Estudi del material particulat a l'atmosfera i simulació numèrica a l'àrea de Catalunya

Abstract

El material particulat a l'atmosfera juga un paper important en el clima i en la química atmosfèrica. Actualment la Comissió Europea determina el valor de 50 µg m-3 com el valor límit diari que no s'ha de superar més de 35 vegades en un any, ja que aquest contaminant afecta la salut dels éssers vius i afecta al balanç radiatiu. En els últims anys, el problema de la concentració de partícules degut a emissions industrials i al trànsit ha anat en augment, i cada cop són més els estudis que es realitzen per investigar iniciatives de reducció d'aquest contaminant i per implementar models de pronòstic de l'aerosol particulat. Concretament a l'àrea de Catalunya, la regió metropolitana de Barcelona ha estat declarada zona de protecció especial de l'ambient atmosfèric, ja que els nivells de qualitat de l'aire avaluats per partícules de grandària inferior a 10 µm són superiors als nivells admissibles que fixa la normativa vigent. Per altra banda, la modelització de la qualitat de l'aire és totalment necessària per poder conèixer els nivells de partícules a zones on no hi ha estacions de mesura i també per crear plans d'actuació per tal de poder combatre els nivells elevats d'aquest contaminant. Els models fotoquímics són eines de gestió i pronòstic mediambiental que en els darrers anys s'han anat perfeccionant fins a oferir uns resultats força precisos. Cal adaptar els models a cada zona mitjançant l'ajust dels paràmetres i l'estudi de les característiques dels episodis de contaminació. És per aquest motiu que es pretén realitzar un estudi de les característiques més importants del material particulat a l'atmosfera, concretament a l'àrea de Catalunya, i es presenta un sistema per a la seva modelització. El sistema està format per l'acoplament de diferents models: el model d'emissions per Catalunya MECA, el model meteorològic MM5 i el model fotoquímic CMAQ. Això, s'ha desenvolupat el model d'emissions per al contaminant partícules en suspensió, considerant les emissions procedents de la indústria, el trànsit, els sector residencial i l'agricultura. S'han estudiat les característiques meteorològiques de dos períodes d'estiu del 2003 i 2006 i definits dos dominis de treball, un amb resolució 27km de pas de malla que cobreix el sud d'Europa i un altre de 9km centrat en l'àrea de Catalunya. Per aquestes dues situacions s'ha executat el model de qualitat de l'aire, obtenint els primers resultats i s'han extret conclusions comentant les fonts de discrepància i el treball a realitzar en el futur. A més, s'investiga l'efecte de les partícules marines sobre la concentració d'aerosols, ja que alguns estudis mostren la importància d'aquestes emissions per la interacció amb d'altres espècies químiques i ja que representen la major contribució a escala global de partícules d'aerosol natural.

El material particulado en la atmósfera juega un papel importante en el clima y en la química atmosférica. Actualmente la Comisión Europea determina el valor de 50 µg m-3 como el valor límite diario que no se tiene que superar más de 35 veces en un año, ya que este contaminante afecta a la salud de los seres vivos y afecta al balance radiativo. En los últimos años, el problema de la concentración de partículas debido a emisiones industriales y al tránsito ha ido en aumento, y cada vez son más los estudios que se realizan para investigar iniciativas de reducciónn de este contaminante y para implementar modelos de pronóstico del aerosol particulado. Concretamente en el àrea de Cataluña, la región metropolitana de Barcelona ha sido declarada zona de protección especial del ambiente atmosférico, ya que los niveles de calidad del aire evaluados por partículas de tamaño inferior a 10 µm son superiores a los niveles admisibles que fija la normativa vigente. Por otra parte, la modelización de la calidad del aire es totalmente necesaria para poder conocer los niveles de partículas en zonas donde no hay estaciones de medida y también para crear planes de actuación para poder combatir los niveles elevados de este contaminante. Los modelos fotoquímicos son herramientas de gestión y pronóstico medioambiental que en los últimos años se han ido perfeccionando hasta ofrecer resultados bastante precisos. Hace falta adaptar los modelos a cada zona mediante el ajuste de parámetros y el estudio de características de los episodios de contaminación. Es por este motivo que se pretende realizar un estudio de las características más importantes del material particulado en la atmósfera, concretamente en el área de Cataluña, y se presenta un sistema para su modelización. Este sistema está formado por el acoplamiento de diferentes modelos: el modelo de emisiones para Cataluña MECA, el modelo meteorológico MM5 y el modelo fotoquímico CMAQ. Así, se ha desarrollado el modelo de emisiones para el contaminante partículas en suspensión, considerando las emisiones procedentes de la industria, el tránsito, los sectores residencial y agrícola. Se han estudiado las características meteorológicas de dos periodos de verano del 2003 y 2006 y definidos dos dominios de trabajo, uno con resolución de 27km de paso de malla que cubre el sur de Europa y otro de 9km centrado en el área de Cataluñaa. Para estas dos situaciones se ha ejecutado el modelo de calidad del aire obteniendo los primeros resultados y se han extraído conclusiones comentando las fuentes de discrepancia y el trabajo a realizar en el futuro. Además, se investiga el efecto de las partículas marinas sobre la concentración de aerosoles, ya que algunos estudios muestran la importancia de estas emisiones por la interacción con otras especies químicas y ya que representan la mayor contribución a escala global de partículas de aerosol natural.

Atmospheric particles play an important role in climate and atmospheric chemistry. The European Commission has set standards for particulate matter PM: daily average values should not be higher than 50 µg m-3, with an allowed of 35 exceedances per year, because this pollutant affects the health of the alive beings and affect the radiative balance. In the last years, the problem of the aerosol concentration due to industrial and traffic emissions has increased, and every time we have more investigations and initiatives to reduction this pollutant, and universities and research centers are working to implement air quality models. In the area of Catalonia, the metropolitan region of Barcelona has been declared zone of special protection of the environment, since the air quality levels evaluated by particles with size less than 10 µm are superior to the permissible levels that the norm fixes effective. On the other hand, the modelling of air quality is absolutely necessary to know the levels of particles in areas where there are not measurement stations, and also to combat high levels of this pollutant. The photochemical models are tools of environmental management and forecasting that in recent years have been refined to provide quite accurate results. We need to adapt the models to each area by adjusting parameters and the study of characteristics of pollution episodes. The aims of this study is to know the most important characteristics of the particulate matter in the atmosphere, concretely we work over the region of Catalonia, and show an air pollution modelling system. This system is formed by the connection of different models: an emissions model for Catalonia called MECA, the meteorological model MM5 to find meteorological fields, and the photochemical model CMAQ. Thus, the emissions model for the particulate matter has been developed, which incorporates anthropogenic emissions, for example traffic, industries, residential heating or agricultural sector. We have studied the meteorological characteristics of two periods in summer of 2003 and 2006. And we have defined two domains to work, one coarse domain with 27km resolution that it covers the south of Europe, and an inner domain with 9km resolution (30x30 cells) that covers Catalonia. In these periods we have run the photochemical model. To finish, we present results and conclusions of the air quality model commenting error sources and future work. In addition, the effect of marine particles is investigated on the concentration of aerosols, since some studies show the importance of these emissions by the interaction with other chemical species and since they represent the greater contribution of natural aerosol on global scale.