Dinámica del ozono en el mediterráneoJ.Jaime Diéguez (jjaime@ceam.es)

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Jornada sobre Calidad del Aire y Ozono Troposférico Murcia, 22 Septiembre 2016

CEAM. LINEAS DE INVESTIGACIÓN

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El Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo (CEAM) es un centro de investigación, desarrollo e innovación tecnológica para la mejora del medio ambiente en el ámbito mediterráneo. Nuestra actividad se centra en ofrecer propuestas integradas para la gestión ambiental en el ámbito de la atmósfera, los ecosistemas, las actividades humanas, y sus interacciones.

Líneas de investigación:

• Meteorología y Contaminación atmosférica: Química atmosférica y dinámica de contaminantes.

• Efectos de los contaminantes en la vegetación, y Ciclo del carbono

• Investigación Forestal: Incendios y restauración forestal.

CEAM. LINEA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

La dinámica de contaminantes en la cuenca mediterránea occidental se documenta en gran medida a principios de la década de los 90 en base a los proyectos europeos MECAPIP, RECAPMA, y SECAP, liderados desde España por investigadores del CEAM (Millán M. et al)

Edición con la compilación de artículos científicos asociados a los tres proyectos europeos.

CEAM. INFLUENCIA SOBRE LA DIRECTIVA DE OZONO

CEAM. ESTUDIOS MONOGRÁFICOS DE OZONO EN ESPAÑA

Esc

ala

naci

onal

Esc

ala

Loca

l

Proyecto CONOZE

(2014)

Estudio episodios

Madrid (2015)

Estudio episodios

Puertollano

Contrato Ozono (2009)

OZONO (O3)• A nivel de la troposfera es un contaminante

secundario formado a partir de sus precursores,NOx y COVs, en presencia de radiación solar.

• Contaminante a escala global, con mayor impactoen determinadas regiones, y fundamentalmenteen primavera y verano.

• Se trata además de un GEI, el tercero enimportancia después de CO2 y CH4 por suforzamiento radiativo.

La reducción de sus concentraciones es particularmente compleja debido a:- La variedad de fuentes y especies precursoras (COVs origen natural y antropogénico).- La química del ozono, altamente No lineal. - El tiempo de residencia (medio-alto) del ozono en la atmósfera.

I. INTRODUCCIÓN: EL OZONO TROPOSFERICO

Concentración promedio de ozono en superficie para el mes de Julio (1-4 p.m) con el modelo GEOS-CHEM. Fuente: OMS

Ozono y salud. Informe REVIHAAP (OMS, 2013):• Efectos probados sobre la morbilidad y mortalidad cardiorrespiratoria debido a la exposición

al ozono a corto y también a largo plazo.• No se ha identificado para el ozono un umbral por debajo del cual se puedan descartar

efectos sobre la salud.

Directiva 2008/50/CE del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a la calidad del aire y a una atmosfera más limpia en Europa, y Directiva 2004/107/CE relativa a arsénico, cadmio…

Objetivos Generales:• Definir objetivos de calidad del aire

• Evaluar con métodos y criterios comunes

• Informar sobre la calidad del aire a los ciudadanos

• Implementar planes donde no se cumplan los objetivos

Real Decreto 102/2011 relativo a la mejora de la calidad del aire

Transposición

I. INTRODUCCIÓN: MARCO LEGAL DE LA CALIDAD DEL AIRE

OZONO

PSH: Valor Objetivo: 120 µg/m3 (M8h) 25 días/año , prom. 3 añosObjetivo a largo plazo: 120 µg/m3 (M8h) por año

PV: Valor Objetivo: 18000 µg/m3.h (AOT40 May-Jul) prom. 5 añosObjetivo a largo plazo: 6000 µg/m3.h (AOT40 May-Jul)

I. INTRODUCCIÓN: OZONO EN EUROPA. INFORMES AEMA

I. INTRODUCCIÓN: OZONO Y CAMBIO CLIMÁTICO

Fuente: European Topic Centre on Air pollution and Climate change mitigation (ETC/ACM)

TRANSPORTE

EMISIONES

TRANSPORTE

DEPOSICIÓN

INTERCAMBIO VERTICAL

TRANFORMACIONES

QUÍMICAS

Q(t+1)=Q(t) + ΣPa - ΣPe

Procesos aporte / formaciónProcesos eliminación

Elementos que determinan las concentraciones de contaminantes

1. Distribución y tasa de emisiones.

2. Procesos físico-químicos en la atmósfera.

• Dispersión

• (Foto)química de contaminantes.

Transporte horizontal (escalas sinóptica, mesoescala, local…).Mezcla vertical (Turbulencia térmica y mecánica).

El balance de todos estos procesos en cada punto depende de múltiples factores: Tipo de entorno (urbano/industrial/rural), posición y distancia respecto a fuentes de emisión, situación meteorológica, orografía, día de la semana, hora del día, estación del año…

II. DINAMICA DEL OZONO. FACTORES

II. DINAMICA DEL OZONO: QUÍMICA NO LINEAL DEL OZONO

Diagrama EKMA

(Fuente: Dodge, 1977)

O3

ONONO2

O2

hυ (λ<424 nm)Ozono en equilibrio

dinámico

O2

R•RO2• RHRO•H2O

OH•

Producción neta de Ozono

O2

“Efecto fin de semana” Tendencias positivas en entornos urbanos

II. DINÁMICA DEL OZONO: QUÍMICA + TRANSPORTE HORIZONTAL

En el transporte de la pluma urbana se transita de condiciones VOCs-limitadas a condiciones NOx-limitadas.

Dependiendo de la composición de la pluma, la velocidad del viento y de la intensidad de la radiación solar variará la distancia a la que se produce el máximo de concentración de ozono.Derwent & Davies,1994

v[O3]

30 km

II. DINÁMICA DEL OZONO: TRANSPORTE DE LA PLUMA URBANA DE VALENCIA

El transporte de las emisiones del área metropolitana de Valencia está dirigido por la canalización de las brisas a lo largo de la cuenca del Turia hacia el interior. Los registros de la RVVCCA muestran este transporte, con un máximo de ozono a unos 50 km aprox. del AMV y un alcance que puede superar los 100 km.

II. DINAMICA DEL OZONO: TRANSPORTE VERTICAL

Mezcla vertical en la capa límite: ciclo de formación de la capa de mezcla y desacople nocturno.

La turbulencia térmica/mecánica generada por la interacción con el terreno mezcla la composición química en toda la capa límite (capa de mezcla).

Otros procesos de transporte vertical: Chimeneas orográficas, subsidencias, intrusiones estratosféricas,…

Los episodios de ozono mas importantesy persistentes en el País Vasco en elperiodo 1995-1998 coinciden con vientosdel este y noreste forzados por las altaspresiones en el centro de Europa.(Gangoiti et al, 2002)

II. DINAMICA DEL OZONO: MOVIMIENTOS A MAYOR ESCALA

Transporte a larga distancia en la costa cantábrica

Contribuciones diarias al ozono en un emplazamiento rural del sur de Inglaterra.

Cálculos en base a simulaciones de modelo

En otras latitudes …

Informe, 2009

II. DINAMICA DEL OZONO: MOVIMIENTOS A MAYOR ESCALA

Transporte desde China a EEUUScience, 2014

Derwent, 2008

II. DINAMICA DEL OZONO: CONTRIBUCIONES A LOS NIVELES DE OZONO

ADVECCIÓN DESDE ZONAS VECINAS

PRODUCCIÓN LOCAL NETA

FONDOREGIONAL

FONDOHEMISFÉRICO

ORIGEN NO(FÁCILMENTE) IDENTIFICABLE

ORIGEN IDENTIFICABLE

PRODUCCION A PARTIR DE EMISIONES DEL DIA

[O3]

La cantidad relativa de cada componente varía en el espacio y en el tiempo debido a:

• Latitud, posición relativa a las fuentes de emisión, tipo de entorno, altitud ...

• Evolución diaria y estacional, situación meteorológica …

Medidas de reducción en área fuente

(PLAN/ES LOCAL/ES)

Coop. internacional

Medidas de reducción a escala Nacional

(PLAN NACIONAL)

MEDIDAS DE REDUCCIÓN

III. OZONO A ESCALA NACIONAL. DISTRIBUCIÓN SUPERACIONES

Protección Vegetación2008 - 2012

Protección Salud Humana2010 - 2012

Superaciones generalizadas en todo el territorio, excepto la cornisa cantábrica.

Las zonas mas afectadas se encuentran a sotavento de las grandes áreas urbanas.

Patrón estacional característico.

III. OZONO A ESCALA NACIONAL. FACTORES CLIMÁTICO-METEOROLÓGICOS

Selección 148 estaciones representativas

III. OZONO A ESCALA NACIONAL. FACTORES CLIMÁTICO-METEOROLÓGICOS

IV: LA CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA EN LA CUENCA MEDITERRÁNEAOCCIDENTAL EN PRIMAVERA-VERANO.

Sub-cuencas Occidental/Oriental/Central del área Mediterránea y promedio de las presiones en superficie en julio

Simulación del campo de vientos en superficie en un día típico de verano (16:00 UTC)

Fuente: Millán et al 1997

En la cuenca mediterránea occidental durante los meses de primavera y verano predominan las situaciones anticiclónicas (anticiclón de las Azores).

El escaso o nulo gradiente sinóptico posibilita el desarrollo de las circulaciones de meso escala , brisas de mar acopladas a los vientos de ladera que inducen los sistemas montañosos que rodean la cuenca.

Densidad Población(Emisiones)

Vientos dominantes (P-V)

IV. NIVELES PROMEDIO DE OZONO EN LA RVVCCA.

Concentraciones promedio RVVCCA 2009-2015

NO2 µg/m3

O3 µg/m3

IV. DISTRIBUCIÓN DE SUPERACIONES EN LA RVVCCA

SUPERACIONES U.I. (180 µg/m3 MH) SUPERACIONES V.O. (120 µg/m3 M8h)

IV: CICLOS ESPACIO-TEMPORALES EN LA C.V.

Niveles altos de especies primarias en Otoño - Invierno. Especialmente con estancamientos anticiclónicos.

ENTORNO URBANO Emisiones Tráfico + Química atmosférica

Niveles altos de secundarios en Primavera - Verano bajo predominio de circulaciones de mesoescala

ENTORNO RURALTransporte + Química atmosférica

CICLOS PROMEDIO DIARIO MES A MES (2009-2015)

IV: GRADIENTES EN CICLO PROMEDIO DIARIO DE OZONO.

30 km

II. TRANSPORTE EN CUENCAS AÉREAS DEL MEDITERRÁNEO EJEMPLO: PLUMAS DE BARCELONA Y VALENCIA

IV. RECIRCULACIÓN EN EL MEDITERRÁNEO

Circulaciones de mesoescala en la costa mediterránea bajo condiciones anticiclónicas de primaveray verano. Dan lugar a la formación de estratos de contaminantes en altura. La persistencia de estasituación durante varios días provoca la RECIRCULACIÓN de la masa aérea.

Millan, M. et al 1996, 1997

IV. RECIRCULACIÓN EN EL MEDITERRÁNEO

La persistencia de esta situación durante varios días provoca la RECIRCULACIÓN de la masaaérea y con ello la ACUMULACIÓN de contaminantes secundarios como el ozono, queeventualmente pueden alcanzar concentraciones elevadas, por encima del U.I.

En la Comunidad Valenciana las superaciones del U.I. (180 µg/m3) suelen ocurrir al final de ciclos derecirculación/acumulación de 3 a 9 días de duración. Se dan preferentemente en puntos intermedios de losvalles que unen la costa con el interior montañoso. Y siguen un ciclo semanal que pone de manifiesto laimportancia tanto de la componente recirculada (acumulación gradual), como de la producción del día (caídaen el nº de superaciones los fines de semana)

IV. CARACTERIZACIÓN DE SUPERACIONES EN LA RVVCCA

IV. PATRÓN SEMANAL DE SUPERACIONES A ESCALA NACIONAL

PROMEDIO P-V MMX>120 P-V (CRÓNICO) MX>180 P-V (EPISÓDICO)

VIC

VILLAR

IV. FONDO Y PRODUCCION LOCAL / NIVELES CRONICOS Y EPISÓDIOS

ALGETE

Reducción de ozono en las áreas de influencia debido a la reducción del tráfico los fines de semana. Alrededor del 4% en Barcelona (con un máximo del 8% en Pardines), y del 3.5% en Madrid (con un máximo del 5% en El Atazar) …

IV. FIN DE SEMANA: POTENCIAL DE REDUCCIÓN

… a costa de un incremento del 35% en Barcelona y del 11% en Madrid en las estaciones urbanas

Selección 72 estaciones:• Operativas en 2012• Al menos con 10 años de datos• Cobertura geográfica y por tipo de entorno

IV. TENDENCIAS OZONO 2000 - 2012

EMISIONES

CALIDAD DEL AIRE

Niveles NO2 decrecen ¿y O3?...

Las concentraciones de ozono aumentan ligeramente en entornos urbanos y apenas descienden en áreas rurales.

IV. TENDENCIAS OZONO 2000 - 2012

1. Las situación crónica de ozono (MM8h>120 µg/m3) a la que se atribuye efectos sobre la salud a largo plazo, afecta a gran parte del territorio de España con una importante contribución de fondo que limita el margen de reducción en base a medidas locales. Para ello se requieren medidas complementarias a escala nacional e internacional.

2. En la vertiente mediterránea peninsular la componente de fondo corresponde en gran medida a masas de aire recirculadas ricas en productos secundarios como el ozono, resultantes de emisiones con origen en toda la costa de la cuenca occidental (tráfico, industria, transporte marítimo…)

3. Las situaciones episódicas de ozono (MH>180 µg/m3) a las que se atribuyen efectos a la salud a corto plazo, afectan especialmente a zonas a sotavento de grandes áreas urbanas, y pueden ser mitigadas con medidas a nivel local actuando sobre las emisiones que las originan.

4. La reducción en la emisión de precursores en los últimos años se empieza a trasladar al ozono, que muestra una ligera tendencia negativa en las áreas rurales, más acusadas en verano.

5. Como contrapartida se observa una tendencia positiva en entornos urbanos (debido a la química no lineal del ozono). De manera que en el diseño de las medidas de reducción habrá que tener en cuenta esta respuesta indeseable en las áreas urbanas.

V. CONCLUSIONES

¡Gracias por su atención!