Artículos Científicos

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Batimetría, modelos de elevación digital y sus aplicaciones
(Azimuth, 2009) Lizano, O
En este trabajo se resume la historia de los sondeos batimétricos y los equipos utilizados en el estudio de la rugosidad marina. Se hace referencia a las distintas instituciones internacionales a cargo de la elaboración de cartas batimétricas, los formatos disponibles y las distintas casas comerciales que las distribuyen. Se discute sobre los distintos niveles mareográficos utilizados en algunos países y sobre el más común nivel de mareas usado para referenciar los sondeos batimétricos. Se mencionan algunos ejemplos de aplicaciones locales en los que las batimetrías son los datos de entrada para elaborar modelos de elevación digital. Estos son los datos necesarios en modelos numéricos para estudios de marinas, puertos y atracaderos en Costa Rica.
Predicción Estacional del Clima en Centroamérica mediante la reducción de escala dinámica. Parte II: Aplicación del modelo MM5v3
(Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones, 2009) Rivera, E; Amador, J
En la primera parte de este trabajo se determinó que el modelo de circulación general (MCG) ECHAM4.5 posee más habilidad para simular aspectos dinámicos y termodinámicos de la estructura de la atmósfera asociados a las características climáticas de la región de Centroamérica, en comparación con el CCM3.6. Por tal motivo, la información proveniente de este MCG se utilizó para conducir un experimento de reducción de escala dinámica con el modelo regional MM5v3, en el cual se generó un conjunto de simulaciones (realizaciones estadísticas) de alta resolución espacial (30 km) para el mes de enero del año 2000. Los resultados de la reducción de escala dinámica con el MM5v3 permiten establecer que este modelo regional es capaz de reproducir adecuadamente aspectos del clima centroamericano que los MCG no pueden capturar debido a que poseen limitaciones de resolución espacial y a que no representan adecuadamente los rasgos topográficos y las interacciones físicas y dinámicas asociadas a la mesoescala. La comparación con datos derivados de observaciones indica que el MM5v3 simula la región de máximo de viento de bajo nivel que está relacionada con la corriente en chorro de los Mares Intra-Americanos, aunque la intensidad de ésta es subestimada. En cuanto a los patrones de precipitación, éstos coinciden con los obtenidos de las observaciones (seco en el Pacífico, más lluvioso en el Caribe), sin embargo, existe un exceso generalizado en la cantidad de lluvia simulada producto de los esquemas de parametrización utilizados (Grell y Kain-Fritsch). En el análisis de la desviación estándar de la muestra de doce miembros, se detectan las áreas en las que este modelo regional tiene mayor dispersión o incertidumbre, entre ellas destaca una localizada principalmente al sur de Panamá.
Descripción de dos métodos de rellenado de datos ausentes en series de tiempo meteorológicas
(Revista de Matemáticas: Teoría y Aplicaciones, 2009) Alfaro, E; Soley, F.J
Se presentan dos metodologías para el rellenado de datos ausentes, enfocadas hacia su uso en series de tiempo geofísicas. La primera se basa en la descomposición en componentes principales de la matriz de correlación de datos de una misma variable entre estaciones cercanas y en periodos de tiempo comunes. Este método multivariable permite incorporar en los valores rellenados los fenómenos de mayor escala a partir de la información de las estaciones cercanas. El segundo método es para ser utilizado cuando no hay estaciones cercanas y el rellenado se debe hacer con la información de la misma estación. Consiste en ajustar un modelo autoregresivo a la serie de tiempo y utilizar ese modelo como estimador de los datos ausentes. Se evaluaron dos algoritmos para calcular los coeficientes autoregresivos: el estimador de Burg y el propuesto por Ulrych y Clayton. El primero es apropiado para procesos estocásticos y el segundo para series determinísticas. Las dos metodologías descritos en este trabajo son recursivas: se hace una primera estimación a los datos ausentes corriendo el algoritmo ignorando los datos ausentes si es posible ó aproximándolos de forma grosera. El algoritmo se continúa ejecutando con los nuevos valores sustituyendo los valores estimados en la corrida anterior. La ejecución termina cuando la diferencia máxima de los valores estimados entre dos corridas sucesivas es menor que un valor fijado de antemano por el usuario. Los datos rellenados conservan la media y la desviación estándar original de la serie de tiempo. Estos algoritmos se adaptaron y modificaron, por medio del uso de Interfaces Gráficas con el usuario, para su uso en SCILAB, que es una plataforma similar a MATLAB pero de fuente abierta y que corre indistintamente en Windows y Linux. Ellos fueron elaborados como una actividad de extensión de la Universidad de Costa Rica.
Algoritmos de Control de Calidad para Detección de Secuencias Atípicas de Contactos en Pluviómetros de Balancín
(Tecnología en Marcha, 2009) Araya, J; Alfaro, E
Se prueban diversos Algoritmos de Control de Calidad de Datos (ACCD) para precipitación, con el fin de sugerir metodologías alternativas para detección de posibles valores atípicos generados por pluviómetros de balancín en condiciones operativas. Tres diferentes ACCD fueron probados, uno de ellos para la detección de tiempos entre contactos atípicos y otros dos basados en la detección de secuencias de tiempos entre contactos. Las diversas pruebas que fueron llevadas a cabo muestran que estas pruebas pueden ser útiles en la detección de tiempos entre contactos atípicos y obstrucciones parciales, detectando situaciones de obstrucción en el 70% de los casos. Los resultados obtenidos en condiciones controladas señalan que es posible utilizar estos algoritmos en tiempo real en forma conjunta, como una forma de aumentar la posibilidad de detección de valores sospechosos.
Central America [State of the Climate in 2008]
(Bulletin of the American Meteorological Society, 2009) Amador, J; Alfaro, E; Rivera, E; Calderon, B
Métodos de reducción de escala: Aplicaciones al clima, variabilidad y cambio climático
(Revista Iberoaméricana de Economía Ecológica, 2009) Amador, J; Alfaro, E
Los Modelos de Circulación General Atmosféricos-Oceánicos Acoplados muestran buena habilidad para simular la evolución de las circulaciones de escala global. Sin embargo, esta bondad no es muy útil para el estudio de impactos locales debido a que la resolución espacial de esos modelos está por encima de la escala de los impactos locales que se desean analizar. Es importante tomar esto en cuenta al estudiar impactos del clima en las actividades del hombre, en la biodiversidad, en ambientes marino-costeros y en arrecifes en las regiones tropicales, por ejemplo. Existen dos aproximaciones para lidiar con esta diferencia de escala e información: los métodos de reducción de escala dinámica y estadística. En este trabajo, se discuten los elementos básicos del sistema climático y las posibles causas de los cambios atmosféricos observados en este sistema. Se discuten brevemente los principales conceptos físicos del sistema climático, el clima de una región, la variabilidad climática y las generalidades del problema del cambio climático global con énfasis en el aspecto regional del mismo. Se describen también los esquemas metodológicos del proceso de reducción de escala y se presenta una discusión sobre sus ventajas y limitaciones, así como algunas aplicaciones al tiempo atmosférico y clima regional.
Algunos aspectos relacionados con la Variabilidad Climática en la Isla del Coco, Costa Rica
(Revista de Climatologia, 2009) Quiros Badilla, E; Alfaro, E
Se recolectaron y analizaron los registros meteorológicos de las estaciones que han funcionado recientemente en la Isla del Coco (1979-2005), Costa Rica, localiza en el Pacífico Tropical Oriental. Dichos registros se compararon con series de tiempo de los puntos de rejilla más cercanos a la isla de diferentes bases de datos de precipitación y de temperatura elaborados con datos compilados de estaciones medidoras en superficie, estimados de percepción remota y de modelos numéricos. Se encontró que durante enero, febrero y marzo, se dan las más bajas precipitaciones y que una intensa estación lluviosa tiene lugar de abril a diciembre, dentro de la cual se logra apreciar un mínimo relativo en julio y agosto. También se observó que de enero a marzo las temperaturas son mayores, y relativamente menores de junio a diciembre. Los resultados encontrados muestran que eventos cálidos (fríos) del ENOS se relacionan con temporadas de lluvias o temperaturas superficiales por arriba (bajo) de lo normal en la Isla del Coco. Estas relaciones pueden ser útiles en predicción climática ya que el evento asociado al ENOS antecede a la precipitación o la temperatura.
Historia ambiental, representaciones sociales y exploración decimonónica: elementos conceptuales y empíricos para el estudio del imaginario ambiental de la Costa Rica del siglo XIX
(Diálogos, Revista de Historia, 2008) Goebel, A
El artículo hace un balance de algunos de los enfoques “dominantes” en el estudio de las relaciones sociedad-naturaleza en el pasado, haciendo énfasis en su dimensión simbólico-representativa. Asimismo, y con base en este último referente conceptual, el trabajo analiza las distintas formas en que los exploradores que visitaron Costa Rica en el siglo XIX, valoraron los caminos y las vías de comunicación como parte de los “prerrequisitos indispensables” para lo que consideraban debía ser la necesaria reorganización productiva de una naturaleza yerma y ociosa que carecía de valor alguno mientras se encontrara al margen de la dinámica del mercado capitalista.
Unidos los unos con los otros: El gremio de los telegrafistas en Costa Rica (1880-1930)
(Inter.c.a.mbio: Revista sobre Centroamérica y el Caribe, 2008) Díaz, R
Las comunicaciones telegráficas tuvieron un importante desarrollo en Costa Rica entre 1880 y 1930. El objetivo principal de este artículo es identificar los principales elementos que contribuyeron a afianzar los vínculos de solidaridad entre los telegrafistas, como entes del progreso y del control social en la Costa Rica del período en estudio. Para ello se analizaron documentos de archivo y artículos de revistas telegráficas de la época con el fin de extraer datos referentes a la vida cotidiana de los telegrafistas y a las normas de control social aplicadas por sus directores. Las fuentes de la época evidencian que en su vida cotidiana, los telegrafistas no siempre se ajustaban a dichas normas, pese a que por su ocupación debían de ser ejemplo de su aplicación en los lugares donde trabajaban. A pesar del incumplimiento de la normativa de control social, los telegrafistas pudieron cohesionarse como gremio a partir del fortalecimiento de los vínculos de solidaridad generados por los bajos salarios y otros problemas socioeconómicos que enfrentaban en el ejercicio de su trabajo.
Las visitas pastorales como fuente para el estudio de la historia de la meteorología en Costa Rica (1850-1921)
(Diálogos, Revista de Historia, 2008) Díaz, R
Las crónicas de las visitas pastorales han sido una fuente de datos para la investigación histórica porque en ellas se describen aspectos sociales, económicos, políticos y culturales de las localidades que eran objeto de visita por parte de los obispos ordinarios de las diócesis. Sin embargo, en estos relatos hay constancia de aspectos relacionados con el estado del tiempo y el clima de los sitios visitados. Para el caso de Costa Rica, los libros de visitas pastorales conservados en el Archivo Histórico Arquidiocesano Mons. Bernardo Augusto Thiel Hoffmann proveen valiosos datos sobre aspectos cualitativos del tiempo y del clima de numerosas localidades y regiones de los que no existen registros meteorológicos obtenidos mediante el uso de instrumentos especializados, por lo que la recopilación de esta información permite reconstruir las percepciones y representaciones del tiempo y del clima de los sitios visitados por los obispos de la Diócesis de San José de Costa Rica durante el período 1850-1921.
Dinámica de aguas alrededor de la Isla del Coco, Costa Rica
(Revista de Biología Tropical, 2008) Lizano, O
Surface and sub-surface data were analyzed using chemical and physical parameters, nutrients and dissolved oxygen in the eastern tropical Pacific, based on databases, numerical models and satellite observations. The surface marine current pattern during the first quarter of the year was different from the rest. It is known that the North Equatorial Countercurrent does not reach the island at this time, and a clockwise gyre centered on Isla del Coco (Cocos Island) was stabilized with an intense coastal current generated south of the Gulf of Panama, initially moving in a south direction and then west. It is at this time when the Inter-tropical Convergence Zone is at its most northerly position (around 10°N), and the dynamics of the eastern tropical Pacific is driven by the surface Caribbean easterly wind stress crossing the topographic gaps in Central America. The upwelling in the Gulf of Papagayo is evident and from the surface spatial distributions of temperature, salinity and nutrients, an advection towards Isla del Coco is identi fied. When the Inter-tropical Convergence Zone is displaced to the south (around 5°N), the Papagayo upwelling disappears, the southern trade winds intensify and a strong Equator-Peru upwelling is developed. Nevertheless, from the latitudinal depth profiles and the spatial distributions of physical parameters and nutrients, no advection is evident in the monthly averages from this zone. Between May and October the island was always reached by the North Equatorial Countercurrent. On average, the waves that reach Isla del Coco arrive from the southwest. However, during the boreal winter, the storms generate waves with sufficient energy to reach the island from the northwest. Additionally, at this time of the year, Trade Winds from the Caribbean blow strong across the topographical Papagayo and Panama gaps, generating waves towards the southwest that can reach the island and the remote swell from the southwest losses energy.
The Intra-Americas Sea Low-Level Jet (IALLJ): Overview and Future Research
(Annals of the New York Academy of Sciences, 2008) Amador, J
A relevant climate feature of the Intra-Americas Sea (IAS) is the low-level jet (IALLJ) dominating the IAS circulation, both in summer and winter; and yet it is practically unknown with regard to its nature, structure, interactions with mid-latitude and tropical phenomena, and its role in regional weather and climate. This paper updates IALLJ current knowledge and its contribution to IAS circulation–precipitation patterns and presents recent findings about the IALLJ based on first in situ observations during Phase 3 of the Experimento Climático en las Albercas de Agua Cálida (ECAC), an international field campaign to study IALLJ dynamics during July 2001. Nonhydrostatic fifth-generation Pennsylvania State University National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model (MM5) simulations were compared with observations and reanalysis. Large-scale circulation patterns of the IALLJ northern hemisphere summer and winter components suggest that trades, and so the IALLJ, are responding to land–ocean thermal contrasts during the summer season of each continent. The IALLJ is a natural component of the American monsoons as a result of the continent’s approximate north–south land distribution. During warm (cold) El Nino–Southern Oscillation ˜phases, winds associated with the IALLJ core (IALLJC) are stronger (weaker) than nor mal, so precipitation anomalies are positive (negative) in the western Caribbean near Central America and negative (positive) in the central IAS. During the ECAC Phase 3, strong surface winds associated with the IALLJ induced upwelling, cooling down the sea surface temperature by 1–2 ◦C. The atmospheric mixed layer height reached 1 km near the surface wind maximum below the IALLJC. Observations indicate that primary water vapor advection takes place in a shallow layer between the IALLJC and the ocean surface. Latent heat flux peaked below the IALLJC. Neither the reanalysis nor MM5 captured the observed thermodynamic and kinematic IALLJ structure. So far, IALLJ knowledge is based on either dynamically initialized data or simulations of global (re gional) models, which implies that a more systematic and scientific approach is needed to improve it. The Intra-Americas Study of Climate Processes is a great regional oppor tunity to address trough field work, modeling, and process studies, many of the IALLJ unknown features.
Predicción Estacional del Clima en Centroamérica mediante la reducción de escala dinámica. Parte I: Evaluación de los Modelos de Circulación General CCM3.6 y ECHAM4.5.
(Revista de Matemática: Teoría y Aplicaciones, 2008) Rivera, E; Amador, J
Mediante la evaluación del campo vectorial de viento en bajo nivel y de precipitación derivados de dos modelos de circulación general (ECHAM4.5 y CCM3.6), para el período 1990-1999, se determinó la habilidad de dichos modelos para simular aspectos dinámicos y termodinámicos asociados al clima centroamericano y su variabilidad climática. Para ello, primeramente se analizan las características de la atmósfera consideradas como fundamentales contribuyentes del régimen climático regional. De acuerdo con los resultados de esta evaluación, el ECHAM4.5 exhibe una representación más realista de varios aspectos del ciclo anual y estacional de la atmósfera tropical de interés, por lo que la información de gran escala (≈ 5 x 103 km) de este modelo se utiliza en la parte II de este trabajo para proveer las condiciones iniciales y de contorno como funciones de espacio y tiempo necesarias para efectuar un proceso de reducción de escala dinámica de hasta 30 km de resolución espacial con el modelo regional MM5v3.
Ciclo diario y anual de variables troposféricas y oceánicas en la Isla del Coco, Costa Rica
(Revista de Biología Tropical, 2008) Alfaro, E
Meteorological records from gauge stations at Isla del Coco (Cocos Island), Costa Rica, were analyzed. These data are from an automatic weather station and from two pluviograph stations, covering the period 1997-2005. Time series from other historical records and from the nearest island grid point from different public geophysical data sets were also used. The focus was on rainfall, wind, radiation, relative humidity, and air and sea tempera ture series. Daily and annual cycles were calculated for all the records with hourly resolution and their intra seasonal features were studied, such as maxima values, minima values and transitional periods. Comparisons were done between the stations records and the grid (with broader spatial resolution data). In general, seasonal variations at Isla del Coco were observed to be mainly associated with the meridian migration of the Inter Tropical Convergence Zone; the island is under its direct influence from boreal spring to autumn.
Prueba e Implementación de Algoritmos de Control de Calidad de Datos de Temperatura Superficial del Aire en un Contexto Operativo
(Tecnología en Marcha, 2008) Araya, J; Alfaro, E
Se presenta una metodología para el cálculo de rangos de temperatura, así como algoritmos de programación simple para la detección de errores obvios en datos meteorológicos con el fin de mostrar cómo un sistema de control de calidad sencillo, en tiempo real, puede implementarse de forma exitosa. Estos algoritmos fueron probados a través de su programación en un grabador de datos, el cual es el núcleo procesador en una estación meteorológica: primero, bajo condiciones controladas; y, luego, en dos estaciones meteorológicas automáticas con capacidad de transmisión en tiempo real. La investigación realizada muestra que estos algoritmos son efectivos para la detección de valores atípicos que de otra manera podrían ser detectados tardíamente y pasar inadvertidos.
Distribución espacial de radionucleídos en sedimentos marinos de Bahía Culebra y el Golfo de Nicoya, Pacífico, Costa Rica
(Revista de Biología Tropical, 2008) Lizano, O.G; Loría, L; Alfaro, E; Badilla, M
Ten natural and artificial radionuclides (K40, Cs137, Bi212, Pb212, Bi214, Pb214, Ra226, Ac228, Pa234, U235) in marine sediments were studied in Culebra Bay and the Gulf of Nicoya, both on the Pacific coast of Costa Rica. A freshwater marsh and an offshore island (Coco Island) were used as reference sites. The concentration of radioactive elements from the time of Earth’s formation diminishes in older continental blocks. Higher concentrations are expected in the offshore island, as found in this study. The range of values of these elements are considered normal according to global reports. Some of them, like Potassium 40, seem to have an anthropogenic contribution in the Gulf of Nicoya, possibly related to the activities developed in the adjacent hydrographic basins. In all sampled sites, the artificial element Cesium-137 has been detected within normal ranges and values are very similar to those measured in the coast and in the interior of Costa Rica in previous studies.
La Ciencia y el Debate entre la Iglesia Católica y el Liberalismo en Costa Rica (1880-1901)
(Diálogos, Revista de Historia, 2007) Díaz, R
Este trabajo analiza desde las fuentes periodísticas y documentales las discusiones científicas entre los liberales y los clericales costarricenses durante el episcopado de Monseñor Thiel, en un contexto de institucionalización de la actividad científica en Costa Rica durante las dos últimas décadas del siglo XIX. Asimismo, el trabajo aborda los aportes brindados por ciertos miembros del clero a dicha institucionalización.
El legado científico del licenciado geómetra Pedro Nolasco Gutiérrez Gutiérrez (1855-1918)
(Revista Geológica de América Central, 2007) Solano, F; Díaz, R; Peraldo, G
El presente artículo versa sobre la vida del Lic. don Pedro Nolasco Gutiérrez Gutiérrez prominente figura científica de la Costa Rica de finales del siglo XIX y de principios del siglo XX. Don Pedro accedió al conocimiento de la astrometeorología, a la geología y la sismología. La astrometeorología la usó como una herramienta para la predicción de sismos. Esta idea no obstante, fue debatida por el Dr. Henri Pittier, en ese entonces, director del Instituto Físico Geográfico. Nació don Pedro en Puntarenas en 1855 y murió en la ciudad de San José en 1918. Laboró en el Instituto Físico Geográfico (IFG). Es importante indicar que de todos los científicos costarricenses de esa época, fue don Pedro Nolasco, que sin querer, se acercó al pueblo mediante su almanaque y fue sin duda la figura científica más popular de la época. Aunque actualmente se indica que las predicciones sísmicas están aún lejanas, es importante, no obstante, seguir indagando la visión de don Pedro, pues acertó en varias de sus predicciones, de ahí que la población lo empezara a llamar "El Brujo del Observatorio".
Los fenómenos celestes en Costa Rica: aerolitos, bólidos, y lluvias de estrellas (1799-1910)
(Revista Geológica de América Central, 2007) Solano, F; Díaz, R; Fernández, M
Los registros de observaciones de fenómenos astronómicos en Costa Rica se remontan a finales de la época colonial (1799). Estos detallan el impacto que tuvieron en la sociedad del momento, principalmente las lluvias de estrellas y la caída de meteoritos. Desde esa época se ha buscado una explicación racional a dichos eventos ante la alternativa conceptual religiosa imperante. El presente trabajo resume y analiza los datos más representativos obtenidos en dichas observaciones entre 1799 y 1910.
Climatología del viento y oleaje frente a las costas de Costa Rica
(Ciencia y Tecnología, 2007) Lizano, O.G
The climatologically behavior of the wind and waves is studied around the Costa Rica’s coasts using re-analysis data from wave forecasting numeric model. It is found that the wind in the Caribbean coasts of Costa Rica is predominantly from northeast direction all the year. This wind is projected to the north Pacific of Costa Rica through the topographical depression north of Costa Rica and south of Nicaragua generating high wave conditions. The strong trade winds in the boreal winter (north hemisphere) dominate the behavior of the wind in the central and south Pacific coasts of Costa Rica in the first months of the year. This pattern is modified as the Inter-tropical Convergence Zone (ITCZ) migrating to north and then, the westerly wind is intensified over the Pacific coast reaching their maximum expression during September. In respect to waves, it is found that in the Caribbean wave heights are in relationship with the trade wind force over the sea. The relatively short wave period (7 seg) identifies the local wave origin, called “sea”, which is chaotic in general and with short wave crests. In the Pacific coast, it is found that the predominant wave direction for all the three distinguishable Costa Rican regions is from the Southwest continued by the south. In the north Pacific, although the predominance of the wind is the zonal component and there is a local wave generation in that direction, it prevails waveswith direction from the southwest, indicating that its main wave origin is remote, mainly generated in the south Pacific, like New Zealand , called “swell”, which are smooth and long wave crests. The monthly climatological analysis of the wave height shows that the Caribbean waves has more energy as the trade wind is intensified (November to April) in the boreal winter. In this time the wave heights in the Pacific coasts is low, changing their pattern when the Caribbean wind weaken (September to October) and the equatorial tropical western is present.

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