Sensibilidad de la contaminación fotoquímica en Bogotá a la oscilación del sur El Niño (ENSO)

Abstract

En este trabajo se investigó el efecto del incremento de la radiación solar global y de la temperatura superficial asociado al fenómeno de El Niño, es decir al ciclo cálido de ENSO (El Niño-Southern Oscillation), en la concentración superficial de ozono (O3) en Bogotá. Con base en un índice estandarizado de la NOAA (Oceanic Niño Index – ONI) y en la disponibilidad y calidad de las series temporales meteorológicas y de la calidad del aire, se definieron 2 períodos de análisis: febrero de 2009 (fase neutra) y febrero 2010 (fase cálida de El Niño). Los análisis de la temperatura superficial, tanto en las estaciones de la RMCAB como en la estación El Dorado del IDEAM, revelan diferencias de temperatura de ~2.5 °C entre los periodos analizados. A pesar de que las diferencias en temperatura superficial son significativas y suficientes para aumentar significativamente el nivel de ozono superficial, no se evidenciaron cambios sustanciales en las concentraciones de O3 tal como fueron medidas por las estaciones de la RMCAB, ni en los patrones de circulación del aire. Por el contrario, la altura de la capa de mezcla, estimada mediante la aplicación del método de Holzworth a los radiosondeos diarios en el Aeropuerto El Dorado, es en promedio ~300 metros, es decir ~24% más alta durante la fase cálida de El Niño comparada con un período soleado no influenciado por ENSO. Con base en un modelo conceptual simplificado basado en un modelo de caja, es posible inferir que si bien la producción neta de ozono aumenta durante la fase cálida de ENSO, este efecto no se evidencia en la concentración superficial de ozono debido al incremento simultaneo de la altura de la capa de mezcla. El análisis de la información disponible sugiere por tanto que la producción incremental de ozono es compensada por una mayor dilución debida a una capa de mezcla más alta durante períodos más cálidos.

Abstract. This thesis investigates the effect of the increase of solar radiation and surface temperature associated with El Niño, i.e. the warm cycle of ENSO (El Niño Southern Oscillation), on the surface ozone concentration in Bogota. Two periods of analysis were defined based on NOAA’s ONI index (Oceanic Niño Index), and the availability and quality of the meteorological and air quality time series: February 2009 (neutral phase) and February 2010 (warm phase of El Niño). The analysis of surface temperatures at urban sites of Bogota’s Air Quality Network (RMCAB) and IDEAM’s El Dorado station show temperature differences between these two periods of ~2.5 °C. Although these differences in surface temperature are significant and sufficient to produce substantial increase of surface ozone, no significant changes in ozone levels were observed at the RMCAB stations. Moreover, no significant changes were observed on the wind speed and wind circulation patterns. On the contrary, the mixed layer height at the El Dorado airport (estimated with the Holzworth's method applied to daily radiosoundings) was ~300 m (~24%) higher during the warm phase of El Niño compared with the sunny period not influenced by ENSO. Based on a box-model based conceptual model, one may hypothesize that the ozone production increase during the ENSO's warm phase is compensated by a deeper mixed layer, leading to similar surface ozone concentration levels during the two periods.