UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE GEOFÍSICA

MANUAL DE USO DE GENERAL NOAA

OPERATIONAL MODELING

ENVIRONMENT (GNOME)

VERSIÓN 1.3.9

Contenidos1. Introducción...........................................................................................................................................4

1.1 ¿Qué es GNOME?...........................................................................................................................41.2 ¿Qué es posible hacer con GNOME?..............................................................................................51.3 Instalación.......................................................................................................................................7

2. Aspectos básicos....................................................................................................................................82.1 Modo estándar.................................................................................................................................82.2 Incertidumbre................................................................................................................................15

3. Configuración de un escenario propio.................................................................................................183.1 Modo diagnóstico..........................................................................................................................183.2 GOODS.........................................................................................................................................21

3.2.1 Obteniendo los datos..............................................................................................................213.2.2 Cargando ”GOODS” a GNOME...........................................................................................22

3.3 Ejemplo: derrame de petróleo frente a Concepción......................................................................244.Incorporando archivos NetCDF a GNOME..........................................................................................29

4.1 Mapas............................................................................................................................................304.2 Corrientes......................................................................................................................................31

4.2.1 Grilla Rectangular NetCDF...................................................................................................314.2.2 Grilla Curvilínea NetCDF......................................................................................................33

4.3 Vientos...........................................................................................................................................394.3.1 Grilla Rectangular NetCDF...................................................................................................404.3.1 Grilla Curvilínea NetCDF......................................................................................................42

4.4 Datos en archivos múltiples..........................................................................................................43

1. Introducción

1.1 ¿Qué es GNOME?

GNOME es un sistema de simulación ambiental interactivo diseñado para elmodelamiento de trayectorias de contaminantes en el medio marino. Este modelofue desarrollado por la División de Respuesta a Materiales Peligrosos (HAZMAT)perteneciente a la Oficina de Respuesta y Restauración (OR&R) de laAdministración Nacional de Océanos y Atmósfera (NOAA) de Estados Unidos.

La OR&R utiliza este modelo para predecir la posible ruta que un contaminantepuede seguir en un cuerpo de agua, como por ejemplo un derrame de petróleo,obteniendo “la mejor estimación” del movimiento y evolución del contaminante,además de la incertidumbre asociada a este movimiento. GNOME puede serutilizado para

• Predecir como los vientos, corrientes, y otros procesos pueden mover y extender un contaminante en el agua.

• Aprender como las trayectorias predichas son afectadas por la inexactitud (”incertidumbre”) en las observaciones y pronósticos de viento y corrientes.

• Observar como el petróleo derramado cambia quı ı́mica y fı ı́sicamente (“weather” o climatización) durante el tiempo que permanece en la superficie del agua.

La versión oficial de GNOME posee un diseño modular y de software integrado escrito en el lenguaje de programación C++. También existe una versión en Python, sin embargo no esta soportada oficialmente por la NOAA.

Los “inputs” de GNOME incluyen:

• Mapas• Batimetría• Modelos numéricos de circulación• Ubicación y tipo de contaminante• Observaciones meteorológicas y oceanográficas• Otros datos medioambientales

Para usar GNOME, primero debemos describir un escenario de derrameintroduciendo la información mencionada anteriormente dentro del programa;GNOME entonces crea y despliega una animación del derrame mostrando latrayectoria predicha en nuestro escenario.

1.2 ¿Qué es posible hacer con

GNOME?

GNOME es un modelo de trayectoria que puede

• Estimar la trayectoria de derrames en 2D procesando información que unole proporcione acerca del viento y las condiciones del tiempo atmosférico,patrones de circulación, descargas de rı ı́os, y el derrame que uno deseesimular.

• Predecir las trayectorias que pueden resultar de la inexactitud(incertidumbre) en las observaciones y pronósticos de viento y corrientes.

• Usar algoritmos de climatización para hacer predicciones simples acerca delos cambios que el petróleo sufrirá mientras permanece expuesto en elambiente.

• Actualizarse rápidamente, ser corrido una y otra vez, guardando nuevainformación.

• Proporcionar una salida con las trayectorias (incluyendo las estimaciones deincertidumbre) en un formato georeferenciado que puede ser utilizado comoun archivo de entrada para programas GIS (Geographic InformationSystem).

Debido a que GNOME fue creado para una amplia gama de usuarios, este puedeser utilizado en dos modos.

• Modo estándar (Standard Mode)• Modo diagnóstico (Diagnostic Mode).

En el modo estándar, el modo más automatizado de GNOME, se utiliza una”Location File” para cargar información pre-desarrollada de una zona enparticular, incluyendo un mapa del área y los patrones dominantes de circulación.Luego el sistema experto de ayuda de GNOME (”Wizard”) solicita la informaciónnecesaria para correr el modelo. En el modo estándar, se puede guardar laconfiguración del modelo para uso posterior, y además guardar una imagen ocrear una animación de nuestra simulación. El modo estándar no es losuficientemente flexible para simular un derrame real, pero es una excelenteherramienta para tener una idea aproximada del alcanze que podrı ı́a tener underrame en una zona en particular. Además, podemos exportar las salidas denuestro modelo en un formato complatible con diferentes programas GIS. Parasimular derrames reales, debemos utilizar el modo diagnóstico, en el cualpodemos utilizar una ”Location File”para ayudar a configurar el modelo, o hacerlocompletamente desde cero. (Sin una ”Location File”, GNOME requiere que leingresen una lı ı́nea de costa e información hidrodinámica.) En el modo diagnósticotenemos las siguientes capacidades adicionales:

• Acceso completo a todos los parámetros del modelo y opciones de escala.

• Podemos adaptar el modelo para representar datos en tiempo real.

• Crear nuestras propias ”Location Files”.

• Configurar coeficientes que controlan la magnitud y la distribución de laincertidumbre utilizada en las estimaciones.

Este manual esta enfocado principalmente a la correcta utilización del mododiagnóstico de GNOME, lo que nos permite simular eventos de forma realista.Como ha sido mencionado anteriomente no podemos utilizar una ”LocationFile”para simular un derrame real, debido a que estas contienen solo informaciónclimatológica, y no las condiciones especı ı́ficas para una fecha y hora en particular

1.3 Instalación

GNOME está disponible en internet, de forma gratuita para el público en formatoscompatibles con Microsoft Windows y Macintosh. GNOME y sus ”Location Files”pueden ser usadas y distribuidas libremente. Para descargar e instalar GNOME,debemos seguir los siguientes pasos:

• Abrir nuestro navegador de internet e ingresar ahttp://response.restoration.noaa.gov/oil-and-chemical-spills/oil-spills/response-tools/downloading-installing-and-running-gnome.html

• Ahı ı́ estará disponible GNOME, en su última versión, para Windows y Mac.Además estará disponible el manual oficial, las ”Location Files”, y unconjunto de archivos opcionales. Descargamos GNOME para Windows o paraMac, dependiendo de nuestro sistema operativo.

• Una vez descargado el programa de instalación, en el caso de Windows,hacemos doble click el el archivo ”GnomeSetup.exe” y seguimos lasindicaciones que nos muestren en pantalla. Para el caso de Mac,descomprimimos el archivo ”GNOMEsetup Mac.zip”, y buscamos el icono deGNOME en el escritorio.

• Para abrir GNOME, en Windows, nos digirimos al Menú Inicio > Programas >GNOME. En Mac, hacemos doble click en el icono de GNOME que está en elescritorio.

2. Aspectos básicos

2.1 Modo estándar

Al abrir por primera vez GNOME se abrirá por defecto en su modo estándar.Aparecerá en pantalla el siguiente mensaje de bienvenida

Damos click en “Agree” y aparecerá lo siguiente

Seleccionamos el botón “Select File” y luego seleccionamos el archivo Central

Long Island Sound.

Al hacer esto acabamos de abrir el “Location File” para esta zona en particular yveremos el siguiente cuadro

Damos click en “Next”. Aparecerá el cuadro de configuración del modelo.Ingresamos una fecha de inicio (Model Start Date) y una hora de inicio (ModelStart Time) de cuando deseamos que comience el derrame, y la duración (ModelRun Duration) de la animación resultante.

Tanto la fecha de inicio y la hora de inicio debe ser establecida en o antes de lafecha y hora de inicio del derrame. Por ejemplo si decimos que el derrame ocurrioel 24 de Enero de 2017, y se reportó que el derrame comenzó alrededor de las20:00 p.m, lo configuramos como muestra la imagen. Hablaremos después de lasopciones ”Best Guess” y ”Minimun Regret”, en la sección siguiente. Por ahoradejaremos la opción ”Include Minimun Regret Solution” sin marcar.

Hacemos click en “Next”. Ahora debemos elegir el tipo de viento, si es constanteo variable en el tiempo.

Supongamos eneste caso que el viento está soplando en forma constante, con una magnitud de15 nudos (knots) desde el sur, y los pronósticos indican que el viento continuaráası ı́ durante el resto del dı ı́a. Entonces, debido a que se espera que los vientospermanezcan constantes durante el dı ı́a, la opción ”constant wind” es la mejoropción en este caso.

Para eso seleccionamos “constant” y damos click en “Next” configurando 15 enSpeed, knots en la unidad de medida y S en la dirección como se muestra en lasiguiente figura.

También podemos utilizar el ”Wind Target” (lado derecho del cuadro de diálogo)para ingresar la magnitud y dirección del viento. Una vez configurado estohacemos click en “Next”.

Estamos cerca de visualizar nuestra simulación. El cuadro anterior nos dicecuales son las herramientas y controles que podemos utilizar. Principalmenteutilizaremos la herramienta Spill Tool y los controles para visualizar la animación.Hacemos click en “To the map window”y veremos lo siguiente

Ahora solo nos queda determinar la ubicación del derrame, para estoseleccionamos la herramienta Spill Tool haciendo click sobre ella.

Ahora clickeamos en cualquier parte dentro del área de agua del mapa (áreablanca), para establecer la localización del derrame. Descubriremos que sitratamos de hacer click en las zonas coloreadas donde hay tierra (o ciertas zonascon agua donde los datos no son adecuados), seremos advertidos con un sı ı́mbolode prohibido, lo que indica que en esa zona GNOME no puede predecir latrayectoria del derrame.

Haciendo click en el mapa, nosotros estamos estableciendo aproximadamente laubicación del derrame, indicado por un pequeño signo +. Instantáneamente,aparecerá un cuadro de diálogo, donde podemos ajustar la latitud y longitudexacta del derrame, al igual que la fecha y hora de inicio.

Debemos introducir los detalles acerca de este escenario:

a) Desde el menú ”Pollutant”, podemos seleccionar el tipo de contaminante. Eneste caso seleccionamos ”medium crude”. Una de las caracterı ı́sticas que hace deGNOME un buen modelo, es que trae por defecto caracterizados diversos tipos decontaminantes, lo que implica distintos tipos de comportamientos en el ambienteque son crı ı́ticos para determinar la trayectoria de un derrame.

b) Debemos especificar además la cantidad liberada en ”Amount released”. Eneste caso ingresamos 1000, y verificamos que barriles (”barrels”) estéseleccionada como la unidad de volumen.

c) Nos aseguramos que la fecha y hora de liberación (”Release Start”) sea el 1 deDiciembre de 1999, a las 5:30 a.m. Esta es la fecha y hora en que comienza elderrame, y no necesariamente la fecha y hora de inicio del modelo (”ModelStart”), que habı ı́amos ingresado previamente en la Configuración del Modelo(”Model Settings”).

d ) Ajustamos la latitud (Lat) del derrame a 41 deg., 13.71 min. Norte, y lalongitud (Long) a 72 deg., 44.78 min. Oeste. Esta es la ubicación del derrame,supongamos que nos fue reportada. En caso de que el derrame hubiesecontinuado por un periodo de tiempo, o si el petrolero se hubiese movido a lolargo del agua, podriamos necesitar ingresar otro tiempo o posición final(”Different End Release Time” o ”Position”). En este caso asumiremos que elderrame se produjo en unos pocos minutos, y que ocurrió en un mismo lugar.

Una vez que estemos listos, hacemos click en OK.

El mapa de Long Island Sound será redibujado ante nuestros ojos, con la ubicacióndel derrame indicado por un pequeño signo +. Ahora que estamos listos,podemos correr la animación o ”pelı ı́cula”del derrame. Para esto contamos con lasiguiente barra con la que podemos resetear, correr, detener, o avanzar un pasola animación.

2.2 Incertidumbre

Como puede ser observado en la sección anterior, GNOME despliega unaanimación del derrame simulado representado por un conjunto de partículas decolor negro. Esta trayectoria es la denominada “mejor estimación” delmovimiento del contaminante. Sin embargo, en la realidad frecuentemente losdatos de corrientes y vientos obtenidos de modelos numéricos pueden contenererrores. Debido a lo anterior GNOME incorpora la opción de considerar laincertidumbre asociada los datos de entrada, calculando una nueva trayectoria.Para activar esta opción debemos ir a “Model Settings” y marcar la casilla“Include the Minimum Regret” como se muestra en la siguiente captura depantalla.

Una vez activada esta opción volvemos a correr la animación y la trayectoriaasociada a la incertidumbre de los datos será representada con puntos rojos.

Para entender mejor lo que representan ambas trayectorias debemos considerarlo siguiente:

1) La trayectoria negra representa la mejor estimación del movimiento delcontaminante derramado. Para realizar esta estimación GNOME asume que tantolos vientos y corrientes ingresados al modelo representan fielmente lascondiciones ambientales existentes durante el derrame. GNOME asume que nohay errores en los datos.

2) La trayectoria roja representa la estimación de la trayectoria dearrepentimiento mínima mayor de GNOME para el mismo derrame. Para predeciresta trayectoria, GNOME considera la incertidumbre en las corrientes y vientosque se ha introducido. Como una regla muy aproximada - asumiendo un grado"típico" de incertidumbre en el viento y la información actual que usa paramodelar un escenario de derrame - la posibilidad de que el aceite derramadopermanezca dentro del área cubierta por las manchas rojas es del 90%. Esimposible asignar una probabilidad más precisa, ya que poco se sabe todavíaacerca de las incertidumbres en el viento y las previsiones actuales, aunque NOAAestá investigando activamente este tema.

Hay una probabilidad de aproximadamente 90% de que el contaminantederramado NO se extienda más allá de esta trayectoria (el área másgrande cubierta por los splots rojos).

3. Configuración de un escenario propio

3.1 Modo diagnóstico

Cuando corremos GNOME en su modo estándar, necesitamos usar una ”LocationFile”, como fue visto en el ejemplo del capı ı́tulo anterior. Las ”Location Files”contienen información generalizada acerca de las mareas, corrientes, y lı ı́neas decostas para un lugar en particular. Si no existe una ”Location File” disponible parauna región de interés, es posible crear nuestro propio archivo para esa región, sinembargo es necesario advertir que crear esos archivos requiere ciertosconocimientos en oceanografı ı́a fı ı́sica regional.

Para poder crear estos archivos es necesario utilizar GNOME en el mododiagnóstico. La mayorı ı́a de las personas que los crea normalmente genera un”Diagnostic File Save” en vez de una ”Location File”. La diferencia es básicamenteque en un ”Diagnostic File Save” nos saltamos la creación de una interfaz”wizard”, que nos va diciendo los pasos a seguir para configurar el modelo. Unavez que creamos el ”DFS”, podemos utilizar este archivo para modelar posiblesderrames en nuestra región de interés.

Para construir el ”DFS”, necesitamos los siguientes elementos:

• un mapa vectorial de la lı ı́nea de costa.• una salida de un modelo hidrodinámico para las corrientes.• una estimación de la mezcla turbulenta (dispersión).• un pronóstico del viento.

Para poder utilizar GNOME en modo diagnóstico debemos realizar los siguientespasos:

1) Luego de haber realizado el ejemplo del modo estándar en el capítulo anterior,nos encontraremos en la pantalla principal. Nos digirimos a la pestaña “File”

2) Hacemos click en “Preferences”

3) Luego en la pestaña “Mode”, seleccionamos “Diagnostic” en ambos casoscomo muestra la figura

4) Luego de hacer click en Ok, apretamos el botón “Diagnostic Mode”.

De esta forma ahora GNOME se iniciará en modo Diagnóstico permitiendoconfigurar manualmente todos los parámetros disponibles dentro del modelo.

3.2 GOODS

La OR&R ha creado una herramienta en lı ı́nea denominada GOODS (GNOME OnlineOceanographic Data Server) que ayuda a acceder de forma gratuita a los datosnecesarios para crear nuestro propio escenario, ya sea lı ı́neas de costa, corrientes,y vientos desde varios modelos y fuentes disponibles. De esta forma podemosdescargar los archivos en los formatos adecuados que pueden ser cargadosdirectamente a GNOME. En GOODS, la lı ı́nea de costa mundial está disponible; sinembargo, los datos de viento y corrientes son más limitados.

Podemos conocer los últimos formatos de entrada/salida y la documentacióntécnica de GNOME en el siguiente link: http://response.restoration.noaa.gov/oil-and-chemical-spills/oil-spills/resources/gnome-technical-docs.html

Para ingresar a GOODS, debemos entrar a la siguiente página web:https://gnome.orr.noaa.gov/goods. En ella encontraremos los datos necesariospara configurar nuestro modelo.

3.2.1 Obteniendo los datos

• Obteniendo la lı ı́nea de costa

Dentro de la página de GOODS, en la sección ”Base Maps”, hacemos click en ellink en ”Global custom map generator”. En esta página, podemos extraer la lı ı́neade costa de la base de datos GSHHS y convertirla al formato compatible conGNOME (formato BNA). Ingresamos bordes de latitud y longitud en gradosdecimales para nuestra región (o utilizamos la herramienta de selección deGoogle Maps), elegimos la resolución, y luego hacemos click en ”Get Map”.Finalmente guardamos la lı ı́nea de costa en alguna carpeta para luego ser cargadaa GNOME.

• Obteniendo las corrientes

GOODS proporciona corrientes de modelos globales y regionales, además decorrientes medidas de varias fuentes. Luego de haber seleccionado algún modeloglobal o regional, que cubra nuestra área de interés, podremos obtener algunsubset de datos que se adapte a nuestras necesidades. Debemos ingresar bordesde latitud y longitud en grados decimales para nuestra región (o utilizamos laherramienta de selección de Google Maps) y además elegimos un rango detiempo. Hacemos click en el botón ”Update dimensions”, para ver el tamaño delset de datos que vamos a descargar. Cuando estemos satisfechos con nuestraselección, hacemos click en el boton ”Get Data”. Finalmente guardamos el archivocon las corrientes en alguna carpeta para luego ser cargado a GNOME.

• Obteniendo los vientos

GOODS proporciona observaciones de vientos desde el ”NOAA National Data BuoyCenter” (últimos 45 dı ı́as) y datos grillados de pronósticos obtenidos de variosmodelos. Para determinar la ID de las estaciones para alguna boya en nuestraárea de interes, demos visitar la web del ”National Data Buoy Center”. Sielegimos utilizar pronósticos grillados, debemos elegir un subset de datos que seadapte a nuestras necesidades. Para esto ingresamos bordes de latitud y longituden grados decimales para nuestra región (o utilizamos la herramienta deselección de Google Maps) y además elegimos un rango de tiempo. Hacemos clicken el botón ”Update dimensions”, para ver el tamaño del set de datos que vamosa descargar. Cuando estemos satisfechos con nuestra selección, hacemos click enel botón ”Get Data”. Finalmente guardamos el archivo con los vientos en algunacarpeta para luego ser cargado a GNOME.

3.2.2 Cargando ”GOODS” a GNOME

Para cargar los datos debemos necesariamente ingresar al modo diagnósticocomo fue descrito en la sección anterior. Todos los datos son cargados desde elpanel a la izquierda del mapa

• Cargando la lı ı́nea de costa

En GNOME, en el panel a la izquierda del mapa, hacemos doble click en ”Map”. Enel cuadro de diálogo que se abre, hacemos click en ”Load” y seleccionamos elarchivo que guardamos de GOODS. Si el mapa no se despliega correctamente,hay que intentar dándole zoom hasta que el mapa aparezca.

• Añadiendo las corrientes

En GNOME, en el panel a la izquierda del mapa, hacemos doble click en ”UniversalMovers”. En el cuadro de diálogo que se abre, en la opción ”Type” seleccionamos”Currents”. Hacemos click en ”Load”, luego seleccionamos el archivo queguardamos de GOODS.

• Añadiendo los vientos

En GNOME, en el panel a la izquierda del mapa, hacemos doble click en ”UniversalMovers”. En el cuadro de diálogo que se abre, en la opción ”Type” seleccionamos

”Winds-Variable” o ”Winds-Constant”. Hacemos click en ”Load”, y seleccionamosel archivo de vientos que guardamos de GOODS.

• Añadiendo difusión

En GNOME la difusión es tratada como un proceso estocástico. Esta se encuentrarepresentada por un coeficiente de difusión D, cuya configuración en el modelorepresenta la difusividad turbulenta horizontal en el agua. Un valor bajo podría ser1,000 cm² s⁻¹ , y un valor alto podría estar entre 100,000 cm² s⁻¹ y 1,000,000 cm²s⁻¹. El valor por defecto en el modelo es 100,000 cm² s⁻¹.

Para configurar manualmente este valor debemos hacer doble click en “UniversalMovers”. En el cuadro de diálogo que se abre, en la opción ”Type” seleccionamos”Diffusion”.

• Guardando el ”Diagnostic File Save”

Finalmente, podemos guardar la configuración de nuestro modelo en un”Diagnostic File Save”. Para esto nos vamos a la pestaña ”File”, luego hacemosclick en ”Save”. Verificamos que en la opción ”Type” esté seleccionado”Diagnostic File Save (.SAV)” y apretamos ”Ok”. Luego guardamos nuestro archivoen alguna carpeta, donde posteriormente podremos cargar nuestro archivo parasimular algún derrame.

3.3 Ejemplo: derrame de petróleo frente a Concepción

En esta sección vamos a desarrollar un ejemplo paso a paso, de un derrame depetróleo frente a las costas de Concepción. Para esto vamos a seguir los pasosmencionados en la sección anterior, utilizando la herramienta GOODS.

1. Primero nos vamos a la página de GOODS: https://gnome.orr.noaa.gov/goods

2. Descargamos la lı ı́nea de costa con los pasos descritos en la sección 3.2.1. Eneste caso seleccionamos los bordes de latitud entre -36 y -38 ◦ S, y los delongitud entre -76 y -72 ◦ O. Elegimos la resolución máxima (”Full”) y hacemosclick en ”Get Map”.

3. Descargamos los datos de corrientes del modelo global Real-Time OceanForecast System (RTOFS). Elegimos la opción ”Global Output”, y hacemos click en”Submit”. Con este modelo tenemos la opción de obtener ”nowcasts” de 2 dı ı́as, o

”forecasts” de 6 dı ı́as, con una resolución espacial de 1/2° . En este casoseleccionaremos la opción ”forecast” o pronóstico, y hacemos click en ”Submit”.Seleccionamos ahora los bordes de latitud entre -36 y -38 ◦ S, y los de longitudentre -76 y -72 O. Elegimos además un tiempo de inicio y de fin (GMT), con un”time step” (paso de tiempo) y ”grid spacing” (espacio entre puntos de grilla)igual a 1. Hacemos click en ”Update dimensions”, y luego en ”Get Data”.

4. Descargamos los datos de viento desde el NCEP Global Forecast System (GFS).Elegimos la opción ”NCEP Global Forecast System 1/2 degree”, la cual nos da unamayor resolución, y después hacemos click en ”Submit”. Luego seleccionamos laopción ”Last 2 weeks + forecast”, y hacemos click en ”Submit”. Se nos mostraráen pantalla un panel de selección similar al de las corrientes. Seleccionamosahora los bordes de latitud entre -36 y -38 ◦ S, y los de longitud entre -76 y -72 ◦O. Elegimos además un tiempo de inicio y de fin (GMT), con un ”time step” (pasode tiempo) y ”grid spacing” (espacio entre puntos de grilla) igual a 1. Hacemosclick en ”Update dimensions”, y luego en ”Get Data”. Un detalle a considerar esque debemos ser cuidadosos al seleccionar el tiempo de inicio y de fin, ya quetanto las corrientes como los vientos deben abarcar el tiempo en que vamos asimular el derrame.

5. Una vez descargados los datos procedemos a cargarlos dentro de GNOME, conlas indicaciones descritas en la sección 3.2.2 . Algunos parámetros deben serfijados al momento de cargar las corrientes y vientos, como por ejemplo laincertidumbre de los datos y las coordenadas temporales. En este caso decidimosno extrapolar los datos. También nos dan la opción de mostrar las velocidades, y/omultiplicarlas por un escalar. En este caso dejamos estas opciones por defecto. Laincertidumbre para este ejemplo en particular la dejaremos como indica lasiguiente figura.

6. Ahora podemos modificar la Configuración del Modelo (”Model Settings”), paraestablecer la fecha y hora de inicio, además de la duración de nuestra simulación.Junto con esto podemos establecer el ”Computation Time Step”, que nos permitedefinir cada cuanto tiempo generará las trayectorias. En este caso nuestrasimulación tendrá un paso de tiempo de 0,25 horas.

7. Finalmente podemos guardar nuestro ”Diagnostic File Save”, haciendo click en”File” > ”Save” , o apretando Ctrl+S.

8. Ahora podemos simular algún derrame con la ”Spill Tool”, a diferencia queahora podemos especificar el número de ”splots”, los cuáles son puntos querepresentan una porción del volumen de petróleo derramado, además del”windage”, que representa la influencia del viento en el movimiento del petróleo.

Por defecto el ”windage” viene especı ı́ficado entre un 1 % y 4 % de la velocidaddel viento, con una persistencia de 15 minutos. La persistencia nos indica cadacuanto tiempo se reinicia el valor de “windage” dentro del rango queseleccionamos, es decir cada 15 minutos se selecciona aleatoriamente un valorentre 1% y 4%. Finalmente el resultado se verá de la siguiente forma

Queda como tarea para el lector de este manual hacer variar algunos parámetros,como por ejemplo el tipo de contaminante, ”windage”, incertidumbre en losdatos, o el tipo de derrame (fijo en un punto o gradual) para ver como esto afectala trayectoria de un posible derrame.

4.Incorporando archivosNetCDF a GNOME

En este capı ı́tulo se describirá algunos aspectos de los formatos de entrada ysalida de datos que utiliza GNOME. Una descripción completa del formato de losdatos utilizados por este modelo, puede ser visualizado en la siguiente páginaweb (archivo GNOME Data Formats): http://response.restoration.noaa.gov/oil-and-chemical-spills/oil-spills/resources/gnome-technical-docs.html. Para los motivos deeste manual y dado que en la actualidad la mayorı ı́a de los modelos oceánicos yatmosféricos entregan sus salidas en el formato NetCDF, nos enfocaremosprincipalmente en este formato, aunque también permite el formato ASCII.Algunos modelos de circulación y vientos, el tipo de grilla y el formato utilizadopara sus salidas (compatible con GNOME), puede ser visto en la Tabla 1.

Tabla 1. Modelos de circulación y vientos cuyas salidas son soportadas porGNOME. Sacada del GNOME Data Formats.

En CHIOOS, se utilizarán principalmente dos fuentes de datos, la principal son losradares HF instalados en la zona, y luego las salidas del modelo hidrodinámicoROMS. Debido a esto las secciones siguientes se enfocarán específicamente enexplicar como hacer compatibles estas salidas con GNOME. Un aspectotransversal a las distintas fuentes de datos son los mapas que se cargan almodelo por lo que su formato será mencionado en primer lugar.

4.1 Mapas

Actualmente, GNOME utiliza solo el formato de mapas ”Boundary File Atlas”(BNA). El formato BNA consiste en una lista de lı ı́neas y polı ı́gonos que sondibujados en pantalla. Cada objeto es precedido por una lı ı́nea de descripción,como la que se muestra a continuación para el archivo de ejemplo prueba.bna.

”2”,”1”,18

El primer número entre comillas representa un identificador para el objeto, yusualmente es único.

El segundo número entre comillas identifica el tipo del objeto: ”1” representatierra; ”2” representa agua, o un polı ı́gono dentro de otro polı ı́gono más grande.

El tercer número es el número de puntos en el objeto que serán dibujados. Unnúmero positivo indica un polı ı́gono. Los puntos son definidos en sentido horario amedida que se recorre el borde terrestre (como si caminaramos en una playaimaginaria con nuestro pie izquierdo sobre la tierra y el pie derecho en el agua).

Un número negativo define una lı ı́nea donde los puntos inicial y final no seconectan.

File Name: prueba.bna”2”,”1”,18-82.521416,27.278500-82.552109,27.353674-82.564636,27.383394-82.600746,27.500633-82.576721,27.581442-82.541473,27.665442-82.478104,27.725504-82.443367,27.755222-82.250000,27.730673-82.250000,27.685675-82.250000,27.640678

-82.250000,27.595680-82.250000,27.505688-82.250000,27.460690-82.250000,27.415693-82.250000,27.370695-82.351616,27.278500-82.453232,27.278500”2”,”1”,10-82.250000,27.865969-82.333580,27.864744-82.383003,27.879385-82.479012,27.888107-82.543144,27.952902-82.456032,28.066999-82.405220,28.066999-82.354408,28.066999-82.250000,27.977007-82.250000,27.898989

Dos tipos especiales de polı ı́gonos son definidos para los mapas de GNOME:

1. un lı ı́mite para mapas no rectangulares (”Map Bounds”) y

2. una zona de derrames (”Spillable area”).

Estos polı ı́gonos especiales son usados comunmente en las ”Location Files” paraayudar a los usuarios a evitar establecer derrames en zonas donde las ”LocationFiles” no han sido bien configuradas. Una de las ventajas que existen actualmentegracias a la herramienta GOODS, es la posibilidad de poder descargardirectamente estos mapas para cualquier lugar del mundo con una buenaresolución.

4.2 Corrientes

Actualmente, GNOME puede leer archivos en NetCDF para grillas rectangulares,curvilı ı́neas, y triangulares. Esta sección incluye ejemplos de los dos primerosformatos en uso actualmente y algunas descripciones de la informaciónrequerida. Hay que destacar que los formatos descritos aquı ı́ estánconstantemente bajo revisión, por lo cual no se descarta que en futuras versionesde GNOME estos puedan ser modificados.

4.2.1 Grilla Rectangular NetCDF

Abajo tenemos un ejemplo del formato de grilla rectangular para archivos NetCDF.El atributo grid type = REGULAR está por defecto. Las unidades de tiempo puedenser horas, minutos, segundos, o dı ı́as. Será necesario un mapa aparte con el fin deestablecer un derrame.

NetCDF MacintoshHD:Desktop Folder:test

dimensions:lat = 16 ;lon = 20 ;time = UNLIMITED ; (85 currently)

variables:double lat(lat) ;lat:long name = ”Latitude”;lat:units = ”degrees north”;lat:point spacing = . even”;

double lon(lon) ;lon:long name = ”Longitude”;lon:units = ”degrees east”;lon:point spacing = . even”;

double time(time) ;time:long name = ”Valid Time”;time:units = ”minutes since 1999-11-25 00:00:00”;

float water u(time, lat, lon) ;water u:long name = . Ea stward Water Velocity”;water u:units = ”m/s”;water u: FillValue = -9.9999e+32f ;water u:scale factor = 1.f ;water u:add offset = 0.f ;

float water v(time, lat, lon) ;water v:long name = ”Northward Water Velocity”;water v:units = ”m/s”;water v: FillValue = -9.9999e+32f ;water v:scale factor = 1.f ;water v:add offset = 0.f ;

global attributes::grid type = REGULAR”;

data:

lat = 51.144606, 51.234386, 51.324167, 51.413944, 51.503722, 51.5935,51.683275, 51.77305, 51.862825, 51.952594, 52.042364, 52.132133, 52.2219,52.311664, 52.401425, 52.491186 ;lon = 2.3155722, 2.4583139, 2.6010833, 2.743875, 2.8866917, 3.0295306,3.1723917, 3.3152694, 3.4581667, 3.6010833, 3.7440139, 3.8869583,4.0299167, 4.1728861, 4.3158667, 4.4588583, 4.6018583, 4.7448639,4.887875, 5.0308917 ;

time = 7020, 7080, 7140, 7200, 7260, 7320, 7380, 7440, 7500, 7560, 7620,7680, 7740, 7800, 7860, 7920, 7980, 8040, 8100, 8160, 8220, 8280, 8340,8400, 8460, 8520, 8580, 8640, 8700, 8760, 8820, 8880, 8940, 9000, 9060,9120, 9180, 9240, 9300, 9360, 9420, 9480, 9540, 9600, 9660, 9720, 9780,9840, 9900, 9960, 10020, 10080, 10140, 10200, 10260, 10320, 10380, 10440,10500, 10560, 10620, 10680, 10740, 10800, 10860, 10920, 10980, 11040,11100, 11160, 11220, 11280, 11340, 11400, 11460, 11520, 11580, 11640,11700, 11760, 11820, 11880, 11940, 12000, 12060 ;

4.2.2 Grilla Curvilínea NetCDF

Abajo tenemos un ejemplo del formato de grilla curvilı ı́nea para archivos NetCDF.Es necesario definir el atributo global grid type = CURVILINEAR (el por defecto esgrid type = REGULAR). Ademas de x e y, hay varios otras opciones de nombrepara la latitud y longitud. Los nombres de las dimensiones solo necesitan empezarcon X, Y, o LAT,LON para ser reconocidos. Los nombres de las variables debenaparecer como se muesta. Las velocidades pueden ser de precisión ”short”,”float”o ”double”. Las unidades de tiempo pueden ser horas, minutos, segundos o dı ı́as.Se requiere una máscara de tierra si queremos utilizar los lı ı́mites de la grilla comolı ı́nea de costa: 0 es tierra, 1 es agua. Si no hay un mapa disponible, la máscara esutilizada para identificar puntos donde hay tierra (tierra=0,agua=1) y entonces secrea un mapa. Sólo es utilizado el primer nivel sigma, aunque en la actualidad seestá ampliando GNOME para manejar corrientes en 3D.

netcdf 20040726 11z HAZMATdimensions:x = 73 ;y = 163 ;sigma = 3 ; optionaltime = UNLIMITED ; (12 currently)

variables:

float time(time) ;time:long name = ”Time”;time:base date = 2004, 1, 1, 0 ;

time:units = ”days since 2004-01-01 0:00:00 00:00”;time:standard name = ”time”;

float lon(y, x) ;lon:long name = ”Longitude”;lon:units = ”degrees east”;lon:standard name = ”longitude”;

float lat(y, x) ;lat:long name = ”Latitude”;lat:units = ”degrees north”;lat:standard name = ”latitude”;

float mask(y, x) ; optionalmask:long name = ”Land Mask”;mask:units = ”nondimensional”;

float depth(y, x) ; optionaldepth:long name = ”Bathymetry”;depth:units = ”meters”;depth:positive = ”down”;depth:standard name = ”depth”;

float sigma(sigma) ; optionalsigma:long name = ”Sigma Stretched Vertical Coordinate at Nodes”;sigma:units = ”sigma level”;sigma:positive = ”down”;sigma:standard name = . o cean sigma coordinate”;sigma:formula terms = ”sigma: sigma eta: zeta depth: depth”;

float u(time, sigma, y, x) ;u:long name = . Ea stward Water Velocity”;u:units = ”m/s”;u:missing value = -99999.f ;u: FillValue = -99999.f ;u:standard name = . ea stward sea water velocity”;

float v(time, sigma, y, x) ;v:long name = ”Northward Water Velocity”;v:units = ”m/s”;v:missing value = -99999.f ;v: FillValue = -99999.f ;v:standard name = ”northward sea water velocity”;

global attributes::file type = ”Full Grid”;

:Conventions = ÇOARDS”;:grid type = çurvilinear”;:z type = ”sigma”;:model = ”POM”;:title = ”Forecast: wind+tide+river”;

data:time = 208.4688, 208.4792, 208.4896, 208.5, 208.5104, 208.5208, 208.5312,208.5417, 208.5521, 208.5625, 208.5729, 208.5833,,;sigma = 0, .5, 1.;Este es el formato que se debe utilizar para adaptar las salidas de los radares HFy el modelo ROMS a GNOME. Para esto fueron desarrollados un paquete defunciones que realizan esta labor automáticamente. Estas son las funcionesRADAR2GNOME y ROMS2GNOME respectivamente.

RADAR2GNOME

Podemos observar en la siguiente imagen el resultado de aplicar la funciónRADAR2GNOME a las salidas horarias de los radares HF. El script generaautomáticamente la salida para ser cargada directamente a GNOME como“Currents”. Se puede observar también que no necesariamente es necesariodefinir todos los atributos que se muestran en el ejemplo anterior, basta con losque aparecen en la imagen.

Para utilizar este script debemos ejecutarlo en MATLAB. Simplemente ingresamosuna fecha inicial y final y el script concatena y genera la salida correspondiente.

ROMS2GNOME

Para adaptar las salidas de ROMS, utilizamos el script ROMS2GNOME. Su funciónes la misma que el script anterior, generar la salida para ser cargadadirectamente a GNOME. El resultado de utilizar este script puede ser visto en lassiguientes imágenes.

Este script debe ser ejecutado en MATLAB. Luego seleccionamos el archivo deROMS a transformar, hay que ser cuidadoso en que las variables que necesita elprograma se encuentren dentro del archivo.

4.3 Vientos

GNOME usa vientos, además de las corrientes y difusión, para mover el óleo. Para usos de pequeña escala, un pronóstico de un punto, es suficiente para las trayectorias. En este caso, las series de tiempo pueden ser creadas en GNOME usando los cuadros de viento constante y variable, o cargadas desde un archivo. Para áreas más grandes, podemos utilizar datos de viento generados por modelosde circulación atmosférica.

4.3.1 Grilla Rectangular NetCDF

El formato de grilla rectangular para los vientos es muy similar al de las corrientes. La única diferencia es que air_u y air_v son usados en vez de water_u ywater_v para las componentes U y V de la velocidad.

netcdf pwsWind2004080904

dimensions:lon = 155 ;lat = 150 ;time = UNLIMITED ;(49 currently)

variables:float time(time) ;time:long name = ”Time in AST”;time:units = ”hours since 2004-08-09 00:00:00”;

float lon(lon) ;lon:long name = ”Longitude”;lon:units = ”degrees East”;lon:point spacing = . even”;

float lat(lat) ;lat:long name = ”Latitude”;lat:units = ”degrees North”;lat:point spacing = . even”;

float air_u(time, lat, lon) ;air u:valid range = -30.f, 30.f ;air u:long name = . Ea stward Air Velocity”;air u:units = ”m/s”;air u: FillValue = -9.9999e+32f ;air u:scale factor = 1.f ;air u:add offset = 0.f ;

float air_v(time, lat, lon) ;air v:valid range = -30.f, 30.f ;air v:long name = ”Northward Air Velocity”;air v:units = ”m/s”;air v: FillValue = -9.9999e+32f ;air v:scale factor = 1.f ;air v:add offset = 0.f ;

global attributes::experiment = ”PWS-NFS”;:grid type = REGULAR”;:base date = 2004, 8, 9 ;

data:time = 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22,23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40,41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52 ;

lon = -148.72, -148.7, -148.68, -148.66, -148.64, -148.62, -148.6, -148.58,-148.56, -148.54, -148.52, -148.5, -148.48, -148.46, -148.44, -148.42,

-148.4, -148.38, -148.36, -148.34, -148.32, -148.3, -148.28, -148.26,-148.24, -148.22, -148.2, -148.18, -148.16, -148.14, -148.12, -148.1,-148.08, -148.06, -148.04, -148.02, -148, -147.98, -147.96, -147.94,-147.92, -147.9, -147.88, -147.86, -147.84, -147.82, -147.8, -147.78,-147.76, -147.74, -147.72, -147.7, -147.68, -147.66, -147.64, -147.62,-147.6, -147.58, -147.56, -147.54, -147.52, -147.5, -147.48, -147.46,-147.44, -147.42, -147.4, -147.38, -147.36, -147.34, -147.32, -147.3,-147.28, -147.26, -147.24, -147.22, -147.2, -147.18, -147.16, -147.14,-147.12, -147.1, -147.08, -147.06, -147.04, -147.02, -147, -146.98,-146.96, -146.94, -146.92, -146.9, -146.88, -146.86, -146.84, -146.82,-146.8, -146.78, -146.76, -146.74, -146.72, -146.7, -146.68, -146.66,-146.64, -146.62, -146.6, -146.58, -146.56, -146.54, -146.52, -146.5,-146.48, -146.46, -146.44, -146.42, -146.4, -146.38, -146.36, -146.34,-146.32, -146.3, -146.28, -146.26, -146.24, -146.22, -146.2, -146.18,-146.16, -146.14, -146.12, -146.1, -146.08, -146.06, -146.04, -146.02,-146, -145.98, -145.96, -145.94, -145.92, -145.9, -145.88, -145.86,-145.84, -145.82, -145.8, -145.78, -145.76, -145.74, -145.72, -145.7,-145.68, -145.66, -145.64 ;

lat = 59.79, 59.8, 59.81, 59.82, 59.83, 59.84, 59.85, 59.86, 59.87, 59.88,59.89, 59.9, 59.91, 59.92, 59.93, 59.94, 59.95, 59.96, 59.97, 59.98,59.99, 60, 60.01, 60.02, 60.03, 60.04, 60.05, 60.06, 60.07, 60.08, 60.09,60.1, 60.11, 60.12, 60.13, 60.14, 60.15, 60.16, 60.17, 60.18, 60.19,60.2, 60.21, 60.22, 60.23, 60.24, 60.25, 60.26, 60.27, 60.28, 60.29,60.3, 60.31, 60.32, 60.33, 60.34, 60.35, 60.36, 60.37, 60.38, 60.39,60.4, 60.41, 60.42, 60.43, 60.44, 60.45, 60.46, 60.47, 60.48, 60.49,60.5, 60.51, 60.52, 60.53, 60.54, 60.55, 60.56, 60.57, 60.58, 60.59,60.6, 60.61, 60.62, 60.63, 60.64, 60.65, 60.66, 60.67, 60.68, 60.69,60.7, 60.71, 60.72, 60.73, 60.74, 60.75, 60.76, 60.77, 60.78, 60.79,60.8, 60.81, 60.82, 60.83, 60.84, 60.85, 60.86, 60.87, 60.88, 60.89,60.9, 60.91, 60.92, 60.93, 60.94, 60.95, 60.96, 60.97, 60.98, 60.99, 61,61.01, 61.02, 61.03, 61.04, 61.05, 61.06, 61.07, 61.08, 61.09, 61.1,61.11, 61.12, 61.13, 61.14, 61.15, 61.16, 61.17, 61.18, 61.19, 61.2,61.21, 61.22, 61.23, 61.24, 61.25, 61.26, 61.27, 61.28 ;

4.3.1 Grilla Curvilínea NetCDF

Para el caso de los vientos hay muy poca diferencia con el formato de lascorrientes. La única diferencia es que air_u y air_v son usados en vez de u y vpara las componentes U y V de la velocidad.

netcdf 20040726_11z_HAZMAT {dimensions:x = 73 ;y = 163 ;time = UNLIMITED ; (12 currently)

variables:float time(time) ;time:long_name = "Time" ;time:base_date = 2004, 1, 1, 0 ;time:units = "days since 2004-01-01 0:00:00 00:00" ;time:standard_name = "time" ;

float lon(y, x) ;lon:long_name = "Longitude" ;lon:units = "degrees_east" ;lon:standard_name = "longitude" ;

float lat(y, x) ;lat:long_name = "Latitude" ;lat:units = "degrees_north" ;lat:standard_name = "latitude" ;

float air_u(time, y, x) ;air_u:long_name = "Eastward Air Velocity" ;air_u:units = "m/s" ;air_u:missing_value = -99999.f ;air_u:_FillValue = -99999.f ;air_u:standard_name = "eastward_wind" ;

float air_v(time, y, x) ;air_v:long_name = "Northward Air Velocity" ;air_v:units = "m/s" ;air_v:missing_value = -99999.f ;air_v:_FillValue = -99999.f ;air_v:standard_name = "northward_wind" ;

global attributes::file_type = "Full_Grid" ;:Conventions = "COARDS" ;:grid_type = "curvilinear" ;:title = "Forecast: wind+tide+river" ;data:time = 208.4688, 208.4792, 208.4896, 208.5, 208.5104, 208.5208, 208.5312,208.5417, 208.5521, 208.5625, 208.5729, 208.5833,,;

4.4 Datos en archivos múltiples

Tanto para las corrientes y vientos, en caso de simulaciones largas es posible hacer que el modelo cargue de forma separada toda la información necesaria para realizar la simulación. Para esto es necesario generar un “archivo maestro” que contenga los nombres de todos los archivos

Example – Filename: MyMasterFileEx.txtNetCDF Files[FILE] :day1.nc[FILE] :day2.nc[FILE] :day3.nc[FILE] :day4.nc[FILE] :day5.nc[FILE] :day6.nc

Luego se carga el archivo .txt como se haría normalmente para el caso de corrientes o vientos.