Titulo:

Nombre (s): Armando Correa García

Sede Regional: Occidente

Fecha: 18/10/2016

“Tendencia de O3 en la Ciudad de Morelia”

En Morelia, existen 3 casetas de monitoreo atmosférico que están incorporadas al programa del Sistema Nacional de

Información de la Calidad del Aire (SINAICA), el cual reúne y publica, a través de la pagina oficial

http://sinaica2.inecc.gob.mx/magic/rmart/null/_framework.

del Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC) los datos generados por las principales redes

automáticas de monitoreo atmosférico de la Republica Mexicana, con el fin de dar a conocer en tiempo real la calidad

del aire de esta área urbana. Esta información trasciende a nivel internacional por el programa mundial denominado

índice de calidad del aire (ICA) http://aqicn.org/map/mexico/es/

A finales de 2008, Morelia se integró al SINAICA con una estación de monitoreo

automática, que mide los contaminantes atmosféricos; monóxido de carbono (CO), dióxido

de nitrógeno (NO2), dióxido de azufre (SO2), ozono (O3), partículas ≤ 10 micras (PM10), asícomo la medición de las variables meteorológicas temperatura, velocidad y dirección del

viento, según informa el (INECC, 2012).

En este periodo 2008/2015, la caseta comunicó a la población sobre los niveles diarios de

contaminación que se presentaron en esta área urbana; sin embargo, a mediados del 2015

la unidad de monitoreo del aire, se actualizó mediante la adquisición de una nueva caseta y

varios equipos de medición.

Con esta modernización, se termina un ciclo de medición con analizadores de gases que

datan de principios del nuevo milenio; debido a esto, en este estudio se revisan los registros

de O3, para el periodo 2008/2015 con el fin de evaluar la tendencia de este contaminante

que se forma en la atmósfera urbana de Morelia.

MetodologíaSe recopilaron los datos de los contaminantes CO, NO2, O3, SO2, PM10 y parámetros

meteorológicos temperatura, velocidad y dirección del viento; la información, se

obtuvo de la Dirección de Medio Ambiente y Sustentabilidad, perteneciente a la

Secretaría de Desarrollo Metropolitano e Infraestructura del H. Ayuntamiento de

Morelia. Se realizaron pruebas de normalidad y análisis de varianza no parámetrico

(ANOV) para detectar diferencias estadísticas entre años, así como análisis de

correlación y regresión con el fin de proponer modelos de prevención y control de la

contaminación a corto plazo.

Resultados

Los resultados obtenidos de la prueba Lillie fors sugiere que los contaminantes atmosféricos y el parámetro meteorológico

temperatura medidos en Morelia del periodo 2008/2015 se alejan de una distribución normal, con nivel de confianza aceptable

p< 0.01 (Tabla, 1). Los óxidos de nitrógeno (NOX, NO, NO2) y dióxido de azufre (SO2) tienden a bajar, mientras que las

partículas ≤ 10 micras (PM10), ozono (O3), y monóxido de carbono (CO) han venido subiendo, pero manteniendo su tendencia

descendente, y la temperatura sigue aumentando.

Tabla 1. Resumen estadístico ordinario de los contaminantes del aire y la temperatura registrados en la ciudad de Morelia

Tabla 1. Continua Resumen estadística ordinaria de los contaminantes del aire y la temperatura

registrados en la ciudad de Morelia

Una forma de identificar los valores extremos, consiste en representarlos mediante

diagramas de caja, por ejemplo el esquema, ilustra los rangos delimitados y extremados,

del clásico diagrama de caja y bigote (Figura, 1); la línea dentro de la caja, es el valor de la

mediana y la caja representa la variabilidad alrededor de la mediana, un valor límite

superior-inferior de la caja (UBV, LBV) del 75%-25% percentil respectivamente, un

coeficiente especifico H (altura de la caja), en tanto que la barba ó bigote del contorno de

la caja, indica el rango de la variable.

Figura 1. Interpretación del

diagrama de caja y bigote. Fuente:

modulo de ayuda software

STATISTICA® versión 6. NOTA:

NON-OUTLIER RANGE, indica

rango de valores típicos

Los valores que están lejos del centro de la distribución se refieren como fuera de línea, y se

fijan cuando el valor del dato es >UBV + el coeficiente específico * (UBV-LBV), ó sí el valor

del dato es <LBV – el mismo coeficiente * (UBV-LBV). Este coeficiente usualmente es +/-

1.5H; se simboliza, con un círculo contiguo al bigote (Figura, 1); sin embargo, los valores

que están más apartados del centro de la distribución, se describen como extremos, los

cuales se determinan cuando el valor del dato es >UBV + 2* del coeficiente específico

*(UBV-LBV), ó sí el valor del dato es <LBV- 2* del mismo coeficiente *(UBV-LBV), teniendo

como resultado un factor +/-3H; se representa con una cruz, contigua a los valores situados

afuera de la línea

Figura 2. Diagrama de caja de la mediana y promedio por año, simbolizado por la línea

y rectángulo dentro de la caja, para los óxidos de nitrógeno (NOX, NO, NO2) en

Morelia. Período 2008/2015

Figura 2. Continua Diagrama de caja de la mediana y

promedio por año, simbolizado por la línea y rectángulo

dentro de la caja, para O3) en Morelia. Período

2008/2015

Tabla 2. Resumen ANOVA no para métrico Kruskal-Wallis para

detectar diferencias estadísticas entre años del valor de la mediana, de los

contaminantes atmosféricos registrados en Morelia. Los valores

encerrados en casillas, son distintos a un nivel de significación de 99%

(0.0001).

Figura 3. Diagrama de caja de la mediana y promedio por

año, simbolizado por la línea y rectángulo del CO, SO2, PM10

y temperatura, registrado en Morelia. Período 2008/2015.

Tabla 3. Resumen ANOVA no para métrico Kruskal-Wallis para detectar diferencias

estadísticas entre años del valor de la mediana, de los contaminantes atmosféricos y

parámetros meteorológicos registrados en el centro de la Ciudad de Morelia. Los valores

encerrados en casillas, son distintos a un nivel de significación de 99% (0.0001).

Análisis de correlación y regresión

La evaluación del promedio anual, mostró una correlación entre los óxidos de nitrógeno (NOX, NO) de 0.54; los cuales, se

asociaron negativamente con el O3 (NOX -0.87; NO -0.06) respectivamente, y con las PM10 (NOX -0.85; NO -0.01); sin

embargo, solo la relación entre PM10-O3 fue significativa (0.99).

Para el promedio mensual la relación entre los óxidos de nitrógeno NO2; NOX fue 0.78 y NO2; NO 0.04; de los cuales NOX (-

0.99) y NO2 (-0.71) se relacionaron negativamente con el O3, mientras que el NO; O3 fue 0.67; en cambio, la relación del O3

con CO/SO2 fue 0.92 y 0.76 respectivamente, y la asociación del O3 con PM10/ temperatura fue negativa -0.43 y -0.89.

Únicamente, el coeficiente de correlación entre la temperatura y CO fue significativa (-0.99).

A partir de estos valores, la figura 4 presenta la tendencia anual y mensual del dióxido

de nitrógeno, con sus propias estimaciones al año 2016.

El primer modelo, asume que el NO2 sube a través del tiempo, conforme baja el O3/CO

con factor de correlación R= 0.30, p<0.88616 y error estándar de 0.00242 ppm (Figura 4,

gráfica A).

El segundo modelo, sugiere que el NO2 aumenta entre los meses del año, según se

incrementan los NOX con coeficiente de correlación R= 0.89, p<0.00001 y error estándar

de 0.00287 (Figura 4, gráfica B).

La relación del NO2 con el O3/CO, y NO2/NOX esta documentado en (Correa García,

2004), mientras que la participación del monóxido de carbono en la formación del O3 fue

reportada por Caselli, (1992) mediante la siguiente reacción:

CO + 3/2 O2 + NO2 + luz CO2 + NO + O3

Gráfica (A) Gráfica (B)

Figura 4. Tendencia del dióxido de nitrógeno en el centro de la ciudad de Morelia, y valores previstos para el

año 2016. En A) promedio anual y B) promedio mensual. Periodo 2008/2015.

Por otra parte, los óxidos de nitrógeno son componentes normales de la atmósfera,

están presentes en fenómenos naturales como las tempestades o erupciones

volcánicas, el monóxido de nitrógeno (NO) precursor principal del ácido nítrico

procede directamente en 80% de fuentes naturales, mientras que casi todo el NO2

atmosférico tiene origen antropogénico. Otras fuentes de emisión son los vehículos,

la industria, expendios de gasolina, etc., Bravo et al. (1991).

De acuerdo con estas referencias y la localización de la caseta de monitoreo en el centro de la ciudad (Figura, 5); los cambios

observados del NO2, podrían atribuirse a fuentes móviles y fijas de emisión de óxidos de nitrógeno, por ejemplo el transporte

público y privado que transita en los alrededores de la caseta, ó bien los establecimientos de servicio público; hoteles,

restaurantes, panaderías, baños públicos, tintorerías, etc., que se encuentran cerca de la estación de monitoreo. La tabla 4

presenta un incremento del 25% de NO2 para el 2016; febrero y marzo, tienen el mayor porcentaje de aumento en 50% y 40%

respectivamente.

Figura 5. Estación (UNIMAT) Domicilio: Calle Allende 403, Col. Centro. Morelia, Michoacán

de Ocampo. Ubicación: En la azotea a ±15m de altura, del edificio de Palacio Municipal.

Coordenadas geográficas: Latitud 19°42´6.09´´ Norte Longitud 101°11´43.71´´ Oeste. En A)

Unidad de Monitoreo Atmosférico UNIMAT, y B-C). Entorno físico: Habitacional-servicios.

Fuente: Instituto Nacional de Ecología (INE, 2009; INE, S/F).

Tabla 4. Valores promedio anual y por mes

en partes por millón (ppm) esperados para

el año 2016 del NO2 en Morelia.

El O3 sube a través del tiempo conforme baja la temperatura y el dióxido de

azufre, asociado al incremento del CO con coeficiente de correlación R= 0.99, p<

0.00014 y error estándar de 0.00084 ppm (Figura 6, gráfica A); en cambio, el

valor del promedio mensual supone que el ozono aumenta a través del tiempo,

según descienden los NOX, asociado al aumento de las PM10 con factor de

correlación R= 0.765, p<0.00001, y error estándar de 0.00646 ppm (Figura 6,

gráfica B).

Ambos supuestos, podrían ser en parte aceptables porque Rico et al., (2002) reportó dos modelos predictivos para explicar las

altas concentraciones de SO2 observadas en el invierno 2000/01 en el sitio de monitoreo de Tlalnepantla edo., de México, el

primero fue función directa de los parámetros meteorológicos, el CO y O3; mientras que el otro modelo demostró que los

niveles de SO2 dependieron de los óxidos de nitrógeno (NOX, NO2), el CO y PM10; sin embargo, la limitación de esta referencia

consiste en que se basan en el SO2 y no propiamente para el O3. A pesar de esto, las variables incluidas son las mismas

Gráfica (A) Gráfica (B)

Figura 6. Tendencia de ozono en el centro de la ciudad de Morelia, y valores previstos

para el año 2016. En A) promedio anual y B) promedio mensual. Periodo 2008/2015.

Tabla 5. Valores promedio anual y por mes

en partes por millón (ppm) esperados para el

año 2016 del O3 en Morelia

Discusión

En general, los contaminantes atmosféricos mostraron una cantidad grande de

valores atípicos, principalmente los óxidos de nitrógeno en 2010 y 2014; con

excepción del NOX, NO, NO2 y SO2, los valores que se alejan del centro de la

distribución para el CO, O3 y PM10 tienden a bajar desde los años 2008/2009. En el

caso de los NOX y CO la descripción anterior, podría atribuirse al incremento del

auto transporte, en tanto que los camiones de pasajeros, se mantienen en cifras

cercanas a 2,689 unidades, mientras que los camiones de carga pública bajaron

rápidamente a cifras menores de 500 unidades (Tabla, 6). En el caso de las PM10, la

reducción de la variación puede atribuirse a una falla en el rango de operación del

equipo desde el 2010.

Tabla 6. Parque vehicular registrado en el Municipio de Morelia, Michoacán. Periodo

1980/2012. Fuente: (INEGI, 2014).

Por otra parte, los resultados obtenidos del prueba Kruskal- Wallis (H), sugiere que los

equipos nuevos denominados Teledyne API (Figura, 7) tienen cambios muy parecidos

con los equipos anteriores; incluso, con equipos de diferente marca (ECOTECH). Esta

última explicación, podría confirmar las variaciones observadas del periodo 2008/2015

reportados en este estudio. También, los nuevos analizadores, podrían influir en las

predicciones planteadas para el 2016, así como otros factores que pueden influir tales

como; los procesos de calibración y mantenimiento de los equipos, fallas de lo

Figura 7. Evaluación del año 2015 en comparación con equipos anteriores

(Ant) y equipos nuevos (Nvo) adquiridos en mayo 22 del 2015.

Conclusiones

Del periodo 2008/2015, el aire urbano de Morelia,

podría considerarse aceptable, al menos en el

centro histórico de la ciudad. Sin embargo, es

necesario integrar la información de las otras

casetas de monitoreo que existen en esta área

urbana, para tener un mejor diagnostico.

A pesar del incremento actual de la flota vehicular

en la ciudad de Morelia, la tendencia del promedio

anual de los contaminantes del aire; monóxido de

carbono (CO), dióxido de nitrógeno (NO2), dióxido

de azufre (SO2) y ozono (O3) es descendente. En

cambio, la tendencia de las PM10 podría estar

subestimada, a partir del año 2010.

Las estimaciones de los contaminantes del aire

planteados en este estudio para el 2016, no están

exentas de fallar, debido a la influencia de factores

como mantenimiento y calibración de los equipos.

Sin embargo, se pueden emplear como guía de

control y calidad de la información.

Bibliografía

Instituto Nacional de Geografía Estadística e Informática (INEGI, 2014)

Anuario estadístico del Estado de Michoacán. Edición 20014 México.

Bravo, H. A. et al. (1991) Contaminación atmosférica por ozono en la zona

metropolitana de la ciudad de México: evolución histórica y perspectivas,

Omnia 7(23):39-47, Revista de La Coordinación General de Estudios de

Postgrado, UNAM, México.

Caselli, M. (1992) La contaminación atmosférica. Causas y fuentes. Efectos

sobre el clima la vegetación y los animales. Siglo XXI Editores, México. Pp.

192

Chovin, P., & Roussel, A. (1970) La Polución atmosférica. Colección ¿qué sé?

núm. 3, Ed. Oikos-Tau, S.A., 1970, pp. 5-128.

Correa-García, A. (2004) Contaminantes Atmosféricos en la Zona

Metropolitana de la Ciudad de México. Instituto Politécnico Nacional-

Universidad Autónoma Metropolitana. Pp. 280. Impreso en México, DF.

México. Primera reimpresión Noviembre, 2009.

Hernández, E. et al. (1994) Lluvia ácida sobre España. Investigación y

Ciencia, pp. 20-27.

Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC, 2012) Diagnóstico de la

medición de la calidad del aire en México. 60 años monitoreando la calidad del aire.

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Instituto Nacional de Ecología y

Cambio Climático. Publicación: Marzo 2012. México. http://www.inecc.gob.mx.

Rico, A.E., Correa, A., & Coronado, M.M. (2002) Modelos para predecir la

contaminación del aire por azufre en la zona metropolitana del valle de

México. 3er Congreso Internacional de Ingeniería Electromecánica y de

Sistemas. Celebrado en la Antigua Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y

Eléctrica. Instituto Politécnico Nacional. Allende Núm. 38, México. 25-29 de

noviembre 2002. México, DF. México.

Evaluación de los modelos para el promedio anual hasta septiembre 2016,

eliminando los datos de calibración y mantenimiento.

Por su atención … Gracias

Armando Correa García- Biólogo egresado de la

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

cientifico148@gmail.com