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TESIS

 

Influence of local and synoptic scale advencion on air quality

María Cabello Ganuza, junio 2012. Apto cum laude.

Mención especial de la Sociedad Española de Ciencia y Tecnología de Aerosoles, 2013.

Resumen: La calidad del aire en una zona está directamente relacionada con la meteorología local; sin embargo, se sabe que el transporte a larga distancia de contaminantes puede tener una influencia apreciable en los niveles de inmisión en otros países y continentes. El objetivo de esta tesis es contribuir a un mejor conocimiento del papel de la velocidad del viento local y de la historia y el origen de las masas de aire que llegan al lugar de estudio en los niveles de materia particulada en suspensión registrados allí.
Datos de viento de 17 estaciones meteorológicas distribuidas por la provincia de Alicante (SE de España), concentración del material particulado en suspensión muestreado en tres puntos catalogados como de fondo urbano, rural y fondo rural, situadas en una zona semi-árida de Alicante, y un análisis de conglomerados de trayectorias que llegan al SE español, han sido realizados para estimar la influencia de la meteorología local y sinóptica en la calidad del aire. Asimismo, se ha relacionado la concentración de partículas en suspensión y la actividad de 7Be and 210Pb (radionúclidos naturales de distinto origen) en aerosoles en Málaga (S de España) con los principales patrones de transporte, obtenidos con el análisis de conglomerados de retro-trayectorias. La variación espacial y temporal del impacto sobre la calidad del aire de una intensa entrada de polvo africano en el territorio español, ha sido estudiada como ejemplo del transporte a larga distancia de polvo que se da con frecuencia en la zona.
Los valores de PM10 diarios disminuyen de forma neta conforme aumentan las velocidades del viento; sin embargo, las medidas de distribución de tamaño de partícula realizadas con mayor resolución temporal muestran que se produce la resuspensión de las partículas mayores mientras que las de menor tamaño son dispersadas. La contribución antrópica al PM10 en la estación de fondo urbano es de 5 µg/m3, mientras que la intrusión africana supone 7 µg/m3 y es la contribución dominante en el intervalo de tamaños 0,65-2,5 µm.
Se ha desarrollado e implementado un algoritmo robusto de conglomerados para analizar las trayectorias del aire que llega al área de estudio. Siete años de retro-trayectorias cinemáticas de 96 horas, calculadas con el modelo HYSPLIT v.4, calculadas para 500, 1500 y 3000 m snm, fueron clasificadas en grupos usando las latitudes y longitudes horarias como variables de entrada. Aunque los flujos principales identificados con la media del análisis de conglomerados de las retro-trayectorias no muestran diferencias sustanciales y las clasificaciones finales son cualitativamente similares, los resultados son sensibles a la meteorología usada y al método de inicialización de la clasificación. La mayoría de las trayectorias identificadas en la baja troposfera libre corresponden a vientos del oeste: flujos del noroeste (NW) de diferente longitud, zonales (W) y del suroeste (SW); en cambio, en la capa de mezcla predominan los flujos lentos producidos por un bajo forzamiento sinóptico y condiciones estables.
Las principales vías de transporte identificadas con el análisis de conglomerados tienen una gran influencia en la distribución de tamaño de aerosoles, la concentración de PMx y la actividad de radionúclidos. Los vientos del noroeste rápidos están asociados a velocidades de viento altas en superficie que llevan a la dispersión y a bajas concentraciones; por lo tanto con flujos NWfast hay baja concentración de radionúclidos, PMx y partículas finas, y en cambio, crecen los niveles de partículas gruesas levantadas por el viento. Por el contrario, los flujos MedR (a bajas alturas) ocurren fundamentalmente con bajo forzamiento sinóptico, lo que favorece procesos de recirculación y condiciones de estancamiento y lleva a una progresiva acumulación de las partículas en suspensión; además los flujos del SW (a 3000 m) están asociados principalmente con masas de aire cargadas de polvo africano; por lo tanto, MedR y SW muestran los mayores niveles de actividad de radionúclidos, concentración de PMx y partículas finas, así como bajos niveles de partículas gruesas.
Para una mejor estimación del impacto del transporte a larga distancia, se ha estudiado con gran resolución temporal (horaria) y espacial (261 estaciones de calidad del aire en España) la entrada masiva de polvo provocada por una intrusión africana. La magnitud del episodio es clara si se considera que el 89% de las estaciones superaron los límites diarios, y las mayores concentraciones de PM10 fueron registradas en la serie temporal (2002-2009) de estaciones de medida como Víznar pertenecientes a la red EMEP de estaciones de fondo. Las concentraciones de los mayores PM10 diarios muestran una disminución de sur a norte que sigue una ley de potencias.

 

Clasificación objetiva del perfil vertical troposférico en el área sur-occidental del Mediterráneo y su relación con la intrusión de polvo africano

Erika Leyva García, diciembre 2011. Apto cum laude.

Resumen: Los radiosondeos son un extensa fuente de información, disponible en un amplio periodo temporal (varias décadas) y con gran cobertura espacial (estaciones distribuidas por todo el globo). El objetivo principal de esta tesis es realizar una clasificación estadística de perfiles verticales troposféricos considerando conjuntamente los perfiles de temperatura potencial, razón de mezcla, velocidad y dirección del viento, procedentes de los ficheros RAOB de las 12Z de las estaciones de Murcia (38,00° N 3,21° E 62 m snm), Gibraltar (36,15° N 5,35° W 4 m snm) y Dar El Beida (36,68° N 3,21° E 29 m snm) para el periodo 1997-2007. Así, se caracteriza el área suroccidental del Mediterráneo, obteniéndose 7 perfiles verticales tipo que presentan situaciones sinópticas y estacionalidad bien marcada. La meteorología  de superficie, la estabilidad (y por tanto la altura de la capa de mezcla) y la calidad del aire son características de cada perfil.
La estructura vertical de la atmósfera puede verse modificada en situaciones de transporte de polvo norteafricano. El segundo objetivo de esta tesis es estudiar cómo cambian los perfiles verticales en situaciones de intrusión sahariana, tanto en promedios del periodo 2002-2007 como para episodios individuales. Con frecuencia el transporte se produce en capas definidas en alturas entre 1500 y 5000 m; estas capas deberían estar confinadas entre estratos estables y la temperatura potencial presenta además un cambio brusco en la cima de la capa. Se demuestra con el estudio de algunos casos concretos que es posible identificar en los perfiles de radiosondeo las alturas asociadas al transporte de polvo.