Diez años de monitoreo de calidad del aire en Manizales

fotografías a color, gráficos, mapas, tablasSegún la Organización Mundial de la Salud (WHO, por su sigla en inglés), el aire limpio es un requisito básico para la salud y el bienestar humano; sin embargo, la contaminación del aire se constituye actualmente en uno de los principales riesgos medioambientales, en especial, en centros urbanos (WHO, 2018). Cifras de la WHO (2018) indican que nueve de cada diez personas respiran aire contaminado. Entendiéndose este último como la alteración causada por la presencia de gases en la atmósfera, o partículas sólidas o líquidas en suspensión, en proporciones distintas a las naturales que pueden poner en peligro la salud del hombre, el bienestar de las plantas y animales, atacar diferentes materiales, reducir la visibilidad o producir olores nocivos (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales -IDEAM-, 2006). El rápido crecimiento poblacional en los últimos años conlleva a una tendencia hacia el incremento en las dinámicas de consumo energético. Algunas de las principales actividades generadoras de mayores emisiones contaminantes son de tipo industrial y vehicular. La contaminación del aire intervienen tres componentes claves: las fuentes emisoras, la atmósfera y los receptores. En la atmósfera (especialmente a nivel de la primera capa conocida como troposfera), los contaminantes se ven afectados por fenómenos meteorológicos en relación con variables como radiación solar, precipitación, dirección y velocidad del viento, entre otras, que favorecen o no las reacciones químicas, deposición, dispersión y transporte de los contaminantes del aire

Assessment of tropospheric ozone in latin american cities

graficas, mapas, tablasEn la actualidad, la contaminación atmosférica corresponde al cuarto factor de riesgo en la salud humana en zonas rurales y urbanas después de la hipertensión, fumar y la diabetes. Las ciudades latinoamericanas no están desconectadas con esta problemática y su constante crecimiento demográfico las transformarán en futuros escenarios potencialmente contaminados, si no se realiza una gestión adecuada del recurso aire. El ozono troposférico (O3) es un reconocido contaminante atmosférico que puede afectar negativamente la salud humana, los ecosistemas y el clima. Para evaluar la contaminación por O3 en una región específica, se han desarrollado análisis numéricos de concentración e indicadores en diferentes escalas temporales, con el objetivo de identificar patrones de comportamiento en los datos y correlacionar efectos adversos debido a la presencia de este contaminante en los centros urbanos. Estos análisis permiten mejorar los planes y políticas de gestión de la calidad del aire, potenciando la implementación de estrategias de mitigación y protección de los receptores. La presente tesis de maestría pretende evaluar la distribución y patrones de las concentraciones e indicadores de O3 a escala regional en Suramérica, a través de la recopilación de información y el análisis de datos de O3 disponibles en 17 estaciones de monitoreo distribuidas en 10 ciudades de 5 países latinoamericanos (Brasil, Chile, Colombia, México, Paraguay), para el periodo comprendido entre el 2000 al 2020. La información relacionada a la concentración e indicadores de O3 fue recolectada de la plataforma de acceso libre del proyecto internacional TOAR (https://join.fz-juelich.de). Los datos fueron evaluados en agrupaciones horarias, diarias y mensuales en función de las condiciones locales como la altitud, el clima, la densidad poblacional, la topografía y los patrones de emisión de precursores; identificando la homogeneidad de las concentraciones y su relación espacio temporal. Al analizar las series temporales en los datos, se identificó una ausencia generalizada en la homogeneidad de periodos que coincidieran entre los países, indicando la necesidad de reforzar la continuidad del monitoreo de calidad del aire en ciudades latinoamericanas, así como de la publicación de la información en plataformas globales como TOAR. No obstante, se identificó que la metodología propuesta permite hallar correlaciones y diferencias entre las estaciones analizadas. Los resultados horarios indicaron que la formación de O3 posee una fuerte dependencia de los patrones de emisión de precursores y la relación entre COV/NOX en la atmósfera, siendo el tipo de estación, la cobertura del suelo y la densidad poblacional variables indicativas de esta relación. Este fenómeno se evidenció en los patrones diarios, donde se identificaron incrementos de hasta un 40% en las concentraciones observadas durante los domingos, especialmente en estaciones tráfico, fenómeno relacionado a la acumulación de precursores durante los días laborales. Para el caso de los patrones mensuales, se evidenció una correlación entre los patrones estacionales meteorológicos y los máximos de concentración registrados. Para países alejados del trópico los mayores registros de O3 se obtuvieron durante la temporada de verano, mientras que para regiones más tropicales o con climas caracterizados por precipitaciones mensuales por encima de los 50 mm, se registraron los máximos de O3 durante el inicio de temporadas de altas precipitaciones, fenómeno relacionado al cambio en el equilibrio químico que implica el lavado atmosférico de precursores. Por otro lado, dependiendo del indicador o conjunto de indicadores elegidos para evaluar las condiciones de contaminación de una región, se podría generar como producto la selección de diferentes combinaciones de estrategias de control de emisiones y a su vez generar conclusiones diferentes sobre la distribución de los datos de O3 y su nivel de riesgo en los receptores. Los resultados demuestran la necesidad de definir la población de estudio y conocer los niveles de distribución de los datos promedio de O3. Por ejemplo, para evaluar impactos en la salud humana en ambientes urbanos el uso de indicadores como el MDA8 podrán reflejar el efecto de las concentraciones “altas”, por encima de 75 ppb. Similarmente, indicadores como el SOMO10 reflejarán el cambio en las magnitudes debido a las concentraciones “bajas”, por debajo de 35 ppb. Mientras que, indicadores como el AOT40 que tienen como objetivo evaluar la eficiencia y capacidad productiva de la vegetación o los cultivos, permitirán evaluar el potencial de riesgo asociado a concentraciones medianas – altas, por encima de 40 ppb, en especies vegetales, siendo éste un indicador idóneo de aplicabilidad en estaciones de fondo o localizaciones rurales. Se destaca que implementar indicadores y generar estándares permite dar seguimiento a las estrategias de control de la contaminación del aire, ya que el no cumplimiento de estos promueve y exige a las autoridades competentes y a la comunidad en general el desarrollo e implementación de acciones directas en las regiones contaminadas para ajustarse a los estándares permitidos. Finalmente, se realizó un análisis de tendencias y aplicación de modelos de predicción estadística de datos, como las redes neuronales artificiales (ANN). Ambas herramientas permiten identificar cambios en los patrones de comportamiento de los datos, evidenciando por un lado las magnitudes y direcciones de estos, y por otro lado permitiendo estimar valores de O3 no conocidos a partir de variables predictoras para la aplicabilidad en la imputación de bases de datos. Estas herramientas pueden llegar a potenciar la significancia de los resultados por efecto de la continuidad en las series temporales, fomentando la importancia de la generación de protocolos de aseguramiento de datos y la confiabilidad en la información. (Texto tomado de la fuente)Currently, air pollution is the fourth risk factor for human health in rural and urban areas after hypertension, smoking, and sugar blood. Latin American cities are not disconnected whit this problem and their constant demographic growth will transform them into potentially polluted scenarios if adequate management of the air resource is not carried out. Tropospheric ozone (O3) is an air pollutant that can adversely affect human health, ecosystems, and climate. To assess O3 pollution in a specific region, numerical concentration analyses and O3 metrics have been developed at different time scales, to identify patterns in the data and correlate adverse effects due to the presence of this pollutant in the urban areas. These analyzes could improve air quality management plans and policies, enhancing the implementation of mitigation and protection strategies for receptors. This master's thesis aims to evaluate the O3 concentrations and metrics, their distribution, and patterns in a regional scale in South America. O3 data were obtained from 17 monitoring stations distributed in 10 cities in 5 Latin American countries (Brazil, Chile, Colombia, Mexico, Paraguay), for the period from 2000 to 2020. Information was collected from the free access platform of the international TOAR project (https://join.fz-juelich.de). The data were evaluated in hourly, daily, and monthly bases according to local conditions such as altitude, climate, population density, topography, and precursor emission patterns, identifying the homogeneity of concentrations and their space-time relationship. Time-series analyses showed a general absence in the homogeneity of periods that coincided between the countries, indicating the need to strengthen the continuity of air quality monitoring in Latin American cities. As well as the need for publication of information on global platforms such as TOAR. However, the proposed methodology allowed to found correlations and differences between the stations analyzed. Hourly patterns indicated that O3 formation had a strong dependence on emission precursor patterns and the VOC/NOX ratio in the atmosphere, being the type of station, land cover, and population density indicative variables of this relationship. This phenomenon was observed in daily patterns, where concentrations increased up to 40% on Sundays, especially in traffic stations, a phenomenon related to the accumulation of precursors during working days. For monthly patterns, a correlation was evidenced between seasonal weather patterns and maximum recorded concentrations. For countries far from the tropics, the highest O3 records were obtained during the summer season, while for tropical regions or climates characterized by monthly rainfall above 50 mm, the O3 peaks were recorded during the beginning of high-rainfall seasons, perhaps induced by a change in atmospheric chemical balance due to scavenging. On other hand, depending on the indicators set chosen to assess the pollution conditions, different combinations of emission control strategies could be selected and different conclusions about the O3 distribution and their level of risk in the receptors could be generated. The results suggest the need to define the study population and characterized the distribution of the O3 levels. For example, to assess impacts on human health in urban environments, the use of indicators such as MDA8 will reflect the effect of "high" concentrations, above 75 ppb. Similarly, indicators such as SOMO10 will reflect the change in magnitudes due to "low" concentrations, below 35 ppb. While indicators such as AOT40, which aim to evaluate the efficiency and productive capacity of vegetation or crops, will allow assessing the potential risk related to medium-high concentrations, above 40 ppb, being an adequate indicator for applicability in background stations or rural areas. Hence, the use of indicators and the establishment of indicator standards allow for monitoring the control strategies of air pollution. Since non-compliance with these standards promotes and requires the competent authorities and the community to develop and to implement actions in the polluted regions. Finally, trend analysis and statistical prediction models were applied, using artificial neural networks (ANN). The exercise allows to evaluate patterns and changes in data, evidencing the data magnitude and direction, and allowing to estimate unknown O3 values from predictor variables, for the applicability in data filling. Tools cloud be combined to enhance the significance of the results because of the continuity in the time series. Results that can promote the importance of the generation of data assurance protocols to enhance the reliability of the information.MaestríaMagíster en Ingeniería - Ingeniería QuímicaContaminación atmosférica y calidad del aireQuímica Y Procesos.Sede Manizale

Exposición a material particulado en microambientes relacionados con transporte en Manizales: Estudio piloto

Uno de los contaminantes con mayores efectos nocivos en la salud humana y el ambiente en las ciudades es el material particulado (PM), que según su tamaño se clasifica en PM10, PM2.5 y PM1 todos ellos dentro de la fracción fina que puede ingresar en los pulmones. Una fracción de este PM incluye compuestos como el carbono negro (BC), un reconocido trazador de emisiones proveniente de motores diésel. Manizales cuenta con un sistema de vigilancia de calidad del aire que mide concentraciones en aire ambiente principalmente de PM10, pero estas no permiten conocer las concentraciones en inmediaciones de vías y microambientes relacionados con el transporte de la ciudad. El objetivo de este estudio fue la realización de una primera campaña de exposición a material particulado fino en la ciudad, evaluando los niveles de exposición del peatón en la vía y los pasajeros del transporte público. Se midieron las concentraciones de material particulado PM2.5 y BC durante dos semanas en agosto de 2018, por periodos de cinco horas al día durante la mañana, con el uso de dos fotómetros DustTrack modelos 8533 y un Microaetalómetro modelo AE51. Los datos fueron evaluados en función del tipo de exposición y tres zonas de estudio, finalmente la base de datos fue tratada con el software estadístico R. Los resultados indican que las concentraciones medias de PM2.5 en las vías analizadas fueron de 32 µg/m3 (zona Centro) y 25 µg/m3 en Milán (al oriente). Para BC, las concentraciones medias fueron de 10 µg/m3 en el Centro y 7 µg/m3 en Milán. Valores 30% menores en Milán respecto al centro indican la influencia del tráfico vehicular (Menor flujo de vehículos pesados en Milán). Para el caso de los pasajeros de transporte público (en ambos sentidos del recorrido Milán-centro-Milán), las concentraciones medias de PM2.5 y BC fueron de 52 µg/m3 y 20 µg/m3 respectivamente. Se identificó que estas concentraciones están influenciadas por las condiciones de cada microambiente. Este es el primer estudio sobre exposición a estos contaminantes en Manizales; planteando la necesidad de seguir fortaleciendo análisis similares y usar sus resultados como base para la gestión de calidad del aire en la ciudad

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO HISTÓRICO DEL MATERIAL PARTICULADO EN MANIZALES Y ANÁLISIS DE LA RELACIÓN PM2.5/PM10

El material particulado (PM por sus siglas en inglés), es un contaminante de interés prioritario en el estudio de la contaminación atmosférica en centros urbanos, debido a que está fuertemente asociado con indicadores de morbilidad y mortalidad de la población alrededor del mundo. En la ciudad de Manizales se han monitoreando los niveles de PM10 y PM2.5 desde el año 2009 dentro de la red de vigilancia de calidad del aire (SVCA). Es importante analizar a fondo el comportamiento histórico y las tendencias de los niveles de PM y su relación con la meteorología de la ciudad, por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue realizar un análisis profundo de los registros históricos de PM10 y PM2.5 a fin de comprender el comportamiento de este contaminante en la ciudad. El estudio abarcó un periodo de 9 años, entre enero de 2010 a diciembre de 2018, en el cual se analizaron las tendencias de la concentración de dichos contaminantes, su asociación con las variables meteorológicas principales (Precipitación, velocidad del viento, temperatura y humedad relativa) y la relación entre PM2.5/PM10. Asimismo, se realizó una primera estimación del perfil horario de PM2.5 y PM10 en la ciudad. La información sobre PM se obtuvo del SVCA de Manizales, tomando los registros de PM10 de las seis estaciones que conforman la red de la ciudad y los de PM2.5 de la estación gobernación. Por otra parte, la estación gobernación fue equipada en 2019 con un equipo de medición en línea de material particulado, de modo que fue posible elaborar la primera estimación de los perfiles horarios de PM2.5 y PM10 en la ciudad. En lo que respecta a datos de variables meteorológicas, fueron obtenidos registros de dos estaciones representativas ubicadas en cercanías de los sitios de monitoreo de PM. Finalmente, la información fue procesada en el software estadístico R. Se encontraron concentraciones de PM10 y PM2.5 que varían entre los 8-67 μg/m3 y 3-49 μg/m3 respectivamente, se apreció una tendencia a disminuir la concentración promedio anual de PM10 del año 2012 en adelante, una relación entre PM2.5/PM10 de 0.62 y una relación inversa entre la concentración del material particulado y la precipitación

Monitoreo de material particulado en vías de Manizales: Estudio piloto

Manizales has an air quality network which measure particulate matter (PM) in ambient air concentrations. However, this monitoring system does not have information of pollutant concentrations in the vicinity of roads. The objective of this study was to determine the concentration of the fine parti-culate matter (PM2.5) and black carbon (BC) near main roads of Manizales. The evaluation considered micro-environments related with pedestrians of roads and passengers of public transport buses. PM2.5 and BC concen-trations were measured during two weeks for periods of five hours per day in the morning. The instruments used were two DustTrack photometers (model 8533) and a Microethalometer model AE51. The data were analyzed according to each micro-environment and three different zones of the city. The median values of PM2.5 and BC concentrations were 10 % and 30 % lower in the eastern zone than in the center zone, showing the impact of vehicular emissions in ambient air concentrations. In public transport buses, the median of PM2.5 and BC concentrations were 57 % and 54 % higher than those obtained near roads. In terms of inside the public trans-port buses micro-environment, the contribution of BC was approximately 41 % of the total PM concentrations. This is the first study performed in Manizales in which concentrations of fine particles and BC near roads and public transport (pedestrians and passengers) were evaluated. These types of studies are important for adding new information for air quality management in the city and for complementing the official air quality monitoring.Manizales cuenta actualmente con un sistema de vigilancia de calidad del aire que mide concentraciones en aire ambiente de material particulado (PM, por sus siglas en inglés). Sin embargo, este sistema no permite conocer concentraciones de exposición en inmediaciones de vías. El ob-jetivo de este estudio fue realizar una primera aproximación a los niveles de exposición a material particulado fino (PM2.5) y carbono negro (BC) en algunas vías de la ciudad de Manizales, evaluando microambientes relacionados con los peatones en vías y como pasajeros de buses del transporte público. Se midieron concentraciones de material particulado fino PM2.5 y BC durante dos semanas por periodos de cinco horas al día en horas de la mañana. Se usaron dos fotómetros DustTrack modelos 8533 y un Microaetalómetro modelo AE51. Los datos fueron evaluados en función de cada microambiente y tres zonas de estudio en la ciudad.  El valor obtenido de la mediana para las concentraciones de PM2.5 y BC en las vías analizadas, fue 10 % y 30 % menor en la zona oriente respecto al sector centro, indicando la relevancia del tráfico vehicular como fuente de emisión en la ciudad. Para el caso de los pasajeros de transporte público, las concentraciones expresadas como la mediana de PM2.5 y BC fueron 57 % y 54 % mayores comparadas con los peatones de las vías. Al interior del transporte público el porcentaje de aporte de BC fue aproximadamente del 41 % de la concentración total de PM registrado. Este es el primer estudio sobre exposición a estos contaminantes en Manizales; planteando la necesidad de seguir fortaleciendo análisis similares y usar los resultados como complemento para la gestión de calidad del aire en la ciudad