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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Cd. Victoria

LICENCIATURA EN BIOLOGÍA MANUAL DE PRÁCTICAS DE METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA

COMO APOYO AL CURSO: METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA DR. PEDRO ALMAGUER SIERRA

Cd. Victoria Tamaulipas, 2018 Blvd. Emilio Portes Gil Núm. 1301, Pte. A.P. 175 C.P. 87010 Cd. Victoria, Tam. Conmutador. 01 (834) 153 2000, ext. 202, e-mail: [email protected] www.itvictoria.edu.mx

Periodo Enero-Junio

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Cd. Victoria

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA LABORATORIO DE ECOLOGÍA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA LICENCIATURA EN BIOLOGÍA DR. PEDRO ALMAGUER SIERRA EN COLABORACIÓN CON LA C. LORENA LIZDE AVALOS RICO, SERVICIO SOCIAL Primera edición 2018. ISBN: en tramite Editado por el Tecnológico Nacional de México, Instituto Tecnológico de Cd. Victoria

Autorizado por la academia de biología

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Presidente de academia

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Blvd. Emilio Portes Gil Núm. 1301, Pte. A.P. 175 C.P. 87010 Cd. Victoria, Tam. Conmutador. 01 (834) 153 2000, ext. 202, e-mail: [email protected] www.itvictoria.edu.mx

Índice de prácticas Práctica 1: Identificación y uso de instrumentos y equipos que componen una estación meteorológica convencional y/o automática 1 Práctica 2: Generación de bases de datos climatológicos a partir de información básica

4

Práctica 3: Generación de estadísticos de los elementos del estado del clima

6

Práctica 4: Determinación del régimen de precipitación y temperatura regional

9

Práctica 5: Modelos clima-cultivo (Grados día Desarrollo (GDD) o período de crecimiento vegetal (PCV)) 13 Práctica 6: Estimación de constantes térmicas por el método residual, utilizando registros de temperatura de su región 15 Práctica 7: Cálculo de horas frio aplicando métodos indirectos

18

Práctica 8: Determinación de la evaporatranspiración por el método de Thornthwaite

20

Práctica 9: Determinación de la distribución acumulativa de las lluvias (probabilidad de lluvia)

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Práctica 11: Estimación de la temperatura media mensual y anual, por el Método de Mínimos Cuadrados (MMC). 26 Práctica 10: Clasificación del clima (Keoppen-M E. García) Práctica 12: Elaborar e interpretar mapas sinópticos y cartas climáticas.

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I

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Introducción La asignatura de meteorología y climatología aporta al perfil del (la) Licenciado(a) en Biología la capacidad de interpretar los factores y elementos meteorológicos, simular y pronosticar eventos del estado del tiempo y el clima; aplicar técnicas de análisis de información climática; manejar instrumentos y equipos meteorológicos e interpretar información y cartografía climática. Esto proporcionará al estudiante las bases para que posteriormente pueda identificar el impacto del clima y los fenómenos atmosféricos en las estructuras de las comunidades y en los patrones de dispersión de las especies. Para integrarla se ha hecho un análisis de los campos de la Física, Biología, Ciencias de la tierra, Oceanografía, Ecología, Ciencias ambientales, Cartográfica, identificando los temas de la Meteorología y la Climatología que tienen aplicación en el quehacer profesional del Biólogo. De manera que los temas de estas ciencias se aplican en las asignaturas de Edafología, Zoología, Botánica, Ecología, Contaminación e impacto ambiental, Evolución y Biogeografía. El enfoque requerido para la asignatura requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación tales como: identificación de variables atmosféricas, climáticas, manejo y mantenimiento preventivo de estaciones climáticas convencionales y automáticas, manejo y manipulación de datos relevantes, registros del estado del tiempo; planteamiento de hipótesis; trabajo en equipo; asimismo, propicien procesos intelectuales como inducción-deducción y análisis-síntesis con la intención de generar una actividad intelectual compleja; por esta razón varias de las actividades prácticas se describen como actividades previas al tratamiento teórico de los temas. El presente manual servirá para la Aplicación de conocimientos básicos de la Meteorología y Climatología para la identificación de riesgos atmosféricos y correlación de los procesos físicos que se producen en la atmósfera con la organización, sucesión de comunidades, distribución de los organismos y estructura de los ecosistemas. Utilizando como apoyo didáctico: Presentaciones de temas en PowerPoint , Aula, centro de información, páginas web, Internet, proyector, computadora, videos, pizarrón, manejo de software (Word y Excel), al igual que visitas a la estación meteorológica (Observatorio Nacional de Cd. Victoria, CONAGUA).

II

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Objetivo El propósito de este manual es que el alumno tenga los elementos físicos y numéricos para elaborar las prácticas correspondientes a esta materia, para lo cual se requiere que cuente con una base de datos de climatología, equipo electrónico como laptop y el uso de Software de Excel y Word. El alumno sabrá:  Interpretar y caracterizar la contextualización de la Meteorología y Climatología como disciplinas en el campo de la Biología y en otras actividades humanas. Indicando las implicaciones de los contaminantes atmosféricos en el cambio climático, relacionándolos con los índices de contaminación atmosférica y con referencia a valores óptimos y de riesgo. 

Cómo funciona el Intercambio de calor en la atmósfera: conceptos de calor, Temperatura, radiación solar, presión atmosférica, consecuencias de la radiación solar en la superficie del globo terráqueo, importancia del viento; circulación general de la atmósfera, clasificación de viento, formación, disipación y clasificación de las nubes, humedad y formas de precipitación.



Aplicar los métodos para la estimación de la radiación solar, temperatura, probabilidad de lluvia, evapotranspiración potencial, al igual que aplicar modelos climáticos para cultivos.



Conocer la estabilidad vertical de la atmósfera: estructura y tipos de fenómenos atmosféricos de riesgo; tormentas, tornados, huracanes, trombas, granizo, masas de aire y frentes, ciclones extra tropicales, granizadas, heladas, tipos y métodos de protección.



Causas de las corrientes o el intercambio de calor y consecuencias en los océanos con el fenómeno del niño y la niña, sus efectos en las poblaciones humanas y cultivos, productividad oceánica por la radiación solar y su dinámica y la interacción océano-atmósfera.



Manejar la base física de las modificaciones al sistema de clasificación climática de Köppen realizadas por Enriqueta García al igual que elaborar climogramas y normales climatológicas que le permitan caracterizar climáticamente un sitio o lugar geográfico, haciendo uso de la información disponible en CONAGUA, INIFAP, CFE, SEMARNAP, ETC. Interpretar información climatológica y clasificación geobotánica al igual que su relación con factores topográficos del microclima generalidades de la Paleo climatología, entre otras.

III

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Práctica 1: Identificación y uso de instrumentos y equipos que componen una estación meteorológica convencional y/o automática Objetivos General: Conocer los instrumentos de una estación meteorológica principal. Específico: Conocer el nombre del aparato, principio físico, parámetro que mide, unidades de medición y requisitos de instalación dentro de la estación. Competencia El alumno conocerá los instrumentos que componen una estación meteorológica principal, atendiendo: el carácter de cada parámetro del clima, y uso adecuado de las estadísticas, en lo que respecta a valores medios, acumulativos o eventos aislados. Introducción Las observaciones meteorológicas se utilizan para la realización de análisis sinópticos para realizar pronósticos y alertas sobre la ocurrencia de fenómenos severos, utilizándolas además para ciertas operaciones locales, pronósticos hidrológicos y agrometeorológicos así también para investigación en ciencias atmosféricas. Por esto es necesario Identificar y conocer el uso de los instrumentos y equipos que componen una estación meteorológica, ya que es vital en el trabajo meteorológico, lo cual nos permite cuantificar parámetros ambientales bajo un convencimiento reglamentado, facilitando la medición, estudio y comparación para medir distintos fenómenos, determinar el clima, intensidad y dirección del viento, visibilidad, etc.

Esta práctica se correlaciona con la unidad 1 “Introducción a la Meteorología y Climatología”. Material y equipo necesario Consulta bibliográfica Información sobre instrumentos meteorológicos Fotografías y descripción de cada uno de ellos Metodología Buscar información de los instrumentos que miden: temperatura, presión atmosférica, humedad relativa, precipitación, evaporación, radiación solar, dirección y velocidad del viento e insolación. Anotar dos instrumentos por parámetro (lectura directa y de grafica)

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Reporte del alumno (resultados)

Aparato

Parámetro

Unidades

Principio físico

Lugar en la estación

Temperatura

Presión atm

Humedad relativa

Precipitación

Evaporación

Radiación Solar

Dirección del viento

Velocidad del viento

Insolación

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Proyección de conocimientos Servirá para que el alumno tenga conocimiento del carácter, utilidad, magnitud y variabilidad de cada uno de los parámetros, esto le permitirá hacer un manejo estadístico correcto de los datos y buscar su mejor utilidad para entender el efecto en el clima y el medio ambiente. Bibliografía utilizada https://virtual.upaep.mx/bbcswebdav/institution/portales/ingenierias/bachilleratos/Climatologia Meteorologia/Instrumentos%20metereologicos.pdf Febrero 2018 http://observatoriometeorologico.filos.unam.mx/instrumentos-meteorologicos/ https://s.campbellsci.com/documents/es/product-brochures/b_weatherstation.pdf http://www.agrometeorologia.inia.gob.ve/index.php/instrumentos-meteorologicos http://www.inia.org.uy/disciplinas/agroclima/le/cl_inst.htm https://virtual.upaep.mx/bbcswebdav/institution/portales/ingenierias/bachilleratos/Climatologia Meteorologia/Instrumentos%20metereologicos.pdf http://meteo.fisica.edu.uy/Materias/PBMA/PBMA_teotico/Bolilla1.pdf Anexos

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Práctica 2: Generación de bases de datos climatológicos a partir de información básica Objetivos General: Consultar bancos de datos de las estadísticas de estaciones meteorológicas de Tamaulipas: CONAGUA, INIFAP, CFE, etc. Específico: Bajar información de las Normales climatológicas de Tamaulipas (INIFAP) y datos históricos en CONAGUA, formar un banco de datos para las prácticas del curso. Competencia El alumno conocerá la forma correcta de referirse a los instrumentos de medición, su principio físico, el parámetro climático que mide, sus unidades de medición y entenderá el carácter de cada uno de ellos. Esto le permitirá usar los estadísticos adecuados en la obtención de las normales climatológicas. Introducción Es importante que el alumno conozca y tenga la habilidad de seleccionar la información climática de la región de su interés. Tomando en cuenta: el nivel de estudio y las variables climáticas, para lo que se requiere datos históricos de la estación meteorológica, la cual debe ser confiable y completa en lo posible, ya que de ello dependerá el uso de modelos para estimar parámetros climáticos para lugares geográficos donde no se cuenta con información puntual. Esta práctica se correlaciona con la unidad 2 “Atmósfera y tiempo”. Material y equipo necesario Computadora, laptop o visitar la sala de cómputo para bajar la información USB Uso de Software: Word, Excel Papel (en cuadricula milimétrica) tamaño carta Metodología Los datos debe resguardarlos en electrónico (USB o CD) para los análisis estadísticos y graficas que corresponda. Imprimir las normales climatológicas de una estación meteorológica y un climograma. Reporte del alumno (resultados) Ya sea en forma física o digital, mostrar la carpeta de datos climatológicos y/o archivo junto a la gráfica y anexos, en esta carpeta debe ir la base de datos que se use en cada ejercicio o práctica.

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Proyección de conocimientos El uso de este conocimiento podrá ser utilizado en el desarrollo de otras actividades de sus cursos o desarrollo de proyectos, servicio social, residencias profesionales, tesis y su desarrollo profesional futura. Bibliografía utilizada http://biblioteca.inifap.gob.mx:8080/jspui/bitstream/handle/123456789/408/49.pdf?. 2018

16

feb

http://smn.cna.gob.mx/es/emas. 16 feb 2018 http://smn.cna.gob.mx/tools/RESOURCES/Normales5110/NORMAL28079.TXT Anexos

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Práctica 3: Generación de estadísticos de los elementos del estado del clima Objetivos (específicos) Investigar y describir las fórmulas para calcular los diferentes valores estadísticos de las normales climatológicas para una estación meteorológica. Competencia El alumno tendrá la capacidad de aplicar estos estadísticos para obtener las normales climatológicas de los diversos parámetros climáticos en los periodos de tiempo de interés. Introducción Los procesos climáticos presentan gran variabilidad espacial (regionalización, clusters) y temporal (no tanto estacional como interanual, por ejemplo el niño y la niña). La estadística permite el diagnostico y el pronóstico describiendo los datos climáticos, cuantificando la incertidumbre y realizando predicciones. Los modelos de series del tiempo se usan generalmente para describir procesos que son muestreados en puntos de tiempo discretos, y puntuales que se usan para modelar fenómenos que se presentan de manera irregular, sin un patrón y que pueden ocurrir en cualquier momento o espacio. Por lo tanto los pronósticos son una herramienta que proporciona un estimado cuantitativo de la probabilidad de eventos futuros que se elaboran en base la información de interés es su dimensión pasada y actual, dicha información se encuentra expresada en forma de un modelo. Con esto es fácil interpretar elementos como la temperatura, humedad, presión atmosférica, viento y precipitaciones y su relación con factores como la altitud, latitud, influencia del mar, el relieve, corrientes Marinas y vegetación que determinan el clima, estudiando los elementos que determinan el clima, factores del clima (evaporación, precipitación, etc.), diferencia entre el clima y estado del tiempo de un lugar, como obtener la máxima, media y mínima de cada factor. Diferencia entre el clima y estado del tiempo de un lugar: Clima: Estado histórico medio de los elementos y factores del clima en un lugar determinado.

Estado del tiempo: Estado que guardan de los elementos y factores del clima en un momento dado en un lugar determinado.

Esta práctica se correlaciona con la unidad 3 “Meteorología cuantitativa”.

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Material y equipo necesario Consulta bibliográfica Computadora Utilización de software, Word, Excel Metodología Obtener las fórmulas utilizadas para el cálculo de los parámetros climáticos necesarios para obtener las normales climatológicas en una estación meteorológica entrando a la página INIFAP, normales climatológicas de Tamaulipas, copiar los links, abrir de una por una y buscar las normales climatológicas. (https://www.ugr.es/~eaznar/conversorFecha.htm.) Reporte del alumno (resultados)

Definición y descripción de las formulas: o o o o o o o

Temperatura máxima Temperatura mínima Temperatura máxima maximorum Temperatura mínima minimorum Precipitación Precipitación máxima en 24 horas Evaporación acumulada

Otros parámetros se miden Dirección del viento Velocidad del viento Humedad relativa Presión atmosférica Temperatura del suelo Se calculan o estiman Evapotranspiración potencial Evapotranspiración real Radiación solar

o o o o o o o o o

Número de días con lluvia Evaporación potencial Temperatura media Temperatura máxima media Temperatura mínima media Temperatura nocturna Temperatura diurna Oscilación térmica Fotoperiodo

Radiación global Radiación neta Se observan Visibilidad Rocío Calima Nubes Rayos Relámpagos

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Proyección de conocimientos Este conocimiento es necesario para el tratamiento de información climática de datos crudos generados por estaciones meteorológicas, manuales o automáticas de uso particular y puntual. Bibliografía utilizada https://www.ugr.es/~eaznar/conversorFecha.htm. (feb 26, 2018) http://enciclopedia.banrepcultural.org/index.php?title=Clima:_elementos_y_factores http://www.mep.go.cr/sites/default/files/recursos/recursosinteractivos/clima_tiempo/pdf/elementos_y_factores_del_clima.pdf http://usuarios.geofisica.unam.mx/cecilia/cursos/Clima1.pdf

Anexos

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Práctica 4: Determinación del régimen de precipitación y temperatura regional Objetivos (específicos) Con la información de al menos cinco estaciones meteorológicas, (intercambiando información de Climogramas con sus compañeros de grupo) ubicadas en un contexto similar geográficamente, aplicar un modelo que ilustre el régimen de temperatura y precipitación de un área o región en particular. (Climograma promedio). Competencia El alumno tendrá la capacidad para elaborar un climograma y determinar los regímenes de temperatura y precipitación regional. Introducción Es importante que el alumno tenga la capacidad y habilidad de analizar información de clima de una estación meteorológica en particular, para conocer los regímenes de temperatura y precipitación en su relación con: la magnitud, frecuencia y época de ocurrencia, dado que estos dos parámetros son precisamente de los más importantes para determinar las actividades humanas productivas y preventivas en general. Esta práctica se correlaciona con la unidad 3 “Meteorología cuantitativa”. Material y equipo necesario Base de datos de las estaciones meteorológicas Computadora, software y/o acceso a centro de cómputo Papel en cuadricula milimétrica Metodología Los métodos más comunes para obtener una media de la precipitación y temperatura anual en una región, en donde existen varias estaciones meteorológicas son: La media aritmética, los polígonos de Thiessen o las Isoyetas. Reporte del alumno (resultados) a) Metido de la media aritmética Atendiendo las indicaciones del objetivo específico, usar la media aritmética mostrando un climograma promedio de las estaciones seleccionadas. b) Metidos de Los polígonos de Thiessen, con la información que se le proporcione aquí, usar este método.

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Proyección de conocimientos Este conocimiento permitirá al alumno, conocer y aplicar sus conocimientos en la determinación de los regímenes de temperatura y prec...