Contaminación atmosférica por material particulado en un territorio urbano y de montaña. Caso de estudio Valle de Aburrá, Colombia

Abstract

El material particulado es un aerosol contaminante constituido por partículas microscópicas que representan un riesgo a la salud por intrusión al sistema respiratorio e incluso al torrente sanguíneo. La caracterización de sus fuentes de emisión, el monitoreo de su presencia en la atmósfera urbana y la comprensión de los fenómenos que facilitan su concentración o dispersión son vitales para la gestión de la calidad del aire. En las ciudades tropicales estos fenómenos involucran mayor dinamismo atmosférico en la escala diurna, donde la radiación solar determina condiciones convectivas muy fuertes. Ahora bien, cuando estas ciudades tropicales se encuentran contenidas por una topografía montañosa, el forzamiento orográfico de los vientos, los gradientes de temperatura y presión, y la barrera física de las montañas aumentan la complejidad del estudio de la calidad del aire y usualmente representan condiciones desfavorables para la dispersión de los contaminantes. Tomando el Valle de Aburrá al interior de la región andina de Colombia como caso de estudio, este trabajo parte de un análisis de los aspectos físicos, químicos y geográficos que influyen en su calidad del aire, así como la revisión del estado de arte y de la gestión institucional desarrollada en el territorio; para finalizar con la simulación de un episodio crítico de contaminación por PM2.5 ocurrido en marzo del 2016 a través del modelo acoplado WRF-Chem, con lo cual se evaluó el desempeño de diferentes parametrizaciones de capa límite, incluyendo también el uso de inventarios de emisiones global y local. En términos generales la modelación obtuvo mejores resultados en horario diurno que en horario nocturno, siendo capaz de replicar la dispersión del material particulado hacia el sur en horas de la tarde y su posterior acumulación sobre el centro del valle. El uso del inventario de emisiones local no mejoró la simulación; si bien logró generar mayores concentraciones, la dispersión al nivel de la superficie resultó poco realista. (Texto tomado de la fuente)

Particulate matter is a polluting aerosol hazardous to health and made up of microscopic particles that can enter the respiratory system and even the bloodstream. Emissions source characterization, monitoring aerosol presence in the urban atmosphere, and understanding the concentration or dispersion phenomena are vital strategies for air quality management. In tropical cities, these phenomena carry a greater atmospheric dynamism on the diurnal scale, where solar radiation determines strong convective conditions. However, when these tropical cities are contained by a mountainous topography, orographic wind forcing, temperature and pressure gradients, and physical barriers from the mountains; all of that increase the complexity of air quality study and usually represent unfavorable conditions for dispersion of contaminants. Taking the Aburra Valley within the Andean region of Colombia as a case study, this work is based on an analysis of the physical, chemical, and geographical aspects that influence its air quality, as well as state-of-the-art and institutional management review. Finally, this work presents a WRF-Chem coupled model simulation of a critical PM2.5 pollution episode that occurred in March 2016, evaluating the performance of different Boundary-Layer parameterizations and comparing the implementation of global emissions inventory versus local inventory. In general terms, daytime obtained better results than nighttime, and modeling was able to replicate the dispersion of particulate material towards the south in the afternoon hours and its subsequent accumulation over the center of the valley. The introduction of the local emissions inventory did not improve the simulation; while generating higher concentrations, dispersion at surface level was unrealistic.