DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Transcripción

1 Concurso Nacional de Estadísticos Jóvenes Para estudiantes de licenciatura y de posgrado Organizado por la Asociación Mexicana de Estadística Patrocinado por SAS DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA La presencia de contaminantes en la atmósfera de las grandes ciudades tiene una estrecha relación con las fuentes de emisión, el terreno y la meteorología de la región. En el caso de la Ciudad de México, factores como las condiciones fisiográficas, el clima de la cuenca, el desarrollo urbano e industrial y el consumo de energía, influyen en el deterioro de la calidad del aire, la cual a pesar de la instrumentación de medidas integrales y los esfuerzos realizados por las autoridades, continúan presentando condiciones desfavorables en la mitad de los días del año 1. Desde los años sesenta en la Ciudad de México se han llevado a cabo esfuerzos para entender y confrontar los problemas de calidad del aire. Sin embargo, el primer programa para mejorar la calidad del aire se diseñó en 1990 (PICCA ). Este programa contempló la introducción de gasolina sin plomo y diesel con bajo contenido de azufre, control de emisiones evaporativas en gasolineras, restricción a la circulación y verificación obligatoria para todos los vehículos registrados en la ciudad, instalación obligatoria de convertidores catalíticos en todos los autos nuevos, uso de gas LP en vehículos comerciales, y uso de gas natural en plantas termoeléctricas en sustitución del combustóleo. El segundo programa de largo alcance surgió en 1995 (PROAIRE I, ) con el objetivo principal de reducir las concentraciones pico y promedio de ozono por medio de estrategias como mejoramiento e incorporación de nuevas tecnologías en la industria y los servicios, mejoramiento y sustitución de energéticos en la industria, los servicios y vehículos automotores, entre otras. El tercer programa inició en 2002 (PROAIRE II, ) con el propósito de mejorar la calidad del aire para proteger la salud humana. Las acciones se orientaron al mejoramiento y modernización del transporte, la producción de bienes y servicios limpios, la modernización tecnológica para el control de las emisiones, entre otras 2. 1 Informe de la Calidad del Aire en la Ciudad de México, SMA, Informe especial sobre el derecho humano a un medio ambiente sano y la calidad del aire en la ciudad de México, CDHDF,

2 En la atmósfera de la Ciudad de México los contaminantes que se monitorean de forma continua son el ozono (O 3 ), el monóxido de carbono (CO), el dióxido de azufre (SO 2 ), el dióxido de nitrógeno (NO 2 ), los óxidos de nitrógeno (NOx), las partículas menores a 10 micrómetros (PM 10 ), las partículas menores a 2.5 micrómetros (PM 2.5 ) así como las variables meteorológicas temperatura (TMP), humedad relativa (HR), velocidad (VV) y dirección del viento (DV). La importancia de monitorear estos contaminantes radica en los efectos que producen en la salud humana y en los ecosistemas. En el Anexo se presenta un resumen del impacto por contaminante y cuáles son las fuentes que los generan. Existen valores de referencia para determinar si estos contaminantes afectan la salud humana, los cuales determina cada país. En el caso de México, la Secretaría de Salud del Gobierno Federal tiene la atribución para emitir normas de salud con obligatoriedad para todo el territorio nacional, las cuales se conocen como Normas Oficiales Mexicanas de Salud Ambiental (NOM-SSA). Dependiendo del contaminante es el tiempo que se establece como tiempo de exposición y se puede clasificar como exposición aguda (si se presenta por algunas horas) o crónica (si su duración es más prolongada, mensual o anual). La evaluación de las NOM-SSA se realiza por sitio de monitoreo y, sólo si la NOM-SSA lo especifica, se obtienen promedios móviles. De lo contrario, los promedios son de la hora 1 a la hora 24 del mismo día. En la Tabla 1 se presentan las normas para ozono (O 3 ), monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO 2 ), dióxido de nitrógeno (NO 2 ), partículas menores a 10 micrómetros (PM 10 ) y partículas menores a 2.5 micrómetros (PM 2.5 ). También se especifica si el valor de referencia es por exposición aguda o crónica. Por otro lado, cuando se habla de riesgo por contaminación atmosférica impera la necesidad de evaluar las NOM. En términos de contaminación atmosférica, se puede decir que las mediciones que se realizan en cada sitio de monitoreo son representativas de un área alrededor del sitio (zona de cobertura). Para fines ilustrativos, en este caso se consideran las zonas noroeste (NO), noreste (NE), centro (CE), suroeste (SO) y sureste (SE); ver mapa.

3 Tabla 1. Normas Oficiales Mexicanas de Salud Ambiental Contaminante (NOM) Ozono (O 3 ) NOM-020-SSA Monóxido de Carbono (CO) NOM-021-SSA Dióxido de Azufre (SO 2 ) NOM-022-SSA Dióxido de Nitrógeno (NO 2 ) NOM-023-SSA Partículas Menores a 10 micrómetros (PM10) NOM-025-SSA Partículas Menores a 2.5 micrómetros (PM2.5) NOM-025-SSA Exposición aguda Exposición crónica Concentración Frecuencia máxima Concentración (tiempo promedio) aceptable (tiempo promedio) 110 ppb (1 hora) Ninguna al año - 80 ppb 4 veces al año (el límite (máximo diario de se refiere al 5 máximo promedios móviles de 8 anual) horas) - 11 ppm (máximo diario de promedios móviles de 8 1 vez al año horas) 130 ppb (promedio de 24 horas) 210 ppb (1 hora) 120 µg/m³ (promedio de 24 horas) 65 µg/m³ (promedio de 24 horas) 1 vez al año 30 ppb (promedio anual) 1 vez al año - 2% de mediciones al año (el límite se refiere al Percentil 98 anual) 2% de mediciones al año (el límite se refiere al Percentil 98 anual) 50 µg/m³ (promedio anual) 15 µg/m³ (promedio anual) En el contexto químico ppb representa partes por billón, ppm partes por millón y µg/m³, microgramos por metro cúbico. Cualquier duda con respecto a las Normas Oficiales Mexicanas de Salud Ambiental consulte

4 Mapa de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México NO NE CE SO SE Para este problema se considera solamente una parte de los sitios de monitoreo, debido a la complejidad que implicaría analizar los 34 sitios del Sistema de Monitoreo Atmosférico de la Ciudad de México. Se seleccionó una estación por cada zona, asegurando que cuente con mediciones de la mayoría de los contaminantes y variables meteorológicas. Se cuenta con una base de registros horarios, para cada estación y cada contaminante, de los últimos 10 años (2000 a 2009). La base de datos que se proporciona para el análisis se encuentran organizada por Fecha, Hora y las demás columnas corresponden a los registros de cada estación/parámetro. Existen valores faltantes en la base de datos, los cuales están codificados de la siguiente manera: Código para datos faltantes: Parámetros: CO, VV HR TMP NO 2, NOx, O 3, SO 2, PM 10, PM 2.5, DV

5 Cabe comentar que en el caso de las partículas menores a 2.5 micrómetros, los registros que se incluyen en la base de datos se registraron a partir del 1/1/2004, debido a que la medición de este contaminante inició a finales del año 2003, por tal motivo en la base de datos aparece la bandera NR (no registrado) del 1/1/2000 al 31/12/2003. La relación de las estaciones de monitoreo y las variables medidas (contaminantes y parámetros meteorológicos) se presenta a continuación: Estación de monitoreo Parámetro Unidades Tlalnepantla San Agustín Merced Pedregal UAM-Iztapalapa (TLA) (SAG) (MER) (PED) (UIZ) O 3 ppb X X x x x NOx ppb X X x x x NO 2 ppb X X x x x CO ppm X X x x x SO 2 ppb X X x x x PM 10 µg/m³ X X x x PM 2.5 µg/m³ X X x x VV m/s X X x x DV azimut X X x x TMP C X X x x HR % X X x x Simbología: x medición de la variable correspondiente, m/s metros por segundo, C grados Celsius, % - porcentaje.

6 Los participantes del concurso deberán analizar los datos asociados en este contexto de medio ambiente y contaminación atmosférica, considerando las cinco estaciones de monitoreo. Los supuestos del modelo o de los modelos utilizados deberán describirse explícitamente y con toda claridad. El trabajo sometido deberá incluir una sección para cada uno de los siguientes temas y/o preguntas. 1. Análisis exploratorio de las diversas variables en el estudio. 2. Existe alguna asociación entre los contaminantes y las variables atmosféricas? En caso afirmativo, en qué sentido? 3. A lo largo de los años se han implementado acciones para la mejora de la calidad del aire como las que se comentaron al inicio de este texto. Existen cambios en los niveles de los contaminantes en el periodo de estudio? En caso afirmativo, en qué sentido? 4. Se puede establecer un pronóstico a corto plazo para el ozono (O 3 ) y las partículas menores a 10 micrómetros (PM 10 )? Argumente. En caso afirmativo, en qué sentido se da dicho pronóstico para cada uno de estos contaminantes? 5. Se pueden identificar estaciones de monitoreo críticas? Argumente. En caso afirmativo, cuáles de las estaciones se pueden considerar críticas? Por crítico se entiende que son de alto riesgo para la salud de la población. Marzo 2011

7 ANEXO Por su origen los contaminantes atmosféricos se clasifican como primarios y secundarios. Los contaminantes primarios son emitidos directamente a la atmósfera por alguna fuente de emisión y los secundarios reaccionan en la atmósfera a partir de los contaminantes primarios. Contaminantes atmosféricos y fuentes de generación Contaminante Cómo se genera? SO 2 Quema de combustibles que contienen azufre. El azufre se encuentra de manera natural en el petróleo crudo y es más abundante en las fracciones menos volátiles, por lo que la quema de combustibles pesados (combustóleo, gasóleo, asfalto) puede ser un importante emisor de este contaminante. Primarios NO x CO Los óxidos de nitrógeno se producen durante la combustión de los compuestos nitrogenados presentes en los combustibles. La contribución más importante proviene de la combinación del nitrógeno y el oxígeno atmosféricos durante la combustión a altas temperaturas. NOx = NO + NO2. Se produce durante la combustión incompleta de los combustibles que contienen carbono. La fuente más importante de este contaminante es la quema de gasolina en los vehículos. Secundarios PM 10 O 3 PM 2.5 Las partículas son emitidas por la quema de combustibles y de biomasa, son levantadas del suelo por el viento y pueden provenir de cenizas. Las actividades de construcción y demolición pueden ser una fuente importante también. Se forma en la tropósfera por la fotólisis del dióxido de nitrógeno (NO2), en cantidades poco apreciables. En presencia de la luz del sol e hidrocarburos químicamente reactivos, la oxidación de los hidrocarburos genera compuestos transitorios y muy reactivos que reaccionan con el óxido nítrico para generar dióxido de nitrógeno, el cual a su vez da origen al ozono. Este proceso renueva el dióxido de nitrógeno sin consumo de ozono, favoreciendo su acumulación. Los mecanismos de formación de ozono son complejos y dependen de una gran cantidad de factores que son característicos para cada región, tales como las emisiones, composición del aire, fisiografía, intensidad de la radiación solar, entre otros. La gran mayoría de partículas menores a un micrómetro se produce como resultado de reacciones químicas en la atmósfera, que involucran una amplia variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos, en algunos casos se pueden generar de manera paralela a la formación de ozono, ya que involucran los mismos precursores.

8 Los efectos en la salud y los ecosistemas se presentan a continuación Efectos en la salud (exposición aguda) Contaminante Efectos Ozono (O ) 3 Irrita las vías respiratorias Afecta al sistema inmunológico Ataques de asma Dificultad para respirar, tos, jadeos Inflamación pulmonar Partículas (PM 10 y PM 2.5 ) Irrita las vías respiratorias Agrava el asma Dificultad o dolor para respirar, tos Bronquitis crónica Dióxido de azufre (SO ) 2 Afecta el sistema respiratorio Irritación de ojos Irritación de las vías respiratorias Afecta el sistema inmunológico, ocasionando vulnerabilidad en las defensas Monóxido de carbono (CO) Causa problemas visuales, reduce la capacidad mental, la destreza manual y dificulta la ejecución de tareas complejas Niveles extremadamente altos producen intoxicación severa y pueden provocar la muerte Dióxido de nitrógeno (NO ) 2 Altera el metabolismo y la función pulmonar Disminución de la inmunidad contra infecciones Provoca lesiones pulmonares Contaminante Ozono (O ) 3 Partículas (PM 10 y PM 2.5 ) Dióxido de azufre (SO 2 ) Monóxido de carbono (CO) Dióxido de nitrógeno (NO 2 ) Efectos en la salud (exposición crónica) Efectos Reduce la capacidad pulmonar Daño permanente en los pulmones Agrava el asma Susceptibilidad a enfermedades respiratorias, como neumonía y bronquitis Decremento de la función pulmonar Incremento de padecer enfermedades cardiovasculares Desarrollo de enfermedades crónicas como el cáncer Muerte prematura Agrava las enfermedades cardiacas y respiratorias Causa enfermedades respiratorias como bronco-constricción, bronquitis y traqueítis Puede causar bronco espasmos en asmáticos Provoca enfermedades respiratorias Incremento de padecer enfermedades cardiovasculares y agrava las enfermedades cardiacas Incremento en admisiones hospitalarias por emergencias respiratorias o cardiovasculares Agrava el asma Provoca enfermedades respiratorias

9 Contaminante Ozono (O ) 3 Partículas (PM 10 y PM 2.5 ) Dióxido de azufre (SO 2 ) Dióxido de nitrógeno (NO 2 ) Efectos en los ecosistemas Efectos Interfiere con la producción y almacenaje de comida en las plantas Daña las hojas de los árboles y otras plantas Incrementa la vulnerabilidad a enfermedades, plagas y climas extremos Reduce la producción agrícola y forestal Causante principal de poca visibilidad Acidificación de los cuerpos de agua Cambios en el balance de nutrientes Desgaste de los nutrientes del suelo Daño en los bosques sensibles y cultivos Afecta la diversidad de los ecosistemas Mancha y daña las rocas y otros materiales Afecta monumentos y esculturas Reducción de la visibilidad Contribuye a la formación de la lluvia ácida Daña los bosques y cultivos Cambia la composición del suelo y los cuerpos de agua Acelera el deterioro de materiales Contribuye a la formación de la lluvia ácida Es un gas de efecto invernadero Causa eutrofización en los cuerpos de agua Bloquea la entrada de luz y obstaculiza la visibilidad Reacciona con otros compuestos causando mutaciones en los seres vivos Marzo 2011