Modelación espacial del ozono en el área metropolitana de Guadalajara, Jalisco con WRF-CHEM

Transcripción

1 2015 Modelación espacial del ozono en el área metropolitana de Guadalajara, Jalisco con WRF-CHEM

2 DIRECTORIO Dra. María Amparo Martínez Arroyo Directora General del INECC Dr. J. Víctor Hugo Paramo Figueroa Coordinador General de Contaminación y Salud Ambiental Dr. Arturo Gavilán García Director de Investigación para el Manejo Sustentable de Sustancias Químicas Productos y Residuos M. en C. José Abraham Ortínez Álvarez Sudirector de Modelación y Salud Ambiental Universidad Nacional Autónoma de México Dr. Agustín García Reynoso Investigador Titular Centro de Ciencias de la Atmosfera M. en C. Cintia Gabriela Resendíz Martínez. Posgrado en Ciencias de la Tierra CCA-UNAM Dr. Gerardo Ruiz Suarez Investigador Titular Centro de Ciencias de la Atmosfera Universidad de Ehime Dr. Saito Masahiko Universidad de Ehime del Japón

3 RESUMEN El objetivo de este trabajo fue identificar la formación, concentración y transporte de ozono (O 3 ) mediante el uso del modelo de calidad del aire, WRF-Chem en el Área Metropolitana de Guadalajara (AMG) en el Estado de Jalisco, para. El procedimiento incluyó considerar las emisiones de Jalisco y estados aledaños a partir del Inventario Nacional de Emisiones 2005 (INEM 2005), la topografía, la meteorología de la región y mediciones en superficie a partir del empleo del WRF-chem se determina la concentración del ozono (O 3 ) entre otros contaminantes en el área. La evaluación del desempeño de WRF-Chem se hace mediante Model Evaluation Tool (METv4.1) el cual interpola las salidas y las compara con las mediciones de ozono hechas en la superficie durante el 22 al 28 de mayo de El análisis estadístico de METv4.1 para mediciones en superficie muestra que en las nueve estaciones se obtiene un índice de concordancia (Willmott, 1985) mayor al 0.6 para el ozono y mayor a 0.8 para las variables meteorológicas como temperatura y humedad relativa, lo que indica que el modelo puede reproducir la meteorología de la región y la concentración de ozono hecha por WRF-Chem es aceptable. De los resultados se muestra que hay procesos (por influencia del NO y meteorología) que se requieren de estudiar con más detalle para reproducir con el modelo los cambios en la concentración de O 3, esto sucede en las noches, en estaciones como Atemajac, Las pintas, Loma Dorada, Oblatos y Tlaquepaque, se observa que el ozono se genera durante las horas después del medido día y durante el período estudiado llega a influenciar zonas hacia el nor-este de la ciudad y en algunas ocasiones otros estados como el de Aguascalientes y Guanajuato.

4 Objetivos. 1. Evaluar el inventario (INEM 2005) que será base de modelación. 2. Comparar resultados del modelo con las mediciones hechas en la campaña de monitoreo de ozono y evaluar el desempeño del modelo. 3. Evaluar la calidad del aire en la región con respecto a ozono. Fisiografía. Ubicación geográfica Al norte 22 45', al sur 18 55' de latitud norte; al este ', al oeste ' de longitud oeste. El estado de Jalisco representa el 4.0% de la superficie del país. Jalisco colinda al norte con Nayarit, Zacatecas y Aguascalientes; al este con Zacatecas, Guanajuato y Michoacán de Ocampo; al sur con Michoacán de Ocampo, Colima y el Océano Pacífico; al oeste con el Océano Pacífico y Nayarit. Climatología Cálido subhúmedo con lluvias en verano en un 24.49% de la superficie estatal. Semicálido subhúmedo con lluvias en verano en un 45.65% del estado. Templado subhúmedo con lluvias en verano en 16.29% de la superficie Semiseco muy cálido y cálido en un 2.62% Semiseco semicálido en 6.84% de la superficie. Semiseco templado en 4.11% La zona metropolitana Guadalajara (ZMG) es una región urbana que comprende 8 municipios en total (Tabla 1) Tabla 1. Zona metropolitana de Guadalajara. Característic Superfici Municipio a e (km 2 ) Guadalajara El Salto 1,163.6 Tlajomulco de Zúñiga Zona urbana Tlaquepaqu e Tonalá Zapopan 87.9 Juanacatlán Ixtlahuacan Zona de los conurbada membrillos Figura 1. Mapa de la climatología presente en Jalisco. Fuente: INEGI 2012.

5 La formación y transporte de los contaminantes depende entre otros factores topográficos, de la meteorología de la región de estudio (temperatura, precipitación y campos de viento) por lo que es necesario tener el antecedente de estos factores. En las siguientes gráficas (Fig. 2) se presenta la tendencia anual de estos factores en Guadalajara en los años comprendidos de Inventario Nacional de Emisiones 2005 El inventario de emisiones que se utilizó es el del año 2005, el proceso para obtener la distribución de las emisiones para el territorio mexicano en el año 2005 se basó en la clasificación de fuentes móviles, fuentes fijas (industrias, tipo y cantidad de emisión) y fuentes de área, en formato de entrada para el modelo WRF: Distribución espacial de emisiones. Distribución temporal de emisiones. Especiación. Agrupación en RADM2. WRF-Chem Los principales módulos de que consta el modelo WRF (Figura 4) son: Figura 2. viento máximo en la Ciudad de Guadalajara, Jalisco (INEGI, SMN). METODOLOGÍA El sistema pre-procesador del WRF (conocido como WPS). Este módulo procesa las bases meteorológicas de NARR aplicadas al dominio de estudio y datos de terreno (Figura 5). La base de datos NARR (1979 a la fecha), se descarga de la página web de National Centers for Environmental Prediction (NCEP). La resolución temporal y espacial es de 3 horas y 32 km respectivamente.los sub-módulos que se ejecutan para llevar a cabo el preprocesamiento tienen como salida la meteorología modelada de la región en fechas específicas.wrf. En este módulo se trabaja con la meteorología (salidas de WPS) aplicando la química atmosférica y como base de emisiones el inventario INEM Las salidas del modelo están en formato NetCDF y pueden ser visualizadas con NCview. Figura 3. Metodología general.

6 Herramientas de post-procesamiento y de visualización. Para el post procesamiento de datos se utilizan herramientas de evaluación del modelo como MET, realiza la estadística y la comparación entre los datos de salida del modelo WRF/Chem y las mediciones hechas en campaña de monitoreo. La visualización se lleva a cabo con los programas GrADS que es en dos dimensiones, mediante scripts este programa proyecta mapas con las variables que se quieren observar y VIS5D muestra las salidas en tres dimensiones. Fuentes Externas Datos Obs Alternativos Datos Obs Convencionales Datos Terreno Datos en Malla NAM, GFS, RUC NARR, AGRMET Preprocesamiento WRF OBSGRID WPS WRFDA REAL Modelo WRF Datos Ideales 2D: Hill Grav Squall & brisa 3D: Supercelda, LES & Ondas Baroclinicas Global Modelo ARW (incluye Chem & fires) Post procesamiento WRF VAPOR NCL ARWpost (GrADS / Vis5D) RIP4 UPP (GrADS / GEMPAK) MET RESULTADOS La modelación se llevó a cabo del 22 al 26 de mayo, se decidió realizar modelación desde dos años antes, es decir, las mismas fechas de mayo pero para los años 2010, 2011 y 2012, esto con el fin de proporcionar antecedente tanto de la concentración de ozono como de la meteorología. Se presentan sólo los resultados del año Ozono: Las imágenes presentan la concentración en partes por billón de ozono por cada hora. Para obtener la hora real se tiene que restar 6 hrs a la hora de la salida del modelo (Tabla 2), y poder observar la concentración de ozono en las horas con luz solar. Día 22- mayo 23- mayo Hora WRF Hora REAL 12:00 06:00 13:00 07:00 14:00 08:00 15:00 09:00 16:00 10:00 17:00 11:00 18:00 12:00 19:00 13:00 20:00 14:00 21:00 15:00 22:00 16:00 23:00 17:00 00:00 18:00 Día 22- mayo Tabla 2. Comparación de hora del modelo con la hora real. Figura 5. Dominio de modelación.

7 Figura 6. Concentración de ozono el 22 de mayo del 2012 a las 9am (15Z) y 12 pm (18Z). Figura 7. Concentración de ozono el 23 de mayo del 2012 a las 9am (15Z) y 12 pm (18Z).

8 Figura 8. Concentración de ozono el 24 de mayo del 2012 a las 9am (15Z) y 12 pm (18Z). Figura 6. Concentración de ozono el 25 de mayo del 2012 a las 9am (15Z) y 12 pm (18Z).

9 Meteorología Figura 10. Campos de viento a las 12 pm (18Z) y temperatura máxima ( C).

10 así como de las variables meteorológicas más importantes. Previamente se habían hecho estudios de modelación en la ZMG (Davydova Belitskaya et al., 2001, Mendoza et al 2009), sin embargo la aplicación del modelo WRF-Chem que ha sido ampliamente usado para zonas urbanas, es una herramienta más completa y funcional para la simulación de las interacciones atmosféricas con el terreno y meteorología específica de una región. Fig. 11 Distribución de las Estaciones de Monitoreo atmosferico en Guadalajara. Estación ID Latitud Longitud Atemajac ATM 20º43'10.6'' 103º21'19.48'' Oblatos OBL 20º42'1.78'' 103º17'47.99'' Vallarta VAL 20º40'48.51'' 103º23'54.80'' Centro CEN 20º40'25.81'' 103º19'59.81'' Las águilas AGU 20º37'51.59'' 103º25'0.27'' Miravalle MIR 20º36'52.19'' 103º20'36.07'' Loma dorada LDO 20º37'45.27'' 103º15'50.49'' Las pintas LPI 20º34'36.12'' 103º19'35.48'' Tlaquepaque TLA 20º38'27.39'' 103º18'45.03'' Tabla 3. Estaciones de monitoreo en Guadalajara, Jalisco CONCLUSIONES A partir de este trabajo se conoce la evolución y distribución espacial de las concentraciones de ozono en el AMG, así mismo se obtuvo un inventario de emisiones adecuado para la modelación para el estado de Jalisco, así como la implementación del modelo, WRF-Chem. Los resultados muestran que es válido usar este modelo de calidad del aire ya que representa la simulación de las concentraciones de ozono REFERENCIAS Developmental Tested Center. WRF/Chem, UPP, MET. Disponible en: Consultado el 26 de septiembre de Secretaria de Ecología y Medio Ambiente. Diagnóstico ambiental de la calidad del aire en Quintana Roo con WRF-Chem. Marzo, Servicio Meteorológico Nacional. Resumen histórico de meteorología. Disponible en: smn.cna.gob.mx climatología,consultado el 24 de septiembre del SINAICA. Red de Monitoreo Atmosférico de la Zona Metropolitana de Guadalajara, Jalisco. Disponible en: ra.html Consultada el 17 de septiembre del INEGI. Sistema para la consulta del Anuario Estadístico del Estado de Jalisco, Edición Disponible en: spanol/sistemas/aee02/estatal/jal/index.ht m Consultado el 28 de agosto de ANEXOS Tesis Evolución y Distribución Espacial de ozono, en la zona metropolitana de Guadalajara Jalisco Resendiz, Cintia., Garcia, Agustin CCA-UNAM, 2015