Problemática de la contaminación por ozono en el Mediterráneo

1. Dinámica del ozono en el mediterráneo
J.Jaime Diéguez (jjaime@ceam.es)
www.ceam.es
Jornada Contaminació per ozó al País Valencià Valencia, 21 Septiembre 2017

2. CEAM. LINEAS DE INVESTIGACIÓN
www.ceam.es
El Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo (CEAM) es un centro de investigación,
desarrollo e innovación tecnológica para la mejora del medio ambiente en el ámbito mediterráneo.
Nuestra actividad se centra en ofrecer propuestas integradas para la gestión ambiental en el
ámbito de la atmósfera, los ecosistemas, las actividades humanas, y sus interacciones.
Líneas de investigación:
•Meteorología y Contaminación
atmosférica: Química atmosférica y
Meteorología y Dinámica de
contaminantes.
•Efectos de los contaminantes en la
vegetación y Ciclo del carbono
•Investigación Forestal: Incendios y
restauración forestal.

3. CEAM. LINEA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
La dinámica de contaminantes en la cuenca
mediterránea occidental se documenta en
gran medida a principios de la década de
los 90 en base a los proyectos europeos
MECAPIP, RECAPMA, y SECAP, liderados
desde España por investigadores del
CEAM (Millán M. et al)
Compilación de artículos científicos
asociados a los tres proyectos europeos.
Estudios monográficos de ozono a escala
nacional y local

4. OZONO (O3)
•Altamente oxidante, a nivel de la troposfera es un
contaminante secundario formado a partir de sus
precursores, NOx y COVs, en presencia de radiación
solar.
•Contaminante a escala global, con mayor impacto
en determinadas regiones, y fundamentalmente en
primavera y verano.
•Se trata además de un GEI, el tercero en
importancia después de CO2 y CH4 por su
forzamiento radiativo.
La reducción de sus concentraciones es particularmente compleja debido a:
- La variedad de fuentes y especies precursoras (COVs origen natural y
antropogénico).
- La química del ozono, altamente No lineal.
- El tiempo de residencia del ozono en la atmósfera favorece su acumulación y el TLD
I. INTRODUCCIÓN: EL OZONO TROPOSFERICO
Columna de ozono troposférico junio-agosto 2005-2010
(OMI/MLS) Cooper et al, 2014 Elementa
Ozono y salud. Informe REVIHAAP (OMS, 2013):
•Efectos probados sobre la morbilidad y mortalidad cardiorrespiratoria por exposición al ozono a
corto y también a largo plazo.
•No se ha identificado para el ozono un umbral por debajo del cual se puedan descartar efectos
sobre la salud.

5. Directiva 2008/50/CE del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a la calidad del aire y a
una atmosfera más limpia en Europa, y Directiva 2004/107/CE relativa a arsénico, cadmio…
Objetivos Generales:
•Definir objetivos de calidad del aire
•Evaluar con métodos y criterios comunes
•Informar sobre la calidad del aire a los ciudadanos
•Implementar planes donde no se cumplan los objetivos
Real Decreto 102/2011 relativo a la mejora de la calidad del aire
Transposició
n
I. INTRODUCCIÓN: MARCO LEGAL DE LA CALIDAD DEL AIRE
OZONO
Protección a la Salud Humana: Valor Objetivo: 120 µg/m3 (M8h) 25 días/año , prom. 3 años
Objetivo a largo plazo: 120 µg/m3 (M8h) por año
Umbral de información: 180 µg/m3 (1h)
Umbral de alerta: 240 µg/m3 (1h)
Protección a la Vegetación: Valor Objetivo: 18000 µg/m3.h (AOT40 May-Jul) prom. 5 años
Objetivo a largo plazo: 6000 µg/m3.h (AOT40 May-Jul)

6. I. INTRODUCCIÓN: OZONO EN EUROPA. INFORMES AEMA
“ In 2014, 16 countries of the EU-28 registered
concentrations above the O3 target value more
than 25 times. In total, 11 % of all stations
reporting O3 showed concentrations above
the target value for the protection of human
health in 2014, which is considerably fewer
stations than in 2013.”
“Conformity with the WHO AQG value for O3
set for the protection of human health, was
observed in fewer than 4 % of all stations
and in only 5 of 503 rural background
stations in 2014, four in the island of Ireland
and one in Norway.”

7. TRANSPORTE
EMISIONES
TRANSPORTE
DEPOSICIÓN
INTERCAMBIO
VERTICAL
TRANFORMACIONES
QUÍMICAS
Q(t+1)=Q(t) + ΣPa - ΣPe
Procesos aporte / formación
Procesos eliminación
Elementos que determinan las concentraciones de contaminantes
1. Distribución y tasa de emisiones.
2. Procesos físico-químicos en la atmósfera.
• Dispersión
• (Foto)química de contaminantes.
Transporte horizontal (escalas sinóptica, mesoescala, local…).
Mezcla vertical (Turbulencia térmica y mecánica).
El balance de todos estos procesos en cada punto depende de múltiples factores:
Tipo de entorno (urbano/industrial/rural), posición y distancia respecto a fuentes de emisión,
situación meteorológica, orografía, día de la semana, hora del día, estación del año…
II. DINÁMICA DEL OZONO: FACTORES

8. II. DINÁMICA DEL OZONO: QUÍMICA NO LINEAL DEL OZONO
Diagrama EKMA
(Fuente: Dodge, 1977)
O3
ONONO2
O2
hυ (λ<424 nm)
Ozono en equilibrio
dinámico
O2
R•RO2• RHRO•
H2O
OH•
Producción neta de Ozono
O2
“Efecto fin de semana”
El efecto fin de semana, causado por la
química no lineal del ozono, es una
respuesta indeseable a la reducción de
las emisiones que hay que considerar a la
hora de diseñar medidas de reducción.

9. II. DINÁMICA DEL OZONO: QUÍMICA + TRANSPORTE HORIZONTAL
Derwent & Davies,1994
[O3]
En el transporte de la pluma urbana
se transita de condiciones VOCs-
limitadas a condiciones NOx-limitadas.
Dependiendo de la composición de la
pluma, la velocidad del viento y de la
intensidad de la radiación solar variará
la distancia a la que se produce el
máximo de concentración de ozono.
v

10. Densidad
Población
Vientos
dominantes
(P-V)
II. DINÁMICA DEL OZONO: NIVELES PROMEDIO NO2 / O3 EN LA RVVCCA.
Distr. Focos
Industriales

11. 30 km
II. DINÁMICA DEL OZONO: TRANSPORTE DE LA PLUMA URBANA DE
VALENCIA
El transporte de las emisiones del área metropolitana de Valencia está dirigido por la
canalización de las brisas a lo largo de la cuenca del Turia hacia el interior. Los registros de la
RVVCCA muestran este transporte, con un máximo de ozono a unos 50 km aprox. del AMV y un
alcance que puede superar los 100 km.

12. 30 km
II. DINÁMICA DEL OZONO: TRANSPORTE DE LA PLUMA URBANA DE BARCELONA
La misma situación se observa en otras áreas del mediterráneo …

13. Niveles altos de primarios en Otoño - Invierno.
Especialmente con estancamientos anticiclónicos.
Ozono en niveles moderados
ENTORNO URBANO
Niveles altos de secundarios en Primavera - Verano
bajo predominio de circulaciones de mesoescala.
Niveles despreciables de compuestos primarios.
ENTORNO RURAL
II. DINÁMICA DEL OZONO: EVOLUCIÓN ESTACIONAL CICLO DIARIO NO2 y O3

14. Circulaciones de mesoescala en la costa mediterránea bajo
condiciones anticiclónicas de primavera y verano. Dan lugar a la
formación de estratos de contaminantes en altura. La persistencia
de esta situación durante varios días provoca la RECIRCULACIÓN
de la masa aérea y la ACUMULACIÓN de ozono.
En la C.V. las superaciones
del U.I. (180 µg/m3) suelen
ocurrir al final de ciclos de
acumulación de 3-9 días (4
días aprox. de promedio).
Millan, M. et al 1996, 1997
II. DINÁMICA DEL OZONO: RECIRCULACIÓN EN EL MEDITERRÁNEO

15. Los episodios de ozono mas importantes
y persistentes en el País Vasco en el
periodo 1995-1998 coinciden con vientos
del este y noreste forzados por las altas
presiones en el centro de Europa.
(Gangoiti et al, 2002)
II. DINÁMICA DEL OZONO: MOVIMIENTOS A MAYOR ESCALA
Transporte a larga distancia en la costa cantábrica

16. Contribuciones diarias al ozono en un
emplazamiento rural del sur de Inglaterra.
Cálculos en base a simulaciones de modelo
En otras latitudes …
Informe, 2009
II. DINÁMICA DEL OZONO: MOVIMIENTOS A MAYOR ESCALA
Transporte desde
China a EEUU
Science, 2014
Derwent, 2008

17. II. DINAMICA DEL OZONO: CONTRIBUCIONES A LOS NIVELES DE OZONO
ADVECCIÓN DESDE
ZONAS VECINAS
PRODUCCIÓN LOCAL
NETA
FONDO
REGIONAL
FONDO
HEMISFÉRICO
ORIGEN NO
(FÁCILMENTE)
IDENTIFICABLE
ORIGEN
IDENTIFICABLE
PRODUCCION A PARTIR
DE EMISIONES DEL DIA
[O3]
La cantidad relativa de cada componente varía en el espacio y en el tiempo debido a:
•Latitud, posición relativa a las fuentes de emisión, tipo de entorno, altitud ...
•Evolución diaria y estacional, situación meteorológica …
Medidas de reducción en
área fuente
(PLAN/ES LOCAL/ES)
Medidas escala
internacional
Medidas de reducción a
escala Nacional
(PLAN NACIONAL)
MEDIDAS DE REDUCCIÓN

18. III. OZONO A ESCALA NACIONAL. DISTRIBUCIÓN SUPERACIONES
Protección Salud Humana
2010 - 2012
Superaciones generalizadas en todo el
territorio, excepto la cornisa cantábrica.
Las zonas mas afectadas se
encuentran a sotavento de las grandes
áreas urbanas.
Patrón estacional característico.

19. III. Nº SUPERACIONES DE V.O. Y U.I. EN LA RVVCCA 2012-2017
SUP. V.O 120 µg/m3 8h SUP. U.I 180 µg/m3 1h

20. III. OZONO A ESCALA NACIONAL. FACTORES CLIMÁTICO-METEOROLÓGICOS
Selección 148 estaciones representativas

21. III. OZONO A ESCALA NACIONAL. FACTORES CLIMÁTICO-METEOROLÓGICOS

22. PROMEDIO P-V MMX>120 P-V (CRONICO) MX>180 P-V (EPISÓDICO)
VIC
VILLAR
IV. POTENCIAL DE REDUCCIÓN: FONDO / PRODUCCION LOCAL
ALGETE

23. Reducción de O3 en las áreas de influencia debido a la reducción del tráfico los fines de semana:
Alrededor del 4% en Barcelona (con un máximo del 8% en Pardines), y del 3.5% en Madrid (con un
máximo del 5% en El Atazar) …
IV. POTENCIAL DE REDUCCIÓN: FIN DE SEMANA
… a costa de un incremento del 35% en Barcelona y del 11% en Madrid en las estaciones urbanas

24. Selección 72 estaciones:
•Operativas en 2012, con al menos 10 años de datos
•Cobertura geográfica y por tipo de entorno
IV. TENDENCIAS OZONO 2000 - 2012
EMISIONES
CALIDAD DEL AIRE
Las concentraciones de O3 aumentan ligeramente en
entornos urbanos y apenas descienden en áreas rurales.Descenso general de los niveles de NO2

25. 1. Las situación crónica de ozono (MM8H>120 µg/m3) a la que se atribuye efectos sobre la salud
a largo plazo, afecta a gran parte del territorio de España con una importante contribución de
fondo que limita el margen de reducción en base a medidas locales. Para ello se requieren
medidas coordinadas a escala nacional e internacional.
2. En la vertiente mediterránea peninsular la componente de fondo corresponde en gran medida
a masas de aire recirculadas ricas en productos secundarios como el ozono, resultantes de
emisiones con origen en toda la costa de la cuenca occidental (tráfico, industria, transporte
marítimo…)
3. Las situaciones episódicas de ozono (MH>180 µg/m3) a las que se atribuyen efectos a la salud
a corto plazo, afectan especialmente a zonas a sotavento de grandes áreas urbanas, y
pueden ser mitigadas con medidas a nivel local actuando sobre las emisiones que las
originan.
4. La reducción en la emisión de precursores en los últimos años se empieza a trasladar al
ozono, que muestra una ligera tendencia negativa en las áreas rurales, más acusadas en
verano. Como contrapartida se observa una tendencia positiva en entornos urbanos (debido a
la química no lineal del ozono).
5. En el diseño de las medidas de reducción habrá que tener en cuenta esta respuesta
indeseable en las áreas urbanas, incidiendo en la reducción de los VOCs además de los NOx.
V. CONCLUSIONES

26. ¡Gracias por su atención!

27. CEAM. INFLUENCIA SOBRE LA DIRECTIVA DE OZONO

28. II. DINAMICA DEL OZONO: TRANSPORTE VERTICAL
Mezcla vertical en la capa límite: ciclo de formación
de la capa de mezcla y desacople nocturno.
La turbulencia térmica/mecánica generada por la
interacción con el terreno mezcla la composición química
en toda la capa límite (capa de mezcla).
Otros procesos de transporte vertical: Chimeneas orográficas, subsidencias, intrusiones estratosféricas,…

29. I. INTRODUCCIÓN: OZONO Y CAMBIO CLIMÁTICO
Fuente: European Topic Centre
on Air pollution and Climate
change mitigation (ETC/ACM)
Incremento de las concentraciones a finales
del s.XXI a causa del cambio climático

30. V. PERSPECTIVAS…

31. 9% reducción Villar y 15% incremento Pista de Silla
Rural: 96 88 Urbano: 70 79