Mejora de la modelización de metales pesados en la atmósferaaplicación a la Península Ibérica

  1. González Serrano, Mª Ángeles
Dirigida por:
  1. Marta García Vivanco Director/a
  2. Francisco Valero Rodríguez Director

Universidad de defensa: Universidad Complutense de Madrid

Fecha de defensa: 06 de octubre de 2014

Tribunal:
  1. Luis Vázquez Martínez Presidente/a
  2. Elisa de Castro Rubio Secretaria
  3. Ernesto García Parra Vocal
  4. Luis Antonio Gavete Corvinos Vocal
  5. Fernando Martín Llorente Vocal
Departamento:
  1. Física de la Tierra y Astrofísica

Tipo: Tesis

Teseo: 118556 DIALNET

Resumen

Los metales pesados son uno de los grupos de contaminantes más peligrosos para el medio ambiente y la salud humana. Son emitidos a la atmósfera por fuentes naturales y antropogénicas, normalmente en forma de partículas, las cuales pueden ser fácilmente incorporadas por los organismos llegando a provocar graves problemas de salud, especialmente las finas. Resulta, por tanto, de gran utilidad poder estimar la concentración de cada metal, utilizando para ello la modelización. En general, los modelos de calidad del aire no incluyen metales en su código, y los que sí, lo hacen en forma de partículas finas. Diversas publicaciones, así como medidas en estaciones, indican que los metales también existen como partículas gruesas. Los metales pesados (Pb, Cd, As, Ni, Cu, Cr, Zn y Se) fueron incluidos como partículas finas no reactivas en la versión 2008 del modelo Chimere (Menut et al., 2013) por el Grupo de Modelización de la Contaminación Atmosférica de CIEMAT (Vivanco et al., 2011. González et al., 2012). En el marco de esta tesis, se han incorporado en la versión 2013 de CHIMERE dos nuevas especies para cada metal: una fracción fina, para aquellas partículas metálicas de diámetro inferior a 2.5 m, y una fracción gruesa, para aquellas con diámetro comprendido entre 2.5 y 10 m. Estas nuevas especies fueron implementadas en CHIMERE considerando la distribución de tamaños de cada metal en la atmósfera, la cual fue estimada tras una revision de algunos estudios previos (Allen et al., 2001, Kuloglu y Tuncel, 2005, Witt et al., 2010), y un análisis realizado con medidas de metales en PM10, PM2.5 y PM1.La anterior versión de CHIMERE carecía de emisiones naturales de metales. Sin embargo, algunos estudios (Nriagu, 1989; Richardson et al., 2001; Pacyna and Pacyna, 2001) demuestran que las fuentes naturales también son importantes, y modelos como MSCE-HM o FARM ya las incluyen en sus desarrollos. Por tanto, en esta tesis se ha trabajado para dotar a CHIMERE la capacidad de estimar emisiones de metales de tipo natural, en concreto las producidas por la resuspensión de polvo. Para ello, se implementó en el modelo una parametrización, sugerida en Richardson et al. (2001), que tiene en cuenta la concentración de cada metal en el suelo y el flujo total de polvo.Con objeto de evaluar los nuevos desarrollos incluidos en CHIMERE se realizaron simulaciones para el año 2009 con tres configuraciones distintas: una configuración base (B), con los metales tratados como partículas finas, una configuración (Fmas C) considerando las nuevas especies fina y gruesa de los metales, y una última configuración (FN maCN), donde además de estas nuevas especies se incluyó la resuspensión de polvo como fuente de emisión natural. Las simulaciones se realizaron para 6 dominios (EU05, SP02, CAT075, CAT025, HU075 y HU025), utilizando para ello la meteorología calculada por WRF, y las emisiones antropogénicas procedentes de distintos inventarios. Las simulaciones se evaluaron con observaciones registradas en distintas estaciones de medida de calidad del aire (redes MAGRAMA, EMEP, IDAEA-CSIC y CIQSO), primeramente en SP02 con medidas de metales en PM10, y después en los dominios a alta resolución, CAT025 y HU025, con medidas en PM10 y PM2.5. Estas evaluaciones se realizaron tanto gráficamente, mediante series temporales, como estadísticamente, calculando métricas como el MFB o el MFE. CHIMERE presentó resultados aceptables para Pb, Cd, As y Ni, los cuatro metales regulados en la legislación europea, aunque en todos los casos se observó una infraestimación de las observaciones, dicha infraestimación fue más acusada para Cr, Cu y Zn. En el caso del Se, se observó una sobreestimación. El modelo parece reproducir el comportamiento de las dos especies nuevas de cada metal, aunque la fracción gruesa aparece generalmente más subestimada. La consideración de la resuspensión de polvo como fuente de emisión natural mejoró significativamente la modelización, sobre todo para el As.