condiciones de baja disponibilidad de
agua y alta salinidad de los suelos.
Este tipo de sistemas vegetacionales se denominan azonales, debido a que su
origen y sostenimiento radica en las condiciones locales particulares, y no a
un patrón espacial continuo de su existencia. Para la zona de estudio, esto
sistemas se presentan en zonas o sitios, principalmente, con condiciones de
afloramientos permanentes de agua subterráneas.
Dada la condición geográfica de los sitios (gran altura sobre el nivel del mar),
la meteorología juega un rol importante en los procesos locales de
evaporación, los que controlan la cantidad y calidad de las aguas
superficiales en los sistemas.
A continuación, se explica la dependencia de los diferentes procesos
desarrollados en los sistemas vegetacionales, junto con sus dependencias/
interacciones.
El modelo conceptual de las interrelaciones de los procesos físicos, bioquímicos
y biológicas, esperados en un humedal son:

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El modelo conceptual de las interrelaciones de los procesos físicos, bioquímicos
y biológicas, esperados en un humedal son:

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Es por ello que para estimar el estado de un sistemas vegetacional, junto con el
monitoreo periódico del estado ecofisiológico de las vegetación, es necesario
contar con información sobre:
1.- Meteorología del sistema (Estación
meteorológica Campbell)
Estación autónoma para el monitoreo local,
autónomo y continuo, de las variables
meteorológicas (atmosféricas).
2.- Estimación de la disponibilidad de
agua subterránea (Sensor HOBO U20)
Sensores de nivel y temperatura de agua
subterránea en punteras.
3.- Estimación de la bioquímica
(salinidad) del agua superficial (Sensor
HOBO U24)
Sensores de conductividad y temperatura
de agua superficial de vegas.

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4. Sistemas de monitoreo
implementado: Estación
meteorológica / Sensores HOBO
(modelos U20 y U24)
Caracterización y Uso del software del
sistemas
Sistemas implementado: Estación meteorológica
Características principales de la estación meteorológica:
1. Registro continuo de la temperatura del aire y humedad relativa.
2. Registro continuo de la radiación solar incidente.
3. Registro continuo de la velocidad y dirección del viento.
4. Registro continuo de la precipitación líquida y sólida.
La estación meteorológica se encuentra instalada en las coordenadas:
495391 m E – 7031246 m N, al interior del complejo fronterizo San
Francisco.
Estación
Campbell

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El detalle de los sensores y partes que componen la estación
meteorológico se muestran en la tabla siguiente:
Sensor o parte Modelo Marca
Datalogger CR1000 Campbell Scientific
Presión
Atmosférica
Vaisala PTB110 Barometer (500 -
1100 hPa) Campbell Scientific
Temp + Hum. Rel HMP60-L11 Campbell Scientific
Sensor de Viento Alpine Wind Monitor 05103-45 RM Young
Precipitación TE525WS-L Campbell Scientific
Adaptador Nieve Adaptador Nieve Campbell Scientifi
radiación Li 200X Li-cor
Panel Solar SP20 Campbell Scientific
Batería 12V PS100 Campbell Scientific
Modem Satelital Terminal Satelital HNS 9502 M2M GLOBAL SAT
Plan de Datos Plan BGAN M2M Geo - 10 MB
GLOBAL SAT
Cabe señalar que, debido al requerimiento de la instalación de un sensor de
lluvia con el adaptador para nieve (precipitación sólida), se ha considerado
la instalación de depósitos de captura del posible rebalse del líquido
capturado en la estación.
Lo anterior se debe a que es necesario realizar la adición de una mezcla
anticongelante al equipo, antes de la temporada en que se esperan grandes
cantidades de precipitación sólida.
Cabe señalar que el fabricante no indica la necesidad de la captura del
líquido, sino que esta estrategia a sido incorporada como protocolo del
Centro de Ecología Aplicada, con el fin de realizar la menor intervención
al medio ambiente.
Mayores detalles de la metodología para la habilitación del adaptador, serán
enviadas en a etapa final del proyecto (Informe Final).

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Ejemplo de la estación instalada
Funcionamiento de la estación meteorológica
1. La estación meteorológica es alimentada mediante el panel solar y una
batería de respaldo del sistema.
2. El datalogger está programado para realizar la captura de los datos,
promediando las medidas realizadas en 5 minutos. El muestreo es realizado
a intervalos de 30 segundos.
3. La estación meteorológica realiza la transmisión de los datos cada 3
horas, realizando la subida de los archivos al servidor (FTP). (Transferencias
vía satélite)
Acceso al servicio de FTP:
El acceso al servicio puede ser realizado mediante programas como: filezilla,
putty, ssh tectia, terminal gnu linux, o mediante un navegador web.

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Ordenamiento de la información en archivos de la estación.
Columna 1 – Año (formato de 2014)
Columna 2 – Día del año (1 a 365)
Columna 3 – Hora (formato de 0000 a 2359)
Columna 4 - Voltaje en batería (V)
Columna 5 - Temperatura en equipo (°C)
Columna 6 – Temperatura del aire (grados Celsius)
Columna 7 – Humedad Relativa (%)
Columna 8 – Presión atmosférica (mmHg)
Columna 9 – Velocidad del viento (m/s)
Columna 10 – Dirección del viento (grados decimales)
Columna 11 – Radiación Solar (kW)
Columna 12 – Lluvia (mm)
Descarga de los datos desde Datalogger CR1000
1. Conexión mediante programa: Loggernet o PC400.
2. Se utiliza cable Serial a USB.
3. Paso 1, agregar dispositivo:

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4. Paso 2, seleccionar secuencialmente:
Comport, PakBusPort, CR1000, Cerrar presionando ‘Apply'
5. Paso 3, en el menú de LoggerNet, seleccionar CONNECT.
Comport, PakBusPort, CR1000, Cerrar presionando ‘Apply'

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Tras la conexión, existen 2 formas para la adquisición de los datos.
FORMA 1: «COLLECT NOW»
Permite recuperar en forma directa a un archivo .dat con los encabezados
incluidos. Al finalizar la descarga indica el directorio en que se
almacenan. En general esta es en: C:CampbellsciLoggerNet
FORMA 1: «COLLECT NOW»
El formato de salida es similar a un archivo «CSV», en que en cada fila se
contienen los valores de una toma o periodo.
EJEMPLO:

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FORMA 2: «FILE CONTROL»
Esta opción despliega otra interfaz que permite controlar los archivos
que se generan en el Datalogger (desde CRD), en particular, es posible
escoger el formato «CSV». Este formato puede ser abierto desde Excel.
Cabe señalar que el archivo on incluirá el encabezado del archivo.
Sistemas implementado: Sensores HOBO (U20 / U24)
Características principales de los sensores HOBO:
1. Sensores autónomos de 1 a 2 variables de monitoreo.
2. Cada sensor tiene una capacidad de toma de datos de 2 años. Sin
embargo, para asegurarse de posibles pérdidas es recomendable hacer
rescate de datos cada 3 meses.
En los 3 sitios de monitoreo definidos en el Parque Nevado Tres Cruces,
fueron instalados 9 sensores en total. De ellos, 6 corresponde a
sensores de nivel de aguas y temperatura (Modelo U20) y 3 son de
medición de conductividad y temperatura (Modelo U24).
Modelo U24

Modelo U20

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Función Parte Marca
Nivel del agua + Temperatura
del agua
Sensor HOBO U20
HOBO –
UNISOURCE
Conductividad del agua +
Temperatura del agua
Sensor HOBO U24
HOBO –
UNISOURCE
El detalle de los sensores HOBO instalados en terrenos se muestran en la
tabla siguiente:
El esquema general de los componentes de conexión, para la descarga de
los datos almacenados, se muestra en el esquema siguiente. Cabe señalar
que la conexión es de tipo óptico y similar para ambos sensores.
Sensor
ubicado
en
terreno

en
punto
geográﬁco

(UTMx,UTMy)

http://www.onsetcomp.com/products/communications/base-u-4
Lector
Hobo
Onset

Base-‐U-‐4

HoboWare-‐Pro

So^ware
rescate
de

datos

Mayor información se puede descargar desde la web del fabricante.

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Para realizar la conexión al sensor, se debe seguir los siguientes pasos:
1.- Ubicar el sensor y retirar la tapa protectora.
2.- Ejecutar el programa HoboWare.
3.- Colocar en lector Hobo la boquilla que calce con el sensor a descargar.
4.- Conectar lector Hobo a USB del computador.
5.- Leer los datos usando Hoboware
Hasta este paso, se estará con la interfaz del programa HOBOWare
desplegada.
Dentro de la interfaz HOBOWare, se deben destacar los siguientes botones
de acceso a comandos.
1.- Programar toma de datos
2.- Rescatar datos (Instrucción para descarga de datos)
3.- Estado del sensor
4.- Detener sensor
5.- Selección de dispositivo
6.- Norma internacional de medida (Revisión de unidades)
1
2
3
4
5
6

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Para realizar la descarga de los datos se debe acceder a la función 2.
Los pasos a seguir, tras la conexión del sensor son:
1.- Presionar botón de Rescate de Datos (2). Lo cual realizará consulta:
¿detener o no el sensor?
2.- El sensor se debe detener sólo ante algún requerimiento de ellos (p.ej.
mantención, reemplazo de partes o baterías, etc.)
3.- Si se detiene el sensor, después de la descarga de datos, se deberá
reprogramar el sensor, utilizando el botón (1).
4.- Tras rescatar los datos, es recomendables exportar la salida a un archivo
formato «CSV», ejecutando el comando Crtl+e en el teclado del computador
y seguir las instrucciones de exportación.
2

5. Recomendaciones del uso y
mantención

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Recomendaciones del uso y mantención
Estación meteorológica:
Los requerimientos de mantención y cuidados de las diferentes partes es
detallado en el manual de cada sensor. Además, en el manual se
especificarán las posibles fallas y como resolverlas.
De todas formas, en cada visita a la estación se requerirá la inspección de
las partes móviles, revisando el correcto funcionamiento de ellas.
La limpieza de los panales solares es recomendada, principalmente para
evitar problemas de falta de energía en el sistema.
Sensores HOBO:
Este tipo de sensores cuenta con una conexión óptica, por lo que se debe
tener cuidado en la manipulación, evitando generar rayas en la zona de
conexión.
En general, se recomienda realizar una limpieza de los sensores con aguas
limpia.
Debido a la gran variedad de sensores, se elaborará una compilación de
manuales, guías de las diferentes partes, y recomendaciones en el uso y
mantención, la cual será enviada al MMA junto con el Informe Final del
proyecto.

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