Evaluación del impacto en la calidad del aire generado por el aislamiento preventivo como medida frente al COVID-19 en tres ciudades de Colombia

Abstract

La rápida expansión del COVID-19 generó una alerta a las entidades de cada país frente a las acciones a tomar como medidas de prevención por el riesgo de contagios. En Colombia, el virus llegó el 11 marzo de 2020 y el día 26 del mismo mes se decretó un aislamiento preventivo obligatorio a todo el territorio nacional; ocasionando la suspensión drástica de actividades no esenciales, cierres temporales de industrias, restricción al trasporte, entre otras limitaciones. Estas medidas provocaron un impacto en la calidad del aire y, por lo tanto, la presente investigación tuvo como objetivo analizar dicho impacto en tres ciudades de Colombia. Para ello, se seleccionó a Bogotá, Medellín y Cali, ciudades que cuentan con una red de monitoreo de calidad de aire y se caracterizan por ser grandes urbes del país. Se utilizó información de calidad de aire medida en superficie de los Sistemas de Vigilancia de Calidad de Aire (SVCA) de cada ciudad identificando los cambios en las concentraciones de dióxido de nitrógeno (NO2), ozono (O3), material particulado (PM2.5) y black carbon (BC). Se seleccionaron estaciones que cumplieran con un porcentaje de datos válido igual o superior al 75%. Seguido de esto, se analizó el comportamiento de las concentraciones de los contaminantes con promedios diarios de los años 2015 al 2019 frente al promedio diario del año 2020, identificando sus variaciones en tres periodos; antes de cuarentena desde el 1 de enero hasta el 25 de marzo, cuarentena estricta del 26 de marzo hasta el 26 de abril y cuarentena relajada del 27 de abril hasta el 31 de agosto. Se analizó el cambio en la movilidad vehicular, por medio de conteos vehiculares suministrados por las Secretarías de Tránsito de cada ciudad y de la movilidad local con información de Google. Adicional a ello, se realizó un análisis espacial identificando la incidencia de emisiones externas que llegan a cada ciudad. Para esto, primero se modelaron las retro trayectorias de masas de aire mediante el Modelo Híbrido de Trayectoria Integrada Lagrangiana de una sola partícula (HYSPLIT). Segundo, se relacionaron los puntos de calor obtenidos por medio de la plataforma Fire Information for Resource Management System (FIRMS) de la NASA, que usa información de MODIS. Y tercero se identificaron las emisiones de los incendios forestales mediante el Sistema Global de Asimilación de Incendios (GFAS) también de MODIS. Por último, se determinaron los cambios en la calidad del aire por medio de información satelital, de TROPOMI del Sentinel 5P para NO2 y del Servicio de Monitoreo Atmosférico Copernicus CAMS para PM2.5 y O3. Los resultados indican que en la cuarentena estricta se presentó un comportamiento atípico en las concentraciones de los contaminantes analizados, donde para Bogotá y Medellín el NO2 disminuyo considerablemente (58 y 66% respectivamente), al igual que el PM2.5 para Bogotá, Medellín y Cali (33, 45 y 62% respectivamente). Por el contrario, las concentraciones de O3 aumentaron hasta en un 114% para Bogotá y 83% para Medellín. Sin embargo, en Cali el comportamiento fue diferente ya que el ozono mostró una disminución hasta del 34% en la cuarentena estricta. Estos cambios se evaluaron comparando las concentraciones promedio del periodo 2015-2019 frente al del año 2020. Mediante la modelación de las masas de aire, se identificó la procedencia de emisiones de varias partes del país y de lugares fuera del país, reflejando una problemática local y regional de la calidad de aire. Esto se relacionó con los puntos calientes y con las emisiones por incendios forestales ratificando que el impacto en la calidad de aire es local y regional. También, se logró identificar disminuciones en la movilidad local y en los conteos vehiculares en los periodos de cuarentena. Por último, el análisis espacial arrojó una buena correlación entre la información de superficie y la información satelital, sin embargo, en algunos casos se genera una sobrestimación o subestimación de las concentraciones. Se concluye que las cuarentenas establecidas por el COVID-19 y sus medidas de restricción, tienen un efecto las concentraciones de los contaminantes con reducciones significativas en los contaminantes primarios, y aumento en los contaminantes secundarios como el ozono. Y se confirma el impacto de los incendios forestales en la calidad del aire del país. Finalmente, los resultados de esta investigación sirven como base para la elaboración y ajuste de planes para la gestión de la calidad del aire en Colombia. (Texto tomado de la fuente).

The rapid expansion of COVID-19 generated an alert to the entities of each country regarding the actions to be taken as preventive measures due to the risk of contagion. In Colombia, the virus arrived on March 11, 2020, and on the 26th the same month a mandatory lockdown was decreed throughout the national territory, causing the drastic suspension of non-essential activities, temporary closures of industries, restriction of transportation, among other limitations. These measures had an impact on air quality and, therefore, this research aimed to analyze this impact in three cities in Colombia. For this, Bogotá, Medellín and Cali were selected, cities that have an air quality monitoring network and are characterized by being big cities in the country. Information on air quality measured on the surface of the Air Quality Surveillance Systems (ACVS) of each city was used, identifying the changes in the concentrations of nitrogen dioxide (NO2), ozone (O3), particulate matter (PM2.5), and black carbon (BC). Stations that met a valid data percentage equal to or greater than 75% were selected. Then, the behavior of pollutant concentrations was analyzed with daily averages for the years 2015 to 2019 compared to the daily average for 2020, identifying their variations in three periods: before lockdown from January 1 to March 25, strict lockdown from March 26 to April 26, and relaxed lockdown from April 27 to August 31. Likewise, the change in vehicular mobility was analyzed, through the vehicle counts supplied by the Transit Secretaries of each city and local mobility with information from Google. In addition to this, a spatial analysis was carried out identifying the incidence of external emissions that reach each city. For this, first the retro-trajectories of air masses were modeled by means of the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model (HYSPLIT). Second, the Hotspot obtained through NASA's Fire Information for Resource Management System (FIRMS) platform, which uses information from MODIS, were related. And third, emissions from forest fires were identified through the Global Fire Assimilation System (GFAS) also from MODIS. Finally, the changes in air quality using satellite information, from TROPOMI of Sentinel 5P for NO2 and the Atmospheric Monitoring Service Copernicus, CAMS for PM2.5 and O3, were determined. The results indicate that in strict lockdown an atypical behavior was presented in the concentrations of the pollutants analyzed, where for Bogotá and Medellín NO2 decreased considerably (58 and 66% respectively), as well as PM2.5 for Bogotá, Medellín and Cali (33, 45 and 62% respectively). In contrast, O3 concentrations increased by up to 114% for Bogotá and 83% for Medellín. However, in Cali the behavior was different since ozone showed a decrease to 34% in strict lockdown. These changes were evaluated by comparing the average concentrations of the period 2015-2019 with that of the year 2020. Through the modeling of air masses, the origin of emissions from various parts of the country and from places outside the country was identified, reflecting a local and regional air quality problem. This was related to Hotspots and emissions from forest fires, confirming that the impact on air quality is local and regional. Also, it was possible to identify decreases in local mobility and vehicular count in the quarantine periods. Finally, the spatial analysis yielded a good correlation between the surface information and the satellite information, however, in some cases there is an overestimation or underestimation of the concentrations. The concluded that the quarantines established by COVID-19 and its restriction measures influence the concentrations of pollutants with significant reductions in primary pollutants, and an increase in secondary pollutants such as ozone. And the impact of forest fires on the country's air quality is confirmed. Finally, the results of this research serve as the basis for the elaboration and adjustment of plans for the management of air quality in Colombia.