Perfiles verticales de ozono y del coeficiente de extinción.Contribución al diagnóstico de la calidad del aire en segovia

Résumé

Debido a sus efectos adversos el ozono es uno de los contaminantes atmosféricos prioritarios a escala planetaria. El ozono es un destacado objetivo de investigación dentro de la ciencia de la atmósfera en el momento actual. Una valoración de los niveles de ozono en la ciudad de Segovia transferidos por la Consejería de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio de la Junta de Castilla y León revela una calidad del aire por ozono aceptable acorde con el tamaño de la ciudad y la densidad de tráfico rodado. Ello no es óbice para que se rebasen ocasionalmente los límites de información a la población, 180 µg m-3, y los de protección de la salud de la población, 120 µg m-3. Aunque el origen de estas superaciones no está claro, no se debe descartar ni la contribución del transporte de ozono a escala transfronteriza, ya documentada por nosotros en un área rural de la provincia de Valladolid totalmente representativa a escala regional, ni menos la del penacho urbano de Madrid debido a las grandes emisiones de precursores gaseosos generadas por su intenso tráfico rodado. Debido a la compleja topografía del Sistema Central, con cumbres de cota superior a los 2500 m, y a la presencia de vientos anábaticos y catabáticos de origen térmico producidos por el calentamiento y enfriamiento de sus laderas durante el día y la noche, no es tarea sencilla describir correctamente el régimen de vientos que gobierna el transporte de contaminantes desde la ciudad de Madrid a la de Segovia. Un método alternativo para valorar su posible impacto consiste en realizar medidas de los perfiles verticales de ozono utilizando técnicas de detección remota. Estas tecnologías se han utilizando en diversas campañas europeas ya que están consideradas como potentes herramientas para diagnosticar el origen y la evolución de los episodios y evaluar la contribución del trasporte transregional y/o transfronterizo. También se han utilizado para describir la fenomenología de los episodios de ozono en áreas urbanas Motivados por los resultados previos obtenidos en la Sierra del Guadarrama, realizamos una amplia campaña de medidas en la ciudad de Segovia. El objetivo general residió en identificar y diagnosticar la contribución de los procesos de escala local y del transporte del penacho urbano de Madrid en la formación de ozono en la ciudad de Segovia. Para ello realizamos una amplia campaña de medidas en el año 2004 durante los meses de junio y julio, que son los usualmente considerados de mayor interés para el ozono en nuestra región, utilizando un perfilador de ozono DIAL, el primero del territorio nacional, que había sido recientemente adquirido por nuestro Laboratorio y único en España. Operó en continuo durante unos 36 días suministrando simultáneamente valores horarios tanto de los perfiles verticales de ozono como de los coeficientes de extinción desde unos 400 m hasta más de 2500 m con una resolución vertical de 50 m. Simultáneamente realizamos medidas de ozono en superficie utilizando un analizador en continuo UV convencional. Inicialmente los principales objetivos previstos estuvieron dirigidos a caracterizar la calidad del aire por ozono troposférico, valorar la posible contribución del penacho urbano de Madrid y analizar las posibilidades del perfilador para describir los procesos de intercambio vertical de ozono en la topografía complicada del entorno del Guadarrama que separa la meseta sur y la meseta norte, con cotas máximas de hasta unos 2500 m. Sin embargo el hecho de que el equipo suministrara simultáneamente los perfiles verticales del coeficiente de extinción aportó un gran valor añadido tanto para la interpretación de los perfiles verticales de ozono y su conexión con las concentraciones de ozono en superficie como para describir la evolución de la altura de la capa de mezcla o la identificación de una severa intrusión Sahariana. También se presenta y valora la evolución temporal de las concentraciones de ozono en Segovia registradas en la estación de Control de la Contaminación Atmosférica de la Junta de Castila y León durante el período 2000-2015. En él compendiamos la evolución anual de los indicadores de la calidad del aire por ozono que hemos considerado más significativos reportados en cada informe anual. Asimismo presentamos los resultados de las tendencias interanuales que hemos obtenido mediante un modelo armónico aplicado a los promedios mensuales, del P-95 y del P-98 durante todo el período de estudio. Las principales conclusiones de este estudio fueron las siguientes: 1.- Las medidas de los perfiles verticales del coeficiente de extinción han permitido: • Caracterizar la evolución dinámica de la altura de la capa de mezcla, especialmente, en el período próximo a su mayor desarrollo, entre las 13 y las 17 h. • Identificar la formación de células convectivas, hasta unos 3000 m, en el entorno de las 11-12 h, probando el efecto de “chimenea” por calentamiento de las laderas del Guadarrama. • Describir la frecuente formación de una capa nocturna estable al principio del período de enfriamiento radiativo. • Identificar la presencia de una intrusión sahariana de gran impacto en las concentraciones de PM10 de Madrid y Valladolid y analizar su dinámica evolutiva horaria. 2.- Las medidas de los perfiles verticales de ozono han permitido identificar: • 2 o 3 estratos con muy débil variación horaria y concentraciones medias decrecientes en altura, situados, en promedio, a 500, 700 y 1000 m. • 2 suaves picos de ozono en los 3 estratos, a las 7-8 h y 14-16 h y un mínimo entre las 10-11 h por efecto de dilución asociado a la convección por el calentamiento de las laderas del Guadarrama. • Un pequeño pico a las 21-22 h en la capa baja, atribuido a inyecciones de ozono desde los más altos niveles cuando la altura de la capa de mezcla comienza a descender. 3.- Las medidas de las concentraciones de ozono han permitido concluir: • La satisfactoria calidad del aire en la ciudad de Segovia. • La presencia de picos a últimas horas de la tarde o durante la noche, por los vientos catabáticos del Sistema Central. • La contribución del penacho urbano de Madrid estimada en 18.7 µg m-3. • Las concentraciones horarias episódicas en presencia de elevadas temperaturas y en la dirección de Madrid, especialmente durante los fines de semana. Las más severas se observaron a mediados y finales de julio, asociadas a los precursores gaseosos del tráfico rodado del comienzo/término de las vacaciones de verano. 4.- La relación entre los picos de ozono en superficie y los de los perfiles verticales ha probado: • El buen acuerdo entre el número de días en que se registraron valores “episódicos” en ambos niveles. • La similitud entre las concentraciones registradas en superficie y con el perfilador. • La extensión de los procesos fotoquímicos desde los niveles más bajos que mide el perfilador hasta 1400 m. • La casi ausencia de estratos muy enriquecidos en altura y la limitada capacidad del perfilador como herramienta de predicción de las concentraciones máximas en superficie. 5.- El análisis de las series temporales de ozono en superficie durante el período 2000-2015 ha permitido: • Describir la evolución temporal de las concentraciones medias mensuales, del P-95 y del P-98 mediante un modelo armónico, cuyas tasas interanuales han sido ligeramente crecientes, 1.13, 0.70 y 0.54 µg m-3 año-1. • Valorar las consecuencias del cambio de ubicación de la estación de control de la Junta de Castilla y León en 2010, resultando una mejor representatividad del nuevo emplazamiento en los niveles medios de concentración.