Millán Millán Muñoz CEAM, Valencia, Spain

Transcripción

1 OPTIMIZACIÓN N DE REDES DE SENSORES: DIFERENCIAS ENTRE EL NORTE Y EL SUR DE EUROPA Millán Millán Muñoz CEAM, Valencia, Spain DEL REGIMEN ADVECTIVO DE VIENTOS A LAS CONDICIONES RECIRCULATORIAS VERTICALES

2 ANTECEDENTES: En los años 60 y 70 la producción eléctrica se había ido agrupando en grandes centrales térmicas. Para calcular las nuevas chimeneas se utilizaron los formulismos existentes, aplicables sólo a emisiones pequeñas, a no más de 60 m de altura. Esto suponía una extrapolación dudosa a alturas para las que no se disponía de datos experimentales, y dio como resultado el diseño de chimeneas de 300 a 400 metros de altura, y un nuevo problema: el de las lluvias ácidas resultantes del transporte a larga distancia de los penachos de humos emitidos por dichas chimeneas altas (the Tall Stack-Acid Rain Problem). En 1970 Holanda y Alemania instalan nuevas redes de medida de contaminación atmosférica, e inician programas para determinar qué parte de los contaminantes medidos en sus redes era atribuible a emisiones en otros países. Dando lugar recusaciones entre algunos Estados Europeos. De hecho, el transporte de contaminantes a larga distancia y la lluvia ácida fueron dos de los temas clave de la Conferencia de las Naciones Unidas de Estocolmo en 1972.

3 En esta situación, la Comisión de las Comunidades Europeas lanza la acción COST 61a ( ) "Comportamiento Físico-químico del SO 2 en la Atmósfera, y a ésta sigue la COST 61b ( ) "Comportamiento Físico-químico de la contaminación atmosférica. Sus objetivos básicos eran: Coordinar los programas nacionales de investigación en contaminación atmosférica ya existentes (UK, desde 1966), e incorporar a otros estados (incluidos no comunitarios) Aportar datos contrastados y un sentido crítico a las recusaciones entre los Estados Miembros. Fomentar la investigación pre-normativa cuyos resultados sean aplicables para la elaboración de directivas. Obtener nuevos formulismos y modelos aplicables a los entornos y condiciones europeas. Precisamente, la revista Atmospheric Environment se creó en 1966 como medio para presentar los resultados científicos.

4 Actuaciones de este tipo ya se habían llevado a cabo en los EEUU y Canada desde mediados de los En 1973 la CCE decide utilizar los métodos basados en el uso de sensores remotos y unidades móviles, desarrollados en Canadá (COSPEC) y en UK (LIDAR) para caracterizar la dispersión y la sobre-elevación de los penachos. Al mismo tiempo la CCE organiza seis campañas de medida de contaminantes con sensores remotos, para unificar procedimientos e intercambiar experiencias. La primera campaña fue en Lacq (F, 1975) para el estudio de dispersión en terreno complejo. La segunda en Drax (UK, 1976) y la tercera en Cordemais (F, 1977) para el estudio de dispersión desde chimeneas altas. La cuarta campaña en la CT de Turbigo (IT, 1979) para el estudio de dispersión en régimen de brisas (montaña-valle) cerca de una gran ciudad (Milán). El estudio de dispersión de focos múltiples en condiciones urbanas se hizo en Gante (B, 1981), y sirvió para iniciar la optimización de la red de sensores de Bélgica.

5 La última campaña, en Foss-Berre cerca de Marsella (F, 1983), para la caracterización de dispersión en una gran zona industrial con interacciones de brisas mar-tierra y terreno complejo. En esta campaña la CCE financió por primera vez la participación de un grupo de Bilbao (Labein) cuando España no era aún miembro de las CCE. Las campañas no consiguieron uno de sus objetivos: la validación de los modelos de dispersión existentes. Pero sirvieron para documentar el transporte de contaminantes a cientos de Km de sus fuentes, y la complejidad de la dinámica atmosférica, incluyendo oscilaciones de los flujos y posibles recirculaciones verticales en varias regiones del sur de Europa. Se puede decir que sus resultados más importantes fueron: evitar caer en el mismo error de los EEUU, legislando modelos regulatorios, y mantener los programas de investigación en físico-química atmosférica después de la incorporación de Grecia (en 1982) y España y Portugal en 1986.

6 Dentro de este contexto hay que indicar que la optimización de las redes en el Reino Unido, Holanda, Bélgica y Alemania, se hicieron cuando los contaminantes principales eran el SO 2 y las partículas (negras) entre los años 1970 y En el sur de Europa, la optimización de la red de Bilbao se inicia a finales de 1981, y la de Cartagena en Todas estas optimizaciones se basaron en el seguimiento de los penachos de SO 2, como trazador de sí mismo, utilizando el COSPEC. El procedimiento se ilustra en las diapositivas siguientes.

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10 En verano los procesos meteorológicos en la cuenca mediterránea estan dominados por dos grandes sistemas meteorológicos, semipermanentes, ubicados a cada extremo de la cuenca como muestra la Figura siguiente. Al Oeste se sitúa el anticiclón de las Azores, y al Este el gran sistema de bajas presiones monzónico que se extiende desde el suroeste asiático hasta el oriente medio. Como resultado pueden producirse diferencias de presión de 30 a 40 hpa entre la costa atlántica de Portugal y las costas de Israel. Durante el verano, las depresiones móviles procedentes del Atlántico, con sus sistemas frontales "clásicos", tienden a pasar por el norte de los Alpes y, aproximadamente, entre los dos sistemas principales, el "flujo medio" se desvía hacia el Sur desde la gran llanura Húngara, pasando por el Mar Negro, el Mar Egeo y la cuenca Levantina hacia el Norte de Africa.

11 Las evidencias experimental y modelística Presión media en superficie sobre Europa en julio (Millán et al.; J. Geophy. Res, 102, D7, , 1997)

12 Las evidencias experimental y modelística En verano la brisa de mar y vientos de ladera se unen y crean una brisa combinada. En el frente de brisa los flujos de retorno se producen a una altura que aumenta con la distancia penetrada. Las laderas actúan como chimeneas orográficas que conectan los vientos en superficie directamente con sus retornos en altura. Finalmente, el frente de la brisa tiende a quedarse anclado en las cimas de las montañas entre 40 Km y 100 Km de la costa. Ref. Modelo Millán et al., Atmos. Environ., 30, (1997)

13 En España las chimeneas orográficas en los frentes de las brisas se autoorganizan en líneas de convergencia a lo largo de las cadenas montañosas. Y, se producen subsidencias compensatorias entre dichas líneas. El conjunto de estos sistemas conforma la llamada Baja Térmica Ibérica

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15 Adicionalmente, en verano, las brisas combinadas a lo largo de todas las costas de la cuenca mediterránea occidental se auto-organizan a escala regional. La figura siguiente muestra como los vientos emergen del centro de la cuenca occidental y aumentan su velocidad conforme fluyen hacia las chimeneas orográficas sobre las cadenas montañosas que rodean la cuenca.

16 Millán et al., J. Geophy. Res., 102, D7, (1997)

17 En esta circulación los vientos en superficie alimentan las brisas combinadas, mientras los flujos de retorno en altura (entre 2500 m y 5500 m) regresan hacia el centro de la cuenca, y se hunden, para mantener la continuidad. Así, La cuenca mediterránea occidental se comporta como un cuenco (irregular) en el que el aire hierve desde los bordes hacia el centro.

18 Millán et al., Environmental Pollution,118, (2002)

19 Acumulación de contaminantes atmosféricos Courtesy of J. Fishman, NASA, J. Geophy. Res., 95, 3599, (1990)

20 La subsidencia (hundimiento) compensatoria total sobre el centro de la cuenca, se produce aproximadamente entre el medio día y media tarde, y es del orden de 1500 m/día. Por otra parte la altura media del sistema de estratos al final de las recirculaciones verticales diurnas es de 5500 (+) m. Esto, sugiere que cada día se recircula entre 1/4 y 1/3 de la profundidad del sistema de estratos. Adicionalmente, cuando la subsidencia compensatoria está plenamente desarrollada sobre la Cuenca Mediterránea Occidental tiende a confinar la profundidad de las brisas de mar a menos de 300 m de altura, a todo lo largo de su recorrido desde la costa hasta las chimeneas orográficas en el interior.

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