Problemática regional de la contaminación por ozono troposférico

Compilación de resultados del proyecto CONOZE y del estudio

“Análisis de los episodios de Ozono en Madrid en julio de 2013 y 2014”

J.Jaime Diéguez (jjaime@ceam.es)

www.ceam.es

Jornada sobre Calidad del Aire y Ozono Troposférico Madrid, 4 Junio 2016

El objetivo de CONOZE (2014) fue mejorar el conocimiento de la situación delozono troposférico en España, de cara a la adopción de medidas de reducciónpara este contaminante. Se trata de estudiar la respuesta del ozono a loscambios en las emisiones en función de diferentes factores como tipo deentorno, área geográfica, estacionalidad, etc.

El objetivo del estudio de los EPISODIOS DE OZONO EN MADRID (2015) enjulio de 2013 y 2014 fue la caracterización de las condiciones atmosféricas ydispersivas que contribuyeron a estos episodios. Con ello se pretende avanzaren la identificación de potenciales situaciones de niveles elevados de ozono enMadrid en el futuro.

I. INTRODUCCIÓN

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

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 (max m8h) 25 días/añoObjetivo a largo plazo: 120 µg/m3 (max m8h) por año

PV: Valor Objetivo: 18000 µg/m3. h (AOT40 Mayo-Julio)Objetivo a largo plazo: 6000 µg/m3. h (AOT40 Mayo-Julio)

I. INTRODUCCIÓN: 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) + Pa - Pe

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 (escala sinóptica, mesoescala, local…)Mezcla vertical (Turbulencia térmica y mecánica)

La forma en que se combinan estos elementos en cada punto depende de múltiples factores: tipo de entorno (urbano/rural/industrial), posición y distancia respecto a fuentes de emisión, situación meteorológica, orografía, día de la semana, hora del día, estación del año…

I. INTRODUCCIÓN: DINAMICA DEL OZONO. FACTORES

I. INTRODUCCIÓN: QUÍMICA NO LINEAL DEL OZONO

Diagrama EKMA

(Fuente: Dodge, 1977)

O3

ONONO2

O2

h Ozono en equilibrio dinámico

O2

R•RO2• RHRO•H2O

OH•

Producción neta de Ozono

O2

“Efecto fin de semana” Tendencias positivas en entornos urbanos

I. INTRODUCCIÓN: QUIMICA + 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 en algún punto intermedio se produce el máximo de concentración.

30 km

Derwent & Davies,1994

I. INTRODUCCIÓN: 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)

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)

I. INTRODUCCIÓN: 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

I. INTRODUCCIÓN: MOVIMIENTOS A MAYOR ESCALA

(Derwent, 2008)

I. INTRODUCCION: PROCESOS DE RECIRCULACIÓN / ACUMULACIÓN

Circulaciones de mesoescala en la costa mediterránea bajocondiciones anticiclónicas de primavera y verano.

Dan lugar a la formación de estratos de contaminantes enaltura. La persistencia de esta situación durante varios díasprovoca la RECIRCULACIÓN de la masa aérea y laACUMULACIÓN de contaminantes como el ozono.

En la Comunidad Valencianalas superaciones del U.I. (180µg/m3) suelen ocurrir al finalde ciclos de acumulación de 3-9 días.

Millan, M. et al 1996, 1997

I. INTRODUCCION: 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

II. CONOZEContaminación por OZono en España

Proyecto cofinanciado por la Fundación Biodiversidad (2013)

Nº Estaciones automáticas: 1995-2012: 855 Tot. / 643 ozono2012: 517 Tot. / 454 ozono

Datos horarios de contaminantes: SO2, CO, NOx, O3, PMs, y variables meteorológicas: DIR, VEL, TEM, RAD, PLU, PRE

II. CONOZE: BASE DE DATOS

II. CONOZE: DISTRIBUCIÓN DE 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.

II. CONOZE: FACTORES CLIMÁTICOS-METEOROLÓGICOS

Selección 148 estaciones representativas

II. CONOZE: FACTORES CLIMÁTICOS-METEOROLÓGICOS

II. CONOZE: TRANSPORTE EN CUENCAS AÉREAS (BARCELONA)

Transporte de la pluma del AM de Barcelona hacia el Norte, a través de la Plana de Vic y Valle de Llobregat

Transporte de la pluma del AM de Madrid hacia el norte, siguiendo un “barrido” en sentido horario

II. CONOZE: TRANSPORTE EN CUENCAS AÉREAS (MADRID)

II. CONOZE: PATRÓN SEMANAL DE SUPERACIONES

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

VIC

ALGETE

VILLAR

II. CONOZE: FONDO VS. PRODUCCION LOCAL

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) …

II. CONOZE: 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

II. CONOZE: TENDENCIAS 2000 - 2012

EMISIONES

CALIDAD DEL AIRENiveles NO2 decrecen ¿y O3?...

II. CONOZE: TENDENCIAS 2000 - 2012

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

1. Las redes automáticas de vigilancia de la calidad del aire son el principal instrumento para la evaluación de la calidad del aire, y tienen además otras aplicaciones en el análisis de la dinámica de contaminantes, en la caracterización de escenarios, y en el seguimiento de los planes de mejora de la calidad del aire.

2. 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 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.

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. Como contrapartida se observa una tendencia positiva en entornos urbanos. En el diseño de las medidas de reducción habrá que tener en cuenta esta respuesta indeseable en áreas urbanas.

II. CONOZE: CONCLUSIONES

III. ANÁLISIS DE LOS EPISODIOS DE OZONO EN MADRID EN JULIO DE 2013 Y 2014…(Y 2015)

Estudio realizado para el Ayuntamiento de Madrid (2015)

III. EPISODIOS MADRID: ENTORNO Y DISTRIBUCIÓN DE PUNTOS

Nº ESTACIONES DE OZONO

2014: 37 ( 23 COM+14 AYM)

TOTAL 96-14: 74

AMM: 5,9M hab. (INE, 2015)

2,8M turismos (IECM, 2014)

III. EPISODIOS MADRID: CICLO DIARIO Y ESTACIONAL

COM.MADRID AY.MADRID

DISTRIBUCIÓN MENSUAL DE SUPERACIONES 2010-2014

µg/m3µg/m3

DIR 2008/50/CE – R.D. 102/2011: V.O.= 120 µg/m3 (m8h) 25/año max. U.I.= 180 µg/m3 mh

III. EPISODIOS MADRID: DISTRIBUCIÓN SUP. (Promedio 2010-2014)

Com. Madrid: Superaciones preferentemente al norte y al este del AMM.

>=1 días sup/año 180 mh>25 sup/año 120 m8h

>=2 días sup/año 180 mh>50 sup/año 120 m8h

Umbral de alertaValor Objetivo

Madrid: Superaciones preferentemente en la periferia de la mitad norte.

III. EPISODIOS MADRID: TRANSPORTE DE LA PLUMA DE MADRID

Primavera-VeranoNOCHE: Drenaje del NE siguiendo el desnivel del Henares-Jarama

DIA: Componente SE girando a SO a lo largo del día.

2013

2014

En primavera-verano el transporte de la pluma de Madrid realiza un “barrido” en sentido horario por el arco norte. Los niveles máximos se registran habitualmente en puntos intermedios de recorrido: Guadalix, El Atazar, Algete, y con frecuencia alcanzan Alcalá de Henares y Orusco.

III. EPISODIOS MADRID: DINÁMICA DEL OZONO EN LA CUENCA

El transporte de la pluma de Madrid se ha documentado en los años 90, en trabajos vinculados a los proyectos MECAPIP, RECAPMA, SECAP (Millán M. et al. 1992; Plaza, J. et al. 1997)

III. EPISODIOS MADRID: TENDENCIAS Y EFECTO FIN DE SEMANA

Farolillo

(Farolillo)

El efecto no lineal se manifiesta más claramente en las estaciones más próximas al tráfico (E. Aguirre, Fdez. Ladreda…), y apenas en las estaciones de la periferia más alejadas del tráfico como El Pardo

Tendencias positivas en todas las estaciones urbanas de Madrid en el periodo 2000-2012

III. EPISODIOS MADRID: 7-9 JULIO 2013. DATOS REDES CA

RED CA Ayuntamiento Madrid

RED CA Comunidad Madrid

J V S D L M X J

Farolillo

Ladreda

III. EPISODIOS MADRID: 7-9 JULIO 2013. COND. METEOROLOGICAS

A partir de la jornada del 6 de Julio un centro de altas presiones se sitúa en posición de bloqueo, sobre la Islas Británicas, reforzándose durante las siguientes jornadas. A la vez una profunda dorsal en niveles altos, a la altura aproximada de la P.I., prolonga una masa de aire africana provocando un importante episodio de calor.

Los perfiles verticales muestran una importante inversión de subsidencia en torno al nivel de 1500 m, que se mantiene durante todo el periodo.

7-9 Julio de 2013: Combinación: Tmax ~ 40º y L<< en todo el periodo

III. EPISODIOS MADRID: 7-9 JULIO 2013. CONDICIONES DISPERSIÓN

Tem

p ºC

(m

h)

LS α

L: recorrido netoS: recorrido totalα: ángulo dir.

O3

µg/m

3

(mh)

Alfa

S (K

m.)

L (K

m.)

Farolillo

III. EPISODIOS MADRID: 7-9 JULIO 2013: ANÁLISIS REDES DIA 8

GUADALIX El desacoplamiento de dos masas aéreas el día 8 provoca que lasconcentraciones en El Atazar y Guadalix comiencen a descender a partirde las15 h. Mientras en puntos próximos al AMM las concentraciones sedisparan.

07/07/2013

08/07/2013

09/07/2013

Farolillo

Ladreda

Farolillo

Ladreda

III. EPISODIOS MADRID: 7-9 JULIO 2013. MODELIZACIÓN VIENTOS DÍA 8

III. EPISODIOS MADRID: 26-27 JULIO 2014. DATOS REDES CA

RED CA- AYM

RED CA- CM

V S D LJXM M

FarolilloLadreda

LadredaFarolillo

III. EPISODIOS MADRID: 26-27 JULIO 2014. COND. ATMOSFÉRICAS

Dominio de las altas presiones sobre todo el territorio peninsular, con presencia en altura una dorsal, no muy intensa, que refuerza el carácter estable de las condiciones atmosféricas.

Los perfiles meteorológicos del observatorio de Madrid/Barajas muestran el confinamiento de la masa aérea a gran escala a causa de una inversión no muy intensa en torno a los 1500 m.

III. EPISODIOS MADRID: 26-27 JULIO 2014. ANÁLISIS DÍA 26

Este episodio tiene en común con el de Julio de 2013 el hecho producirse en una situación de estabilidad anticiclónica, y con un débil desarrollo de la circulación Sur. Sin embargo el análisis de toda la información disponible no revela alteraciones significativas de la dinámica atmosférica que expliquen el episodio en los mismos términos que el de 2013.

El comportamiento es compatible con una fumigación local de una masa de aire en altura cargada de ozono y/o precursores, que durante la formación de la capa de mezcla impacta en superficie. Una vez en el suelo esta masa de aire es transportada por un viento débil hacia el noreste, a la vez que se extiende por efecto de la dispersión, afectando a otros puntos de la ciudad durante el recorrido.

Farolillo

Ladreda

El origen de este estrato en altura es difícil de establecer. Podría tratarse de una emisión industrial o accidental en algún punto al suroeste del AMM, durante la madrugada o primeras horas de la mañana del 26, y a unas temperaturas como para alcanzar una altura de termalización relativamente alta, de manera que la fumigación no se produce en las primeras fases de formación de la capa de mezcla, sino algo más tarde

En todo caso el estrato estaría situado por debajo de los 750-1000 m, valores de la altura de la capa de mezcla medidos por el SODAR a las 13:00 y 14:00 hora local (11:00 UTC).

III. EPISODIOS MADRID: 26-27 JULIO 2014. ANÁLISIS DÍA 26

El episodio del día 27 no estaría vinculado al accidentedel día anterior. Se enmarcaría en una situación deniveles relativamente altos bajo fuerte estabilidadatmosférica, y un débil desarrollo de la circulación delsur, que no favorece la dispersión las emisiones delAMM.

Las superaciones se registran en la periferia norte de lacapital (Barajas Pueblo y Tres Olivos), en puntos menosafectados por el tráfico. La ocurrencia de superacionesdel U.I. en estos puntos es más probable que en los delcentro, donde la cercanía al tráfico contribuye amoderar los niveles de ozono (salvo en ocasionesextraordinarias como la del 7-9 Julio de 2013).

III. EPISODIOS MADRID: 26-27 JULIO 2014. ANÁLISIS DÍA 27

Farolillo

Ladreda

III. EPISODIOS MADRID: 11-15 JULIO 2015

• Ocasionalmente el patrón habitual de transporte de la pluma de Madrid en primavera-veranoes alterado por condiciones atmosféricas que pueden llegar a inhibir el transporte de lapluma, manteniendo la masa aérea contaminada sobre el AMM, e incrementando lasconcentraciones de ozono.

• Las series históricas muestran la no linealidad de la química del ozono en forma de “efectofin de semana” y tendencias positivas en las estaciones urbanas. Aunque no se hacuantificado la influencia de estos factores sobre episodios particulares, se trata sin duda deelementos favorables a un mayor número de episodios de ozono en el entorno del AMM.

• Por otro lado el rediseño de la red 2010 mejora la vigilancia del ozono en la ciudad,poniendo de manifiesto la distribución real de este contaminante, con los mayores niveles enla periferia norte, hacia donde con más frecuencia se traslada la pluma (El Pardo, TresOlivos, Juan Carlos I y Barajas Pueblo, todas en esta zona, se instalaron en 2010).

III. EPISODIOS MADRID: CONCLUSIONES (I)

• Los episodios del 7-9 de Julio de 2013 se producen dentro de una situación de fuerteestabilidad atmosférica, elevada insolación y temperaturas muy altas. En estos días seobserva un desarrollo muy débil de la circulación de viento, insuficiente para la dispersiónefectiva de las emisiones urbanas. El día 8, se ha documentado un desplazamiento hacia elsur de la línea de convergencia de vientos, que provoca un incremento adicional de lasconcentraciones en el AMM.

• El episodio del 26 de julio de 2014 también ocurre en una situación de estabilidad, aunque nose aprecian alteraciones de la dinámica atmosférica que lo expliquen. Se trata de un episodiopeculiar en la hora (temprana), en la duración (muy corta), y en su evolución (trayectoriadiagonal SO-NE). Se atribuye a la fumigación de un estrato cargado de ozono que impacta ensuperficie durante la formación de la capa de mezcla, y que posteriormente se traslada yextiende en la superficie, afectando a las estaciones ubicadas en la trayectoria.

• El episodio del día 27 de julio de 2014 afectó a la periferia norte de la capital. En este caso losregistros alcanzados sí se asocian, como los de julio de 2013, a un desarrollo muy débil de lacirculación de viento S, que redujo drásticamente la dispersión. Este tipo de episodio seconsidera más probable que el del 26 (atribuido a una emisión accidental), y también másprobable que los del 7-9 de julio de 2013, que fueron más agudos y duraderos, y que afectarona todo el área urbana.

III. EPISODIOS MADRID: CONCLUSIONES (II)

¡Gracias por su atención!

Caso de Lorca: Mayor número de superaciones del V.O. en 2012 en España (173 como promedio de 2010‐2012 )

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