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

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Jornada Contaminació per ozó al País Valencià Valencia, 21 Septiembre 2017

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 Meteorología 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)

Compilación de artículos científicos asociados a los tres proyectos europeos.

Estudios monográficos de ozono a escala nacional y local

OZONO (O3)•Altamente oxidante, 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 impacto en determinadas regiones, y fundamentalmente en primavera y verano. •Se trata además de un GEI, el tercero en importancia después de CO2 y CH4 por su forzamiento 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 del ozono en la atmósfera favorece su acumulación y el TLD

I. INTRODUCCIÓN: EL OZONO TROPOSFERICO

Columna de ozono troposférico junio-agosto 2005-2010 (OMI/MLS) Cooper et al, 2014 Elementa

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

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

Umbral de información: 180 µg/m3 (1h)Umbral de alerta: 240 µg/m3 (1h)

Protección a la Vegetación: Valor Objetivo: 18000 µg/m3.h (AOT40 May-Jul) prom. 5 años

Objetivo a largo plazo: 6000 µg/m3.h (AOT40 May-Jul)

I. INTRODUCCIÓN: OZONO EN EUROPA. INFORMES AEMA

“ In 2014, 16 countries of the EU-28 registered concentrations above the O3 target value more than 25 times. In total, 11 % of all stations reporting O3 showed concentrations above the target value for the protection of human health in 2014, which is considerably fewer stations than in 2013.”

“Conformity with the WHO AQG value for O3 set for the protection of human health, was observed in fewer than 4 % of all stationsand in only 5 of 503 rural background stations in 2014, four in the island of Ireland and one in Norway.”

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. DINÁMICA DEL OZONO: FACTORES

II. DINÁMICA 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”

El efecto fin de semana, causado por la química no lineal del ozono, es una respuesta indeseable a la reducción de las emisiones que hay que considerar a la hora de diseñar medidas de reducción.

II. DINÁMICA DEL OZONO: QUÍMICA + TRANSPORTE HORIZONTAL

Derwent & Davies,1994

[O3]

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 variarála distancia a la que se produce el máximo de concentración de ozono.

v

Densidad Población

Vientos dominantes (P-V)

II. DINÁMICA DEL OZONO: NIVELES PROMEDIO NO2 / O3 EN LA RVVCCA.

Distr. Focos Industriales

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.

30 km

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

La misma situación se observa en otras áreas del mediterráneo …

Niveles altos de primarios en Otoño - Invierno. Especialmente con estancamientos anticiclónicos. Ozono en niveles moderados

ENTORNO URBANO

Niveles altos de secundarios en Primavera - Verano bajo predominio de circulaciones de mesoescala. Niveles despreciables de compuestos primarios.

ENTORNO RURAL

II. DINÁMICA DEL OZONO: EVOLUCIÓN ESTACIONAL CICLO DIARIO NO2 y O3

Circulaciones de mesoescala en la costa mediterránea bajo condiciones anticiclónicas de primavera y verano. Dan lugar a la formación de estratos de contaminantes en altura. La persistencia de esta situación durante varios días provoca la RECIRCULACIÓNde la masa aérea y la ACUMULACIÓN de ozono.

En la C.V. las superaciones del U.I. (180 µg/m3) suelen ocurrir al final de ciclos de acumulación de 3-9 días (4 días aprox. de promedio).

Millan, M. et al 1996, 1997

II. DINÁMICA DEL OZONO: RECIRCULACIÓN EN EL MEDITERRÁNEO

Los episodios de ozono mas importantes y persistentes en el País Vasco en el periodo 1995-1998 coinciden con vientos del este y noreste forzados por las altas presiones en el centro de Europa.(Gangoiti et al, 2002)

II. DINÁMICA 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. DINÁMICA 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)

Medidas escala internacional

Medidas de reducción a escala Nacional

(PLAN NACIONAL)

MEDIDAS DE REDUCCIÓN

III. OZONO A ESCALA NACIONAL. DISTRIBUCIÓN SUPERACIONES

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. Nº SUPERACIONES DE V.O. Y U.I. EN LA RVVCCA 2012-2017

SUP. V.O 120 µg/m3 8h SUP. U.I 180 µg/m3 1h

III. OZONO A ESCALA NACIONAL. FACTORES CLIMÁTICO-METEOROLÓGICOS

Selección 148 estaciones representativas

III. OZONO A ESCALA NACIONAL. FACTORES CLIMÁTICO-METEOROLÓGICOS

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

VIC

VILLAR

IV. POTENCIAL DE REDUCCIÓN: FONDO / PRODUCCION LOCAL

ALGETE

Reducción de O3 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. POTENCIAL DE REDUCCIÓN: FIN DE SEMANA

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

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

IV. TENDENCIAS OZONO 2000 - 2012

EMISIONES

CALIDAD DEL AIRE

Las concentraciones de O3 aumentan ligeramente en entornos urbanos y apenas descienden en áreas rurales.Descenso general de los niveles de NO2

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 coordinadas a escala nacional e internacional.

2. En la vertiente mediterránea peninsular la componente de fondo corresponde en gran medidaa 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. Como contrapartida se observa una tendencia positiva en entornos urbanos (debido a la química no lineal del ozono).

5. En el diseño de las medidas de reducción habrá que tener en cuenta esta respuesta indeseable en las áreas urbanas, incidiendo en la reducción de los VOCs además de los NOx.

V. CONCLUSIONES

¡Gracias por su atención!

CEAM. INFLUENCIA SOBRE LA DIRECTIVA DE OZONO

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,…

I. INTRODUCCIÓN: OZONO Y CAMBIO CLIMÁTICO

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

Incremento de las concentraciones a finales del s.XXI a causa del cambio climático

V. PERSPECTIVAS…

9% reducción Villar y 15% incremento Pista de Silla

Rural: 96 88 Urbano: 70 79