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Impacto de las intrusiones de masas de aire con polvo africano y de masas de aire estratosférico en la Península Ibérica. Influencia del Atlas (FRESA, CGL2015-70741/CLI)

 


Socios de proyecto

 

Universidad Miguel Hernández de Elche

Universidad de Granada

Universidad de Bolonia

Instituto de Técnicas Energéticas (INTE)/UPC

Joint Research Centre (UE)

Universidad de Borgoña

 

Colaboración con Desert Research Institute (Reno, NV), Universidad Técnica de Darmstadt e IISTA/CEAMA (Granada)

 


Publicaciones

 

(Abril de 2021: estamos preparando 4 artículos)

 

- The Extreme North African Haboob in October 2008: High-resolution Simulation of Organized Moist Convection in the Lee of the Atlas, Dust Recirculation and Poleward Transport

S. Dhital, M.L. Kaplan, J.A.G. Orza, S. Fiedler

(submitted)

 

- Poleward Transport of African Dust to the Iberian Peninsula Organized by a Barrier Jet and Hydraulic Jumps: Observations and High-Resolution Simulation Analyses

S. Dhital, M.L. Kaplan, J.A.G. Orza, S. Fiedler

Atmos. Environ. 261, 118574 (2021) [PDF]

 

- Chemiluminescent fingerprints from airborne particulate matter: A luminol-based assay for the characterization of oxidative potential with kinetical implications

P. Morozzi, L. Bolelli, E. Brattich, E.N. Ferri, S. Girotti, S. Sangiorgi, J.A.G. Orza, F. Piñero-García, L. Tositti

Sci. Total Environ. 789, 148005 (2021) [PDF]

 

- Ultraviolet–Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV–Vis DRS), a rapid and non-destructive analytical tool for the identification of Saharan dust events in particulate matter filters

P. Morozzi, B. Ballarin, S. Arcozzi, E. Brattich , F. Lucarelli, S. Nava, P. J. Gómez-Cascales, J.A.G. Orza, L. Tositti

Atmos. Environ. 252, 118297 (2021) [PDF]

 

- Large Scale Upper-level Precursors for Dust Storm Formation over North Africa and Poleward Transport to the Iberian Peninsula. Part I: An Observational Analysis

J.A.G. Orza, S. Dhital, S. Fiedler, M.L. Kaplan

Atmos. Environ. 237, 117688 (2020) [PDF]

 

- Sources of the seasonal-trend behaviour and periodicity modulation of 7Be air concentration in the atmospheric surface layer observed in southeastern Spain

E. Chham, A. Milena-Pérez, F. Piñero-García, M.A. Hernández-Ceballos, J.A.G. Orza; E. Brattich; T. El Bardouni, M.A. Ferro-García

Atmos. Environ. 213, 148–158 (2019) [PDF]

 

- Near-real-time processing of a ceilometer network assisted with sun-photometer data: monitoring a dust outbreak over the Iberian Peninsula

A. Cazorla, J.A. Casquero-Vera, R. Román, J.L. Guerrero-Rascado, C. Toledano, V.E. Cachorro, J.A.G. Orza, M.L. Cancillo, A. Serrano, G. Titos, M. Pandolfi, A. Alastuey, N. Hanrieder, L. Alados-Arboledas

Atmos. Chem. Phys. 17, 11861–11876 (2017) [PDF]

 


Resumen

Se ha estudiado el impacto a distintas alturas de las intrusiones de polvo africano y de masas estratosféricas en el sur de la Península Ibérica en relación con los desplazamientos verticales del aire que llega a ésta. Para ello se combinó un amplio estudio meteorológico y de trayectorias del periodo 2004-2019 (datos ERA-Interim) con el análisis mesoescalar (modelo WRF-Chem) de casos intensos y con cuatro campañas de medidas de aerosoles y radionúclidos a dos alturas (Sierra Nevada y Granada) y más al norte (Barcelona) en los años 2016 a 2019.

Con intrusión africana los flujos a escala sinóptica/meso-α están normalmente desacoplados en el sur y este peninsular: el aire llega principalmente de África en altura (p. ej, 2500-4250 m en Granada) y por debajo tiene origen mediterráneo. Por ello, no sólo se recibe la contribución africana (polvo mineral y una fracción antropogénica tal como se registra en Sierra Nevada), si no que hay una contribución adicional frecuente de contaminantes secundarios en masas envejecidas procedentes del mediterráneo. Los estudios epidemiológicos, que encuentran en intrusión africana un efecto potencial sobre la salud mayor del esperado para el polvo mineral, deben considerar esta contribución.

Los tiempos de residencia del aire que pasa sobre 9 puntos de estudio situados a lo largo del sur y el este peninsular (desde Huelva a Barcelona) confirman la procedencia principalmente africana de las parcelas en altura y que en niveles bajos tienen origen esencialmente mediterráneo. Tanto la altura a la que llegan las masas africanas como su frecuencia son menores en el sector suroccidental, crecen en el sector suroriental peninsular y la altura (no la frecuencia) sigue creciendo hacia el noreste.

Se realizaron cuatro campañas de medida entre 2016 y 2019 para registrar in situ a dos alturas la concentración y características del aerosol atmosférico en el sur peninsular (Sierra Nevada a 2550 m y Granada a 670 m), así como en un punto más al norte (Barcelona, a 70 m). En Sierra Nevada son más frecuentes que en Granada los valores de PM10 mayores que 50 μg m-3 (esencialmente debidos a intrusiones africanas) y los menores que 20 μg m-3 (masas subsidentes del Atlántico). La Sierra recibe un impacto más directo de las masas africanas, en buen acuerdo con el análisis meteorológico y de trayectorias; y los análisis de composición química registran conjuntamente contaminantes antropogénicos de origen africano. La contribución antropogénica local/regional en Granada es significativa. Es mayor en invierno en partículas sub-micrónicas, y mayor en verano (resuspensión local relevante) en la fracción gruesa. A pesar del fuerte desacople entre las dos alturas, se detectan situaciones de mezcla y transporte vertical a pequeña escala de polvo africano hacia Granada y de aerosol antropogénico hacia la Sierra (con máximo a las 16 UTC), como muestran las medidas in-situ y confirman los perfiles de retrodispersión y de extinción de ceilómetro y lídar.

Se ha identificado en la circulación en niveles altos un precursor común a distintos tipos de intrusión africana que afectan a la Península: La ruptura de dos ondas de Rossby consecutivas ligadas al chorro polar, donde la primera bloquea flujos zonales, induce flujos del mediterráneo sobre el norte de África y amplifica la segunda onda, que es la que se desplaza a latitudes más bajas y se descuelga de la circulación general, provocando una secuencia de ajustes multi-escala sobre el norte de África que conducen al desarrollo de sistemas convectivos mesoescalares y ondas orográficas. Éstos son en último término responsables de la movilización masiva del polvo. La intensificación de la vorticidad asociada a la segunda onda favorece el transporte hacia el norte, a la Península.

La orografía (cordillera del Atlas y macizo del Ahaggar) y las perturbaciones de la circulación atmosférica en niveles altos son clave en los mecanismos de movilización masiva de polvo en el norte de África, y también lo son en su posterior transporte a la Península Ibérica. La cordillera del Atlas actúa como barrera que crea diferencias marcadas de temperatura y humedad a un lado y al otro de ella. Además desvía las trayectorias de las parcelas de aire hacia sus extremos y hacia las zonas menos elevadas, y modifica la altura de las trayectorias cuando las masas pasan por encima de El Atlas según la situación meteorológica. Se han analizado las zonas de paso por encima del Atlas en dirección a la Península, así como la diferencia de alturas entre trayectorias y el terreno y la desviación de las trayectorias. El impacto africano difiere en las partes occidental y oriental de la Península y depende en buena medida de los sistemas sinópticos que se desarrollan/intensifican sobre la región. Se identifica también la presencia de puntos de silla o COLs sobre la Península, que provocan una fuerte deformación de las plumas de polvo.

Las medidas de actividad de Be-7 (trazador estratosférico) y Pb-210 (continental) en las campañas indican que los perfiles verticales de la influencia estratosférica sobre Sierra Nevada/Granada y Barcelona presentan un aumento con la altura y con la latitud a partir de la troposfera libre. Ello es confirmado con el análisis de los datos históricos recogidos en Granada y Barcelona, así como en otros 9 puntos distribuidos desde España hasta Finlandia (periodo 2004-2019). De las campañas de medida se observa que los valores altos de la ratio Be-7/Pb-210 se corresponden con cruces de la tropopausa en la zona de la storm-track, mientras que con valores elevados de Be-7 y ratio baja el origen es el norte de África principalmente, alrededor de 30° de latitud. En este segundo caso se registran simultáneamente polvo africano y trazadores estratosféricos en superficie en la Península (a pesar de su origen completamente dispar) y se identifican dos posibles situaciones responsables: la dominada por la subsidencia asociada a estas latitudes, y la presencia de perturbaciones del frente polar. Los valores de Pb-210 son mayores en Granada que en la Sierra, mientras que los de Be-7 son mayores en la Sierra pero lo son de forma episódica. El estudio muestra poco adecuado el procedimiento de relacionar el Be-7 con la altura de la tropopausa sobre la vertical del sitio de estudio a pesar de que se encuentra en la literatura y su uso es frecuente.

Durante el proyecto se han desarrollado técnicas novedosas para el análisis de trayectorias de parcelas de aire y la presentación de resultados relacionados con la altura y con los movimientos verticales.



Financiación

Ministerio de Economía, Industria y Competitividad y Fondos FEDER-UE.