universidad de sevilla escuela tÉcnica superior de...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD DE SEVILLA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA
Máster en Ingeniería Ambiental
MEMORIA DEL TRABAJO FIN DE MÁSTER
LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE EN BADAJOZ Y
SUS NIVELES DE OZONO TROPOSFÉRICO
SANTIAGO MÁRQUEZ ROMERO DE TEJADA
SEPTIEMBRE, 2015
ÍNDICE
1 RESUMEN ................................................................................................................................ 3
2 OBJETIVOS .............................................................................................................................. 7
3 ANTECEDENTES .................................................................................................................... 8
3.1 Calidad del aire y contaminación atmosférica. ................................................................. 8
3.2 Contaminantes atmosféricos. ............................................................................................. 9
3.3 Protección de la atmósfera frente a contaminantes ....................................................... 19
3.4 Efectos de la contaminación atmosférica ....................................................................... 25
3.5 Redes de vigilancia y control de la calidad de la contaminación atmosférica en
Extremadura .............................................................................................................................. 32
3.6 Legislación .......................................................................................................................... 39
4 MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................................................. 48
4.1 Datos .................................................................................................................................... 48
4.2 Programa informáticos ...................................................................................................... 49
4.3 Metodología de trabajo ...................................................................................................... 50
5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................................................... 54
5.1 Análisis legislativo ............................................................................................................. 54
5.2 Análisis del comportamiento del ozono troposférico .................................................... 74
5.3 Estudio de las retrotrayectorias de las masas de aire ................................................... 83
6 CONCLUSIONES .................................................................................................................. 97
7 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 99
1. RESUMEN
3
1 RESUMEN
En el presente Trabajo Fin de Máster se realiza un estudio de la calidad del aire de la
ciudad de Badajoz, en el que se analiza el grado de cumplimiento de la legislación
vigente así como la variabilidad temporal de los diferentes contaminantes.
Los datos utilizados para este estudio son los correspondientes al periodo comprendido
entre los años 2002 y 2012 y han sido proporcionados por la Dirección General de Medio
Ambiente de la Consejería de Agricultura, Desarrollo Rural, Medio Ambiente y Energía
del Gobierno de Extremadura.
Los contaminantes objeto de estudio son: dióxido de azufre (SO2), monóxido de carbono
(CO), monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO2), benceno (C6H6),
partículas en suspensión (PM 10 y PM 2,5), y ozono (O3). Estos contaminantes se miden en
continuo y se ha realizado un estudio de seguimiento de acuerdo con la legislación
vigente (Directiva 2008/50/CE) para los posibles casos de superación de los niveles
permitidos.
Entre todos los contaminantes estudiados es el ozono el que presenta un mayor número
de incumplimientos en el periodo de estudio. Ello puede deberse a que en la región
extremeña hay muchos días en los que los niveles de radiación y temperatura son
elevados, lo que favorece la formación de ozono troposférico [1].
Por este motivo se ha realizado un estudio estadístico para determinar las posibles
correlaciones entre la concentración de ozono troposférico con la radiación solar directa y
la temperatura, desde el año 2002 hasta 2012. Este estudio, presenta la novedad de
considerar la estación del año como un factor que puede condicionar la influencia de
estos parámetros en la concentración de ozono troposférico.
El trabajo se estructura en siete capítulos. Tras este resumen, en el capítulo dos se
indican cuáles son los principales objetivos de este trabajo, en el tercer capítulo, de
carácter introductorio, se presentan los concepto de contaminación atmosférica y calidad
de aire y se detallan los movimientos y reacciones que se producen en las capas bajas
de la atmósfera, de los cuales depende la persistencia y concentración de los distintos
agentes contaminantes. También se describen las principales características de dichos
contaminantes atmosféricos, así como los efectos que producen tanto a nivel global como
a regional sobre los ecosistemas, el clima, la estratosfera y, más específicamente, sobre
la salud humana, de animales y de plantas, e incluso los efectos sobre los materiales y la
1. RESUMEN
4
visibilidad. Este capítulo se concluye con una revisión de la legislación existente en
materia de calidad de aire.
En el capítulo cuatro, se describen los datos que han servido de base para el estudio, así
como los programas informáticos utilizados. Además se expone la metodología de trabajo
que se ha seguido.
En el quinto capítulo se presentan y analizan los resultados obtenidos sobre la calidad del
aire en la ciudad de Badajoz, durante los años 2002 a 2012.
En el sexto capítulo se incluyen las principales conclusiones de este Trabajo Fin de
Máster, obtenidas a partir de los resultados del capítulo anterior.
Por último, en el capítulo siete, se recoge la bibliografía utilizada.
1. SUMMARY
5
SUMMARY
This dissertation deals with a study on the air quality in the city of Badajoz, by checking
the degree of compliance with the current legislation, as well as the temporal variability of
different pollutants.
The data which have been used for this study on the air quality in the city of Badajoz from
2002 until 2012 and were provided by the Environment Directorate-General of the
Regional Ministry of Agriculture, Rural Development, Environment and Energy of The
Government of Extremadura,
The pollutants studied are: sulphur dioxide (SO2), carbon monoxide (CO), nitrogen
monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO2), benzene (C6H6), particulate matter (PM10 and PM
2.5) and ozone (O3), which are measured continuously and monitored under Directive
2008/50/CE, to detect potential exceedances of limit
Among all of the pollutants studied is ozone which presents major breaches in the study
period. It may be that in the region of Extremadura there are many days in which radiation
and temperature levels are high, makes that the tropospheric ozone formation occurs
more easily [1].
For this reason a statistical study has been carried out which proves by means of a trend
analysis, the correlations between tropospheric ozone concentration, the direct solar
radiation and temperature from 2002 until 2012. This study, presents also the novelty of
consider the season as a factor that can influence the influence of these parameters on
the concentration of ground-level ozone.
The work is structured in seven sections. After this summary, in section two, will be
indicated what are the main objectives of this work, in section three, introductory
character, will be presented the concepts of atmospheric pollution and air quality and it
also deals with the reactions that occur in the lower layers of the atmosphere of which the
persistence and concentration of various pollutants depend on. It also explains the main
characteristic of these atmospheric pollutants, as well as the effects that they produce at
both global and regional levels on different ecosystems, climate, stratosphere and more
specifically on our health, plants and animals, and even the effects on materials and
visibility. This section concludes with a review of the existing legislation in terms of air
quality.
1. SUMMARY
6
In the fourth section, will be describe data that have served as the basis for the study, as
well as the computer programs used. In addition the work methodology that we have
followed will be exposed.
In the fifth section, we will present and discuss the results determined on air quality in the
city of Badajoz, for years 2002 to 2012.
In the sixth section, will be presented the major findings in this End of Master Work,
determined from the results of the previous section.
Finally, in section seven, the bibliography used is collected.
2. OBJETIVOS
7
2 OBJETIVOS
A la hora de realizar este trabajo, el interés se ha centrado en estudiar, evaluar y analizar
la calidad del aire de la ciudad de Badajoz de acuerdo con la legislación vigente, así
como identificar variables meteorológicas y ambientales que puedan influenciar en la
contaminación atmosférica. Todo ello se ha realizado sobre la base de datos facilitados
por la Dirección General de Medio Ambiente de la Consejería de Agricultura, Desarrollo
Rural, Medio Ambiente y Energía del Gobierno de Extremadura, correspondientes al
periodo comprendido entre los años 2002 y 2012.
Los principales objetivos de este Trabajo Fin de Máster son los siguientes:
Realizar una revisión y depuración exhaustiva de la base de datos suministrada
para adecuarla a las necesidades de este estudio.
Identificar los incumplimientos de la legislación producidos durante el periodo de
estudio y analizar las posibles causas.
Determinar, mediante un estudio estadístico, la influencia que las variables
meteorológicas pueden tener sobre los contaminantes atmosféricos y contrastar si
dicha influencia se ve afectada por la estación del año.
Analizar el efecto que tienen los movimientos de las masas de aire en la
concentración de ozono troposférico, según su procedencia.
3. ANTECEDENTES
8
3 ANTECEDENTES
3.1 Calidad del aire y contaminación atmosférica.
El aire es esencial para la vida, y no sólo porque permite respirar a los organismos vivos,
sino también porque su influencia en la Tierra hace que ésta sea habitable. Se dice de la
atmósfera, constituye el principal mecanismo de defensa de todas las formas de vida [2].
Existen numerosas definiciones de calidad del aire, entre ellas se ha escogido la que dice
que: “Se entiende por calidad del aire la adecuación a niveles de contaminación
atmosférica, cualesquiera que sean las causas que la produzcan, que garanticen que las
materias o formas de energía, incluidos los posibles ruidos y vibraciones, presentes en el
aire no impliquen molestia grave, riesgo o daño inmediato o diferido, para las personas y
para los bienes de cualquier naturaleza" [2].
El concepto calidad del aire da una idea del grado de pureza del aire que se respira. Una
buena o mala calidad del aire depende de la cantidad y concentración de contaminantes
presentes en el mismo. La evaluación de la calidad de aire en España la realiza el
Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, a partir de los datos que envían
periódicamente las comunidades autónomas y otras entidades locales.
En relación con el concepto de contaminación atmosférica, la Organización Mundial de la
Salud (OMS) la define como “la situación en la cual la atmósfera contiene una
concentración de materiales que son perjudiciales para el ser humano y su entorno”.
Siempre ha existido contaminación atmosférica de origen natural, por erupciones
volcánicas, incendios, tormentas de arena, descomposición de la materia orgánica o
polen, pero es a partir del descubrimiento del fuego por el ser humano cuando aparece la
contaminación atmosférica antropogénica o contaminación atmosférica en sentido
estricto, la cual ha cobrado importancia, sobre todo, a partir de la revolución industrial y el
uso masivo de combustibles fósiles como fuente de energía, [3].
Aunque se puede originar contaminación atmosférica por escapes o arrastres de gases u
otro material volátil, la principal fuente de contaminación son los procesos que implican
combustión, al reaccionar los distintos elementos que componen los combustibles, las
materias primas y el aire.
3. ANTECEDENTES
9
3.2 Contaminantes atmosféricos.
Los efectos producidos por la contaminación atmosférica dependen principalmente del
tipo de contaminantes y de cómo reaccionan entre ellos, de su concentración y variación
temporal y del tiempo de exposición, [4].
Atendiendo a su generación, los contaminantes atmosféricos se pueden clasificar en: [5]
Primarios: proceden directamente de las fuentes de emisión.
Secundarios: se originan en la atmósfera como consecuencia de reacciones
químicas que transforman los contaminantes primarios.
A continuación se estudian los principales contaminantes atmosféricos.
3.2.1 Dióxido de azufre
Gas incoloro de olor característico, cuya estructura molecular está constituida por un
átomo de azufre y dos de oxígeno. Su fórmula molecular es SO2.
Es una sustancia reductora que, con el tiempo, el contacto con el aire y la humedad, se
convierte en trióxido de azufre (SO3). La velocidad de esta reacción en condiciones
normales es baja.
Una de las principales fuentes de emisión humana de SO2 a la atmósfera es la
combustión del carbón y de otros combustibles fósiles como la gasolina o el fuel oil, ya
que éstos (especialmente el carbón) llevan siempre un cierto contenido de azufre. Esta
combustión se produce principalmente en centrales térmicas, en motores de explosión y
en sistemas de calefacción. Se generan también cantidades notables de SO2 en la
metalurgia, en los metales cuya mena es el sulfuro, como el hierro, el cobre o el níquel.
Existen también fuentes naturales de generación de SO2, como las erupciones
volcánicas, [6].
La permanencia media de SO2 en la atmósfera es de unos días, y depende de la rapidez
con la que se convierta en ácido sulfúrico (H2SO4) por absorción de humedad (H2O) y en
partículas de sulfatos por acción de la radiación solar, [7].
3. ANTECEDENTES
10
El H2SO4 es uno de los causantes de la lluvia ácida, ya que ésta arrastra a las partículas
de SO3 formadas por la oxidación del dióxido de azufre, provocando así la formación del
ácido.
Este gas es uno de los más tóxicos para las especies vegetales y sus efectos se
producen bien por la exposición a altas concentraciones durante periodos cortos o por la
exposición a concentraciones relativamente bajas durante largos periodos, [6].
El dióxido de azufre se utiliza para fines muy diversos, por ejemplo, como agente reductor
en metalurgia, como fluido refrigerante en la industria, como desinfectante y blanqueador,
para la conservación de sustancias alimenticias, como decolorante y fumigante. El
dióxido de azufre es uno de los compuestos más importantes de la industria química, el
98% se utiliza para la producción de trióxido de azufre como precursor del ácido sulfúrico,
[8].
La concentración de SO2 en el aire ambiente se mide mediante un analizador automático
basado en la emisión de radiación fluorescente por parte de la molécula de SO2.
SO2 + hν1 (UVC) ⇒ SO2*
SO2* ⇒ SO2 + hν2 (UVA)
La longitud de onda de excitación óptima está en torno a 214nm.
Emite una radiación fluorescente característica (λ=350nm) y su intensidad es
proporcional a la cantidad de SO2 presente en la muestra.
3.2.2 Óxidos de nitrógeno
Los óxidos de nitrógeno de mayor interés en los estudios de contaminación atmosférica
son el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2). El primero es un gas incoloro y
fuertemente irritante por inhalación. El segundo es un gas rojo pardo y tóxico por
inhalación.
El óxido nítrico y el dióxido de nitrógeno del aire urbano se producen a través de dos
procesos consecutivos. En primer lugar, las altas temperaturas alcanzadas en las
combustiones provocan la combinación directa del oxígeno y el nitrógeno del aire para
dar óxido nítrico (NO), y éste luego se oxida parcialmente a NO2. Por tanto, las
instalaciones fijas de combustión, los vehículos de gasolina, y los motores diésel emiten
óxidos de nitrógeno con proporciones variables de NO2 y NO. Posteriormente, el NO
3. ANTECEDENTES
11
introducido en la atmósfera por las fuentes emisoras se oxida a NO2, principalmente por
reacciones fotoquímicas, [9].
La principal fuente emisora de óxidos de nitrógeno a la atmósfera urbana son los
vehículos (especialmente los motores diésel) y, en menor medida, instalaciones de
combustión como las calefacciones.
Desde el punto de vista de protección de la salud, una exposición breve al NO2 puede
provocar irritación de los sistemas respiratorio y ocular. A largo plazo, los principales
efectos pueden ser un desarrollo pulmonar más lento en los niños y la aparición de
enfermedades respiratorias crónicas y cerebrovasculares.
Aunque toda la población esté expuesta a los contaminantes atmosféricos, no afectan por
igual a todo el mundo. Los niños, los ancianos y las personas con problemas de salud
(como asma, enfermedades del corazón y pulmonares) pueden sufrir más daños. Entre
estos compuestos solo el NO2 es tóxico para las plantas, [6].
La contaminación de origen fotoquímica, llamada smog o niebla tóxica, se produce por la
aparición de oxidantes en la atmósfera cuando reaccionan los óxidos de nitrógeno (NOx),
hidrocarburos (HC) y el oxígeno (O2) en presencia de los rayos solares (Figura 3.1).
Figura 3.1: Contaminantes que reaccionan en presencia de luz solar
Esta reacción se ve favorecida con situaciones anticiclónicas (fuerte sol y poco viento),
que retardan la dispersión de los contaminantes primarios, [10].
Las concentraciones de NO y de NO2 en el aire ambiente se mide mediante un analizador
automático basado en la emisión quimioluminiscente que se produce al reaccionar el NO
3. ANTECEDENTES
12
con el ozono. NO es una molécula relativamente inestable que se oxida a NO2 en
presencia de O3.
NO+O3 ⇒ NO2*+O2
NO2* ⇒ NO2+hν
Las moléculas NO2* al volver a su estado base, emite radiación (en la zona alta del
espectro visible, λ>650nm). La intensidad de la luz generada en la reacción es
proporcional a la concentración de NO.
La medida de NO2 se hace de forma indirecta: Se reduce el NO2 a NO haciendo pasar la
muestra de aire a través de un convertidor catalítico (el NO también pasará por ahí).
Esta muestra de aire reacciona con el ozono (proporcionado por un generador interno) en
la cámara óptica. Esta medida es igual a la concentración total de NOx (NO+NO2
convertido a NO). Posteriormente, el aire pasa directamente a la cámara de reacción
donde también reacciona con el ozono proporcionando la medida de NO.
El sistema electrónico realiza la resta de los valores de NOx – NO dando como resultado
la concentración de NO2.
3.2.3 Partículas atmosféricas
Las partículas atmosféricas son una mezcla compleja de componentes con
características químicas y físicas diversas, formadas a partir de otros contaminantes
primarios e, incluso, a partir de elementos naturales, en forma de polvo o de humos.
Resulta ser la forma más visible de contaminación atmosférica, porque es la que mejor se
detecta a simple vista.
En las ciudades europeas este material se genera en procesos de combustión
provenientes, tanto de los sistemas de calefacción de edificios como de las emisiones
generadas por el tráfico rodado, con especial importancia en de los motores de ciclo
diésel, los cuales consumen menos combustible que los de gasolina, pero causan cuatro
veces más contaminación atmosférica que el resto, pues emiten niveles muy superiores
de dióxido de nitrógeno (NO2) y partículas en suspensión, dos de los principales
contaminantes del aire, [9].
En la naturaleza existen importantes fuentes de partículas atmosféricas en suspensión,
como los incendios forestales, las erupciones volcánicas, el aerosol marino, o los vientos
que arrastran material desde el suelo, especialmente en zonas desérticas. En el caso
3. ANTECEDENTES
13
particular de España, por su situación geográfica, se pueden encontrar aportes de origen
natural procedentes del desierto del Sáhara, [8].
Los componentes inorgánicos más comunes de los humos son las sales (sulfatos,
nitratos y silicatos) de elementos diversos como los alcalinos, alcalinotérreos, metales
como el hierro, aluminio, cobre, plomo, mercurio, cadmio, etc. Entre los componentes
orgánicos, los más peligrosos son los hidrocarburos aromáticos policíclicos, y otros
hidrocarburos como los alquitranes.
La composición de las partículas en suspensión puede ser una mezcla muy variada, tal y
como se ha descrito anteriormente, sin embargo se suelen clasificar según su tamaño, y
no tanto por su origen o composición. Las partículas de diámetro aerodinámico igual o
inferior a 10 µm (PM10) suelen quedarse en la garganta y sus proximidades. Las que
tienen un diámetro igual o inferior a 2,5 µm (PM2,5) pueden llegar hasta los pulmones.
La peligrosidad de las partículas en suspensión es mayor cuanto menor es su tamaño,
porque atraviesan más fácilmente las mucosas que actúan como filtros del sistema
respiratorio, [11].
En cuanto a la forma de medición, en la unidad de vigilancia de la red, se utilizan dos
métodos:
1) El gravimétrico en el que se recogen diariamente muestras en filtros y se pesan.
Se mide la masa del filtro limpio y la del mismo con el contaminante recolectado. La
diferencia entre ambas determina la masa de partículas contenida en un determinado
volumen.
2) La medida de la concentración de partículas mediante atenuación de la Radiación
β. En primer lugar se mide la atenuación que sufre la radiación β de la fuente al atravesar
una porción de filtro limpio. A continuación se mide la atenuación sufrida al atravesar el
filtro en el que se han depositado las partículas. La intensidad de la radiación disminuye
de acuerdo con la ley de Beer. A partir de las medidas realizadas en ambos casos se
puede determinar la masa de partículas depositadas en el filtro. Como fuente de radiación
β de baja energía (0.01 a 0.1MeV) se suelen utilizar sondas radiactivas de carbono 14 o
kriptón 85.
3. ANTECEDENTES
14
3.2.4 Monóxido de carbono
El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, más ligero que el aire, formado por
un átomo de carbono y uno de oxígeno, que se produce por la combustión incompleta del
carbono en ambientes pobres en oxígeno, tales como un motor de explosión o una
habitación cerrada. En la naturaleza se genera monóxido de carbono, por ejemplo, en la
producción y degradación de la clorofila. Su fórmula química es CO.
Su presencia se ha reducido de manera continua en los últimos años, debido
fundamentalmente a los cambios tecnológicos en los vehículos de motor que son los
principales emisores de este contaminante, [12].
Una concentración elevada de CO en el aire es peligrosa: al inhalarlo se combina con la
hemoglobina de la sangre formando carboxihemoglobina, (COHb), siendo la afinidad de
la hemoglobina por el CO unas 250 veces mayor que por el O2, lo que reduce la
capacidad de la sangre para transportar éste desde los pulmones hasta los tejidos, [8].
La principal fuente de emisión antropogénica de CO a la atmósfera la constituyen los
motores de explosión. El CO se produce en todo proceso que implique una combustión
incompleta.
La concentración de CO en el aire ambiente se mide mediante un analizador automático
basado en la absorción por infrarrojo no dispersivo IRND (NDIR) por parte de la molécula
de CO. (Figura 3.2)
Una de las principales bandas de absorción del CO se encuentra en la zona del infrarrojo,
concretamente entre 4.5 y 5μm.
Al estudiar la atenuación que sufre la intensidad de una señal IR que atraviesa la muestra
de gas, se puede determinar la concentración de CO (aplicando la Ley de Bouguer-
Lambert–Beer). Se emplea una fuente de radiación que emite en la región del IR.
3. ANTECEDENTES
15
Figura 3.2: Analizador automático para la medición de CO a través de radiación infrarroja.
La radiación pasa a través de dos celdas paralelas, una que contiene un gas de
referencia, que no absorbe dicha radiación, y otra que contiene la muestra de aire
ambiente a analizar. Un detector mide las intensidades de los haces una vez que han
atravesado las celdas de medida. Conociendo ambas intensidades se puede obtener la
concentración del monóxido de carbono en la muestra de aire.
3.2.5 Benceno
El benceno es un hidrocarburo cíclico que está constituido por una estructura con seis
átomos de carbono. Cada átomo de carbono se encuentra enlazado con un átomo de
hidrógeno. Su fórmula química es C6H6. Es un líquido incoloro que emite vapores tóxicos
con efectos cancerígenos en los seres vivos. Se encuentra en el alquitrán de hulla y en el
petróleo, del que se separa por destilación. Este contaminante, forma parte de los
denominados Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs), compuestos químicos de
estructuras diversas, formados principalmente por carbono e hidrógeno, y en menor
3. ANTECEDENTES
16
medida por otros elementos como oxígeno, nitrógeno o azufre, que debido a su baja
presión de vapor, pueden dan lugar a concentraciones elevadas en el aire, [8].
El benceno presente en la atmósfera procede principalmente de emisiones provocadas
por la actividad humana en las ciudades. Las fuentes más comunes son el uso del
automóvil, la evaporación de gasolinas y gasóleos, la producción de diversos compuestos
químicos y de las emisiones procedentes de la combustión incompleta del carbón y de
productos derivados del petróleo.
Respirar niveles de benceno altos puede causar la muerte, mientras que niveles más
bajos pueden provocar somnolencia, mareo, aceleración de los latidos del corazón,
dolores de cabeza, temblores, confusión y pérdida del conocimiento, [9].
El efecto principal de la exposición de larga duración (365 días o más) al benceno tiene
lugar en la sangre. El benceno produce efectos nocivos en la médula ósea y puede
causar una disminución en el número de glóbulos rojos, lo que conduce a anemia, [8].
Para la medida de este contaminante en la atmósfera se usa la cromatografía de gases,
para lo que se realiza un muestreo del aire por aspiración en un cartucho absorbente
(carbón activo o similar). Para la desorción de la muestra, se produce un rápido
calentamiento de la misma y se introduce en la columna de separación de un equipo de
cromatografía gaseosa.
3.2.6 Ozono
El ozono es un gas de color ligeramente azulado e irritante, compuesto por tres átomos
de oxígeno, más denso que el aire. Es un oxidante fuerte por lo que ataca a la materia
orgánica y muy poco soluble en agua (0,1 g/100ml).
El ozono presenta dos propiedades que marcan sus relaciones con la vida de nuestro
planeta: su fuerte absorción de la radiación ultravioleta y su gran poder oxidante. La
primera hace que su presencia en la estratosfera, sea imprescindible como filtro para
evitar que lleguen a nivel de suelo, altos niveles de radiación ultravioleta. La segunda
propiedad, su alto poder oxidante, es la que hace indeseable la presencia de ozono en la
troposfera, ya que puede producir daños en nuestra salud y en la vegetación. Produce un
efecto irritante en los ojos y en el tracto respiratorio y puede desencadenar reacciones
asmáticas. Igualmente puede causar efectos en el sistema nervioso central, dando lugar
a dolor de cabeza y alteraciones de la conducta, [13].
3. ANTECEDENTES
17
La mayor parte de sus precursores tienen su origen en la actividad humana, siendo
considerados contaminantes atmosféricos primarios, mientras que el ozono sería un
contaminante secundario, pues es generado a partir de éstos.
El problema de contaminación por ozono se creía, que era exclusivo de aquellos
emplazamientos con un elevado nivel de contaminantes primarios, como las grandes
ciudades. Sin embargo, las corrientes atmosféricas facilitan el desplazamiento a distancia
(incluso transoceánica) de los precursores, por lo que es necesario considerar, además,
la situación meteorológica, en aspectos tales como la radiación, temperatura y régimen
de vientos que se presenta, [14].
Las zonas alejadas de los focos de contaminación atmosférica primaria, pero con
elevados niveles de radiación solar y temperatura, pueden presentar altas
concentraciones de ozono troposférico, [15]. Las elevadas temperaturas propician la
formación de ozono troposférico al favorecer la cinética de las reacciones químicas y, de
modo indirecto, al aumentar la generación de compuestos orgánicos volátiles de origen
natural, [16].
La formación de ozono troposférico procede de dos fuentes: por una parte, transferencias
desde la estratosfera a la troposfera, donde estos procesos contribuyen muy poco a la
concentración de ozono; y por otra, la producción a partir de las emisiones, antropogénica
y biogénica, de compuestos primarios, principalmente óxidos de nitrógeno (NOx) y
compuestos orgánicos volátiles (COVs). De esta forma, la contaminación por ozono es el
resultado de un proceso complejo que involucra reacciones químicas entre los NOx,
COVs y el oxígeno en presencia de luz solar. Las concentraciones más altas de ozono
junto a la superficie, suceden principalmente en las estaciones del año con mayor
insolación y gran estabilidad atmosférica, [17].
Las condiciones Meteorológicas que favorecen esta situación, propician una menor
dispersión de los contaminantes, aumentando la probabilidad de que reaccionen entre
ellos.
El ozono troposférico se forma y destruye en una serie de reacciones que involucran a
contaminantes como son los óxidos de nitrógeno. Blacet, fue uno de los primeros en
constatar que en la fotodisociación del NO2 se produce ozono, [13].
3. ANTECEDENTES
18
Este ciclo se inicia al disociarse el NO2 en presencia de la radiación solar:
NO2 → NO + O
Este oxigeno procedente de la fotodisociación del NO2 es muy reactivo, y se combina con
el oxígeno molecular de aire:
O2 + O → O3
Pero el ozono es muy inestable y, en presencia de NO, se reduce con facilidad y rapidez
para producir de nuevo NO2 y oxigeno molecular:
NO + O3 → NO2 + O2
Esto produce que la concentración de ozono presente en la atmósfera sea estable.
Viéndose afectada esta estabilidad por la emisión a la atmósfera de sustancias
precursoras para la formación de ozono.
La concentración de O3 en el aire ambiente se mide mediante un analizador automático
basado en la absorción de radiación ultravioleta por las moléculas de ozono.
Este método se basa en el hecho de que las moléculas de ozono absorben radiación
ultravioleta. La forma en que la radiación UV es absorbida, está directamente relacionada
con la concentración de O3 y viene dada por la Ley de Lambert-Beer. La longitud de onda
de la fuente utilizada suele ser de ≅ 250nm (UVC)
La muestra de aire que entra en el equipo se divide en dos partes: (como se muestra en
la Figura 3.3).
3. ANTECEDENTES
19
Figura 3.3: Proceso de medición de ozono troposférico basado en la absorción de
radiación ultravioleta
Una de ellas pasa a través de un elemento desozonizador para la eliminación de todas
las trazas de ozono. La otra entra directamente en el sistema detector formado por la
celda de absorción y el detector de muestra. Ambas líneas de muestras, con y sin ozono,
se miden alternativamente, comparándose los dos valores y produciendo una salida en
continuo de la concentración de ozono en la muestra.
3.3 Protección de la atmósfera frente a contaminantes
Con el nombre de atmósfera se conoce a la envoltura gaseosa que rodea la Tierra, de
unos 200 Km de espesor (Figura 3.4). La atmósfera es un medio continuo a través del
cual son transportados y dispersados los contaminantes. Este transporte se realiza
gracias al movimiento del aire que se produce a escala planetaria, regional y local.
3. ANTECEDENTES
20
Figura 3.4: Representación de las distintas capas atmosféricas.
Una vez en la atmósfera, la persistencia de los contaminantes dependerá de diversos
factores, ya sean de carácter meteorológico, como el lavado por el agua de lluvia, la
deposición por acción de la gravedad, el impacto contra superficies, o su transformación
por diversas reacciones químicas en otras sustancias que pueden ser contaminantes, en
este caso se denominan secundarios, [6].
La capacidad de la atmósfera para diluir las concentraciones de contaminantes es
fundamental para preservar una buena calidad del aire, y esto va a venir marcado
principalmente por las condiciones meteorológicas. Así, en una atmósfera estable, se
propicia la acumulación de contaminantes y la formación de secundarios, mientras que en
una atmósfera inestable, la difusión de estos es más eficaz debido a las turbulencias [8].
La variación de la temperatura con la altura es un elemento clave en el fenómeno de
dispersión atmosférica y en el ascenso del penacho de las chimeneas de las
instalaciones industriales: cuando un volumen de aire se encuentra a mayor temperatura
que el que lo rodea tiende a ascender, dada su menor densidad, y a expandirse, dado
3. ANTECEDENTES
21
que en su ascenso encuentra capas de aire de menor densidad, lo que provoca que
disminuya la concentración de los contaminantes que arrastra en su seno.
3.3.1 Inversión térmica
Existen situaciones atmosféricas que favorecen la aparición de “episodios” de
contaminación, siendo la más común la “inversión térmica”, que ocurre cuando la
temperatura, en un estrato de la atmósfera, aumenta con la altura en lugar de disminuir.
La inversión térmica es un proceso natural que afecta a la circulación del aire en las
capas bajas de la atmósfera. Aunque por sí sola no representa un riesgo para la salud,
aumenta los efectos de la contaminación atmosférica.
El aire se mueve constantemente y las capas que lo forman suelen ordenarse por su
temperatura, con las más frías circulando en la parte alta de la atmósfera y las más
calientes, abajo
Cuando ese ciclo de movimiento se interrumpe, se forma una capa de aire frío que queda
inmóvil sobre el suelo e impide la circulación atmosférica. Este fenómeno, llamado
inversión térmica, se produce con más frecuencia en las noches despejadas y con poco
viento, cuando el suelo ha perdido calor por radiación y las capas de aire cercanas a él se
enfrían más rápido que las capas superiores, [8].
Cuando el aire se mueve con normalidad (Figura 3.5), hace circular grandes cantidades
de gases y partículas suspendidas, eliminando la contaminación y limpiando la atmósfera
de manera natural. Por eso, cuando la inversión térmica (Figura 3.6), inmoviliza las capas
inferiores cercanas al suelo sobre una ciudad, quedan atrapados los contaminantes y la
población se expone a respirar un aire más contaminado.
3. ANTECEDENTES
22
Figura 3.5: Representación de las escalas de temperatura en una atmósfera normal.
Figura 3.6: Representación de las escalas de temperatura en una atmósfera en la que se
ha originado una inversión térmica.
A nivel más global, situaciones como las anticiclónicas o de borrasca, con dimensiones
de entre 1.000 y 5.000 Km, actúan sobre el flujo transfronterizo de contaminantes,
propiciando el movimiento de contaminantes a nivel global, [8].
3.3.2 Condiciones atmosféricas
La situación de la atmósfera determina el estado y movimiento de las masas de aire, lo
que a su vez, condiciona la estabilidad o inestabilidad atmosférica, que facilita o dificulta
la dispersión de la contaminación.
3. ANTECEDENTES
23
Entre los factores atmosféricos que se deben tener en cuenta, destacan: [18]
Temperatura del aire y sus variaciones con la altura (gradientes verticales de
temperatura), que determinan los movimientos de las masas de aire y, por tanto,
las condiciones de estabilidad atmosférica (Figura 3.7). Asimismo, estas
variaciones verticales pueden dar lugar a situaciones de inversión térmica, como
ya se ha visto en el apartado 3.3.1, lo que dificulta la dispersión de los
contaminantes.
Figura 3.7: Mapa del tiempo que muestra una situación anticiclónica sobre la
península ibérica.
Vientos, relacionados con la dinámica horizontal de la atmósfera, son de gran
importancia en la dispersión de los contaminantes, en función de sus
características: dirección, velocidad y turbulencia. La dirección señala la zona
hacia la que se pueden desplazar los contaminantes; la velocidad está en relación
directa con la capacidad de dispersión, a mayor velocidad, se incrementa la
dispersión, mientras que la turbulencia provoca una reducción de contaminantes.
Precipitaciones, que producen un efecto de lavado sobre la atmósfera al
arrastrar parte de los contaminantes al suelo. Las condiciones atmosféricas de
bajas presiones que suelen acompañar a las precipitaciones favorecen la
dispersión de los contaminantes.
Insolación, que favorece las reacciones entre los percusores de los
contaminantes secundarios, aumentando la concentración de los mismos.
3. ANTECEDENTES
24
3.3.3 Características geográficas y topográficas
La situación geográfica y el relieve tienen influencia en el origen de las brisas
(movimientos de las masas de aire de origen local), que arrastran los contaminantes o
provocan su acumulación. La incidencia de este fenómeno es diferente según las zonas
en que se produzca y sus características. [18]
En las zonas costeras se originan sistemas de brisas marinas, que durante el día
desplazan los contaminantes hacia el interior. Durante la noche, en cambio, al
invertirse la circulación de las mismas, la contaminación se desplaza hacia el mar,
en un movimiento cíclico que se repite cada día (Figura 3.8).
Figura 3.8: Sistema de brisas marinas y efectos sobre los contaminantes
En las zonas de montaña se generan las llamadas brisas de ladera y de valle,
como consecuencia del diferente calentamiento de las laderas y valles y del
periodo día-noche. Durante el día, la radiación solar calienta las laderas y estas
calientan a su vez las masas de aire, generándose una corriente ascendente de
aire caliente que se desplaza por las laderas desde el valle hacia las cumbres
(brisas de ladera), mientras que en el fondo del valle se acumula una masa de
aire frío y se origina una situación de inversión térmica que impide el movimiento
de las masas de aire y dificulta la dispersión de los contaminantes. Durante la
noche, la temperatura de las laderas es menor y se origina una corriente
descendente de aire frío desde las cumbres hacia el valle (brisas de valle), que da
lugar a la misma situación en relación con la concentración de los contaminantes.
Además, las laderas de las montañas son un obstáculo para el movimiento de las
masas de aire, favoreciendo la acumulación de contaminantes (Figura 3.9).
3. ANTECEDENTES
25
Figura 3.9: Esquema de la formación de brisas de ladera y de valle.
La presencia de masas vegetales disminuye la cantidad de contaminantes en el
aire, al frenar la velocidad del viento, facilitando la deposición de partículas que
quedan retenidas en las hojas, de forma mayoritaria. Además, la vegetación
absorbe CO2 para realizar la fotosíntesis, actuando como un sumidero, y por lo
tanto con una función reguladora del mismo.
3.4 Efectos de la contaminación atmosférica
La contaminación atmosférica afecta a millones de personas de todo el mundo,
especialmente a aquellas que viven en los grandes núcleos urbanos y en áreas
fuertemente industrializadas, con denso tráfico de vehículos. Las emanaciones de polvos
y gases corrosivos deterioran el medio ambiente dando lugar a olores desagradables,
pérdida de visibilidad y daños para la salud humana, para los cultivos y otras formas de
vegetación y sobre los materiales de construcción.
Los seres humanos inspiran alrededor de 2.800 veces por día y en cada inspiración,
además de oxígeno y nitrógeno gaseosos, nuestros pulmones pueden inhalar otras
sustancias y partículas contaminantes, [19].
La contaminación atmosférica apareció primero como una molestia grave pero,
posteriormente, se ha convertido en una amenaza para la calidad de la vida, ya que una
contaminación excesiva puede poner en peligro la salud y llegar a convertir algunas
zonas en lugares no aptos para ser habitados, [19]. Los efectos producidos por la
contaminación atmosférica dependen principalmente de las concentraciones, de los tipos,
del tiempo de exposición y de las fluctuaciones temporales en las concentraciones de
contaminantes, así como de la sensibilidad de los receptores y los sinergismos entre
contaminantes.
3. ANTECEDENTES
26
3.4.1 Efectos globales
Cada vez está más admitida la necesidad de realizar estudios sobre los posibles efectos
que a largo plazo puede producir la contaminación atmosférica a largo plazo sobre los
distintos ecosistemas, sobre el clima y sobre la estratosfera. Tanto las modificaciones de
las características de los suelos, debidas al lavado de los elementos del mismo por las
lluvias ácidas, como los cambios producidos en las grandes masas de agua por el
aumento de la concentración de metales tóxicos, pueden tener consecuencias ecológicas
irreversibles
El aumento de las concentraciones de dióxido de carbono y de otros contaminantes en la
atmósfera puede dar lugar a una elevación general de la temperatura del globo, por
«efecto invernadero», que modificaría el régimen de lluvias, lo que produciría alteraciones
sobre las tierras cultivables y la extensión de los desiertos. Por otra parte, los sulfatos y
las partículas finas que disminuyen la visibilidad pueden igualmente reducir la intensidad
de la radiación solar. Los hidrocarburos halogenados y los óxidos de nitrógeno emitidos
por los aviones supersónicos pueden provocar una disminución de ozono en la
estratosfera con el consiguiente aumento de la radiación ultravioleta que llegaría a la
Tierra, [19].
3.4.2 Efectos sobre los ecosistemas
La acidificación de las aguas interiores tiene efectos muy graves sobre los ecosistemas
acuáticos. Se ha demostrado que todos los tipos de organismos integrantes de los
ecosistemas de agua dulce son sensibles a la acidificación, produciéndose cambios en
todos los niveles tróficos. La acidificación de los lagos y de las masas de agua se está
extendiendo progresivamente cada vez a mayor número de países, afectando día a día a
áreas más extensas, [19].
El aumento de la acidez del agua de los lagos y ríos provoca un fuerte incremento del
contenido de iones aluminio disueltos en el agua. El ión aluminio es muy tóxico para la
mayor parte de los organismos y se cree que, en gran medida, la muerte de las
poblaciones de peces en los lagos acidificados se debe al envenenamiento por aluminio.
Otros metales tóxicos tales como cadmio, zinc y plomo tienen igualmente una mayor
facilidad para disolverse en agua ácida, por lo que son más accesibles para los animales
y plantas acuáticas.
3. ANTECEDENTES
27
Los suelos presentan, por lo general, una mayor resistencia a la acidificación que el agua.
No obstante, el grado de sensibilidad puede variar muy ampliamente de unas zonas a
otras dependiendo, principalmente, del espesor de la capa de humus, de la consistencia
del sustrato, y de los tipos de rocas y suelos. Uno de los efectos más importantes de la
acidificación de los suelos es, el incremento de la movilidad, con las consiguientes
pérdidas por lixiviación, de ciertos cationes metálicos de carácter básico tales como
calcio, magnesio, potasio y aluminio.
En Europa Central, las altas deposiciones desde la atmósfera de compuestos de azufre y
nitrógeno han producido graves daños sobre amplias áreas de suelos y bosques. El daño
a los bosques probablemente ha sido causado por la acción combinada de ácidos y
metales en el suelo y por las altas concentraciones de SO2 presentes en el aire de estas
zonas, [19].
3.4.3 Efectos sobre el clima
Durante los últimos años existe una creciente preocupación por los posibles efectos que
sobre el clima pudiera causar el aumento progresivo de contaminantes en la atmósfera
como consecuencia de las actividades humanas.
Se sabe que el incremento de CO2 en la atmósfera es debido a las alteraciones que las
actividades humanas producen en el ciclo biogeoquímico del carbono. Por una parte, en
el uso de combustible fósiles y en los incendios forestales se generan grandes cantidades
de CO2, y por otra parte, estos mismos incendios y la tala progresiva de bosques, que
produce una disminución de las masas forestales mundiales, la degradación del suelo y
la creciente desertificación, da lugar a una disminución de la tasa de la absorción total del
CO2 presente en la atmósfera por la vegetación, [8].
El incremento de la concentración del CO2 en la atmósfera puede alterar la temperatura
de la Tierra debido a que el CO2 es transparente a la radiación solar recibida del sol,
dejándola pasar libremente, pero absorbe la radiación infrarroja emitida desde la Tierra.
El efecto total es que cuanto más alta sea la concentración de CO2 en la atmósfera,
mayor es la cantidad de energía recibida por la Tierra desde el Sol que queda atrapada
en la atmósfera en forma de calor. Este fenómeno que se conoce con el nombre de
«efecto invernadero», puede producir un recalentamiento de la atmósfera, [10].
Se estima que, de duplicarse la concentración actual de CO2 en la atmósfera, podría
aumentar en dos o tres grados centígrados la temperatura de la misma. En las zonas
3. ANTECEDENTES
28
lluviosas se incrementarían las precipitaciones y las zonas áridas serían aún más áridas,
mientras que los hielos polares comenzarían a derretirse, [20].
Las partículas finas presentes en la atmósfera pueden tener igualmente efectos sobre el
clima. Estas partículas tienen una doble acción sobre la radiación solar: por un lado,
difunden la luz incidente y, por el otro, absorben una parte de esta radiación, lo que da
lugar a un calentamiento de las partículas y la emisión de radiación infrarroja. Los
efectos atmosféricos que producen dependen de la altitud a la que las partículas se
encuentren.
Las partículas situadas a baja altura disminuyen el flujo solar sobre el suelo, pero
contribuyen a aumentar el efecto invernadero. A más altura, el efecto de barrera solar es
superior, produciendo un enfriamiento de la baja atmósfera y un calentamiento en la
estratosfera, [17].
Otro tipo de contaminantes vertidos a la atmósfera que pueden afectar el clima son los
clorofluorcarbonados (CFCs), debido a su acción sobre la capa de ozono y a que, como
ya se ha indicado anteriormente, el ozono es el principal absorbente de la radiación solar
ultravioleta en la estratosfera, regulando la temperatura de la misma, [19].
3.4.4 Efectos sobre la estratosfera
La presencia en la estratosfera de determinados compuestos, especialmente los
clorofluorocarbonos, puede provocar una disminución de la concentración de ozono en
ella. La capa estratosférica de ozono protege la superficie de la Tierra de una exposición
excesiva a los rayos solares ultravioletas actuando como filtro. Una disminución sensible
de esta capa protectora tendría efectos perjudiciales para la salud humana y la biosfera.
Este incremento de la radiación podría producir un aumento apreciable de casos de
cáncer de piel en los seres humanos y efectos negativos sobre otros organismos vivos.
En especial ciertos tipos de plancton vegetal, animales invertebrados y algunos
vertebrados en determinadas etapas de su ciclo vital, que son muy sensibles a la
radiación ultravioleta, [19].
3.4.5 Efectos sobre la salud
Las relaciones existentes entre las enfermedades humanas y la exposición a la
contaminación no son sencillas ni se conocen con exactitud. No obstante, existen
abundantes pruebas de que en general, concentraciones elevadas de contaminantes en
3. ANTECEDENTES
29
el aire son peligrosas para los seres humanos y, por supuesto, también para los
animales.
Los efectos que producen sobre la salud se ponen claramente de manifiesto, por el
aumento de la mortalidad, sobre todo en las personas de edad avanzada o en los
individuos más sensibles. Más difíciles de discernir son los efectos que, a largo plazo,
pueden producir las exposiciones episódicas de contaminantes.
Se ha comprobado la relación existente entre la contaminación atmosférica, producida
por partículas en suspensión y dióxido de azufre, y la aparición de bronquitis crónica
caracterizada por la producción de flemas, catarros y dificultades respiratorias en los
seres humanos. Se ha observado igualmente, que cuando las concentraciones tanto de
SO2 como de partículas en suspensión superan los 500 g/m3 de aire, como promedio de
24 horas, se produce un aumento de la mortalidad en la población en general, siendo los
grupos más sensibles los formados por individuos con procesos cardíacos o pulmonares.
Con promedios diarios de 250 g/m3 de SO2 y de humos se ha registrado el
empeoramiento en los enfermos con afecciones pulmonares, [19].
La presencia en el aire de elevadas concentraciones de monóxido de carbono (CO)
representa una amenaza para la salud. El CO inhalado se combina con la hemoglobina
de la sangre, dando lugar a la formación de carbooxihemoglobina, lo que reduce la
capacidad de la sangre para el transporte de oxígeno desde los pulmones hasta los
tejidos. Se ha comprobado que una saturación de carbooxihemoglobina por encima del
10% puede provocar efectos sobre la función psicomotora que se manifiesta con
síntomas de cansancio, cefaleas y alteraciones de la coordinación. Por encima del 5% de
saturación se producen cambios funcionales cardíacos y pulmonares, [8].
Los óxidos de nitrógeno, NOx, son contaminantes igualmente peligrosos para la salud. La
mayor parte de los estudios relativos a los efectos de los NOx se han ocupado, sobre
todo, del NO2 ya que es el más tóxico. Los efectos producidos por el NO2 sobre los
animales y los seres humanos afectan principalmente al tracto respiratorio. Se ha
observado que una concentración media en el aire de 190 g/m3 de NO2, superada el
40% de los días, aumenta la frecuencia de infecciones de las vías respiratorias en la
población expuesta, [19].
Los metales tóxicos presentes en el aire representan una amenaza para la salud humana
cuando se inhalan en cantidades suficientes, debido a la tendencia que presenta el
organismo a su acumulación. Por su importancia, se dectacan los efectos producidos por
3. ANTECEDENTES
30
el plomo sobre la salud humana, donde una vez incorporado este metal a la corriente
sanguínea, una parte se almacena en los huesos y otra se expulsa por la orina, en una
continua fase de renovación en el organismo. A partir de ciertas concentraciones, puede
producir efectos adversos en el comportamiento, afectan a la inteligencia de los niños y
puede ser causa de anormalidades en los fetos de madres gestantes. En los adultos,
aunque son menos sensibles, puede producir serios e irreversibles daños en su sistema
nervioso, [19].
Otras sustancias tóxicas presentes en el aire tales como el cadmio, amianto, varios
compuestos orgánicos halogenados y el benceno, entre otros, pueden provocar
modificaciones genéticas y malformaciones en los fetos, siendo algunos de ellos
cancerígenos.
3.4.6 Efectos sobre las plantas
Las plantas muestran una especial sensibilidad a la mayor parte de los contaminantes del
aire, y sufren daños significativos a concentraciones más bajas que las necesarias para
causar efectos perjudiciales sobre la salud humana y animal.
Es difícil establecer valores límites de la contaminación atmosférica a partir de los cuales
los efectos negativos se empiezan a manifestar, ya que estos dependen de la
constitución de la planta y de la especie de que se trate, es decir, hay una especificidad
de respuestas.
Por otra parte, los efectos producidos por la contaminación atmosférica se pueden
manifestar por la alteración de diversos mecanismos vitales de las plantas. Así, las
funciones metabólicas y los tejidos vegetales se pueden ver afectados como
consecuencia de la acción de gases como el dióxido de azufre, el monóxido de carbono y
los compuestos de flúor. Los daños causados se manifiestan en forma de necrosis foliar
en áreas localizadas que presentan un color marrón-rojizo-blanco, de clorosis,
adquiriendo el tejido una coloración verde pálida o amarilla, o por la aparición de
manchas puntuales necróticas. Si la acción del contaminante es muy fuerte puede llegar
a paralizar el crecimiento de la planta, [8].
Entre los distintos contaminantes que se presentan generalmente en el aire ambiente, el
SO2 es uno de los que tiene mayor importancia debido a su gran toxicidad para la
vegetación.
3. ANTECEDENTES
31
Las brumas de ácido sulfúrico, causadas por la presencia en el aire de los óxidos de
azufre, ocasionan daños en las hojas, caracterizados por la aparición de manchas
producidas por las gotas de ácido depositadas sobre las hojas humedecidas por el rocío
o la niebla. Concentraciones relativamente bajas de SO2 pueden causar daños
importantes en la vegetación sensible, como consecuencia de la acción sinérgica de este
contaminante con el ozono y los óxidos de nitrógeno, aunque éstos se presenten en
bajas concentraciones en el aire, [19].
Entre los óxidos de nitrógeno solo el NO2 es tóxico para las plantas, incluso a pequeñas
concentraciones y largo tiempo de exposición. Los daños se manifiestan por la aparición
de necrosis y clorosis de color negro o marrón rojizo en las hojas. Los sinergismos de
NO2 y SO2 provocan, a bajas concentraciones alteraciones, en la vegetación. Este hecho
se ha observado en las zonas urbanas, [19].
La contaminación atmosférica fotoquímica produce daños en la vegetación a
concentraciones que ya se están alcanzando en algunas ciudades. El ozono es el
principal causante de estos daños. Las lesiones producidas por este gas se manifiestan
como manchas blancas o punteados claros sobre el haz de las hojas.
3.4.7 Efectos sobre los materiales
Cada vez se está prestando más atención a los efectos que produce la contaminación
atmosférica sobre los materiales, tanto por sus repercusiones económicas como por los
daños irreparables que causa sobre los objetos y los monumentos de alto valor histórico-
artístico.
La acción de los contaminantes atmosféricos sobre los materiales puede manifestarse
por la sedimentación de partículas sobre la superficie de los mismos, lo que afecta su
aspecto externo, o por ataque químico al reaccionar el contaminante con el material. Los
SOx causan daños a muchos tipos de materiales, bien directa o indirectamente. Un alto
contenido de SOx en el aire produce la aceleración de la corrosión de los metales tales
como el acero al carbono, zinc, acero galvanizado, compuestos del cobre, níquel y
aluminio. Esta aceleración se ve favorecida por la presencia de partículas depositadas,
por la humedad y por la temperatura.
En general, puede señalarse que el carácter corrosivo que pueda tener la atmósfera
depende de condiciones meteorológicas y factores de contaminación. Se han observado
correlaciones entre tasas de corrosión en metales y concentraciones de SO2 en la
3. ANTECEDENTES
32
atmósfera, dándose tasas altas de corrosión en las zonas más industrializadas. Las
nieblas de ácido sulfúrico procedentes de la conversión catalítica del SO2 a SO3 en la
atmósfera, atacan a materiales de construcción como el mármol, la caliza y la argamasa,
convirtiendo los carbonatos en sulfatos solubles en el agua de lluvia. Esto unido a que el
volumen específico de los sulfatos es mayor que el de los carbonatos, hacen que en la
piedra aparezcan escamas y se debilite mecánicamente, [19].
3.4.8 Efectos sobre la visibilidad
La presencia de contaminantes en la atmósfera produce la absorción y dispersión de la
luz solar, acompañados de una notable reducción de la visibilidad. Los aerosoles de
tamaños comprendidos entre 1.4 y 0.8 micras de diámetro son los que tienen una mayor
influencia en la dispersión de la luz solar.
Los gases presentes normalmente en la atmósfera no absorben la luz visible. El NO2 en
concentraciones altas puede tener un efecto significativo ya que absorbe la franja azul-
verde del espectro visible de la radiación solar. Como consecuencia de esta absorción la
atmósfera de las grandes ciudades adquiere una coloración amarilla-parduzca-rojiza,
cuando se presentan concentraciones de NO2 elevadas, [19].
3.5 Redes de vigilancia y control de la calidad de la
contaminación atmosférica en Extremadura
Dado que el aire es el recurso natural que necesitamos de una manera más inmediata,
los fenómenos de contaminación atmosférica tienen una enorme trascendencia. La
peligrosidad de estos fenómenos explica la necesidad de un control estricto de las
emisiones de las sustancias que puedan ser responsables de las mismas, de sus niveles
en el medio ambiente atmosférico y de la vigilancia de su evolución en el entorno.
En España, actualmente existe un conjunto de redes de vigilancia de la contaminación
atmosférica, dependientes de Comunidades Autónomas y Ayuntamientos, que miden
valores de inmisión de los principales contaminantes en áreas urbanas y zonas
industriales, [21].
El número de estaciones se incrementa cada año, así como la cantidad de contaminantes
analizados. Además de este conjunto de redes que vigilan los niveles de contaminación
en zonas densamente pobladas, existe la Red Española de Vigilancia de la
Contaminación Atmosférica de Fondo
3. ANTECEDENTES
33
En la actualidad la Comunidad Autónoma de Extremadura cuenta con dos redes de
vigilancia y control de la calidad del aire: la red REPICA, establecida mediante la Ley
5/2010 de Prevención y Calidad Ambiental de la Comunidad Autónoma de Extremadura
[22], y la Red EMEP surgida a partir del convenio de Ginebra sobre Contaminación
Transfronteriza de Larga Distancia (LRTAP), [21].
3.5.1 Red REPICA
REPICA es una red para la vigilancia e investigación de la calidad del aire en el entorno
regional, diseñada y gestionada por la Junta de Extremadura (Consejería de Agricultura,
Desarrollo Rural, Medio Ambiente y Energía) con la colaboración de la Universidad de
Extremadura (grupo de investigación AQUIMA, Análisis Químico del Medio Ambiente).
REPICA es un instrumento para la protección de la población y el entorno natural de
Extremadura frente a posibles fenómenos de contaminación atmosférica que pudieran
amenazar la calidad del aire que se respira.
La Red REPICA está operativa desde el año 2002 y sus datos pueden ser consultados en
internet, en donde se recogen las mediciones de los distintos contaminantes y los
parámetros meteorológicos controlados, [21].
Los principales objetivos de esta red de vigilancia son:
Evaluar la calidad del aire, a partir de la medida de parámetros meteorológicos y
físico químicos.
Informar a la población sobre el estado de calidad del aire.
Mantener un sistema de alerta y reacción ante potenciales episodios de
contaminación atmosférica.
Prevenir evoluciones negativas del estado de calidad del aire.
Investigar las tendencias del estado de calidad de la atmósfera en el entorno de
Extremadura, en función de la evolución temporal y espacial de los parámetros en
estudio.
En la actualidad la red cuenta con 6 estaciones fijas y 2 unidades móviles (Figura 3.10).
De estas 6 estaciones fijas, 5 de ellas se encuentran ubicadas en los principales núcleos
de población de Extremadura: Badajoz, Cáceres, Mérida, Plasencia y Zafra. La última de
las estaciones fijas, es para la vigilancia en entorno rural y está ubicada en el Parque
Nacional de Monfragüe. Las estaciones fijas están equipadas con analizadores, sistemas
3. ANTECEDENTES
34
de adquisición y transmisión de datos, sistemas de calibración y estación meteorológica.
Los contaminantes medidos por estas estaciones son: dióxido de azufre, óxidos de
nitrógeno, ozono, monóxido de carbono, partículas en suspensión, benceno, tolueno,
xileno, compuestos orgánicos volátiles y partículas atmosféricas (PM10).
Las dos unidades de campo móviles tienen las mismas características técnicas que las
fijas, para permitir la monitorización del aire en otras localidades o entornos rurales de
Extremadura mediante campañas periódicas.
También se dispone de un centro de proceso de datos, situado en la Consejería de
Agricultura, Desarrollo Rural, Medio Ambiente y Energía de la Junta de Extremadura
(Mérida), tres paneles informativos ubicados en las ciudades de Badajoz, Cáceres y
Mérida y dos laboratorios analíticos:
- Laboratorio del Departamento de Química Analítica de la UEx.
- Laboratorio de Calidad Ambiental de la Sección de Sostenibilidad Ambiental de la
Junta de Extremadura
Figura 3.10: Estructura de la Red de calidad del aire en Extremadura [21]
La unidad de vigilancia atmosférica de Badajoz se encuentra situada en el entorno
suburbano de la ciudad, concretamente en las Instalaciones Deportivas de la
3. ANTECEDENTES
35
Universidad de Extremadura en la Avenida de Elvas s/n. (Figura 3.11). Coordenadas
Geográficas 38º 53´ 12” N 6º 58´ 15” O. Altitud: 185 m. (Figura 3.12).
Figura 3.11: Instalación de unidad de vigilancia atmosférica de Badajoz
Figura 3.12: Localización dentro de las instalaciones deportivas de la UEX.
3. ANTECEDENTES
36
3.5.2 Red EMEP
El “Programa concertado de seguimiento y de evaluación del transporte a gran distancia
de los contaminantes atmosféricos en Europa” (EMEP), se puso en marcha en el año
1977, para dar cumplimiento al Convenio de Ginebra sobre contaminación atmosférica
transfronteriza a gran distancia, [23].
EMEP tiene cuatro componentes fundamentales:
1. Recogida de datos de emisiones de varios contaminantes.
2. Mediciones de la calidad de la precipitación y del aire.
3. Modelización de dispersión atmosférica.
4. Modelización de la evaluación integrada.
Los datos obtenidos por las estaciones de la red permiten determinar la contaminación de
fondo de una región, alejada de fuentes emisoras, y evaluar el transporte de los
contaminantes desde estas fuentes emisoras. En la actualidad la red cuenta con 13
estaciones operativas. (Figura 3.13). En Extremadura se encuentra la estación de
Barcarrota, en la provincia de Badajoz, operativa desde 1999. Coordenadas 38º 28´ N,
06º 55´ W. Altitud 393m.
Figura 3.13: Estaciones Red EMEP/VAG/CAMP
3. ANTECEDENTES
37
3.5.3 Principales fuentes emisoras
Para determinar la ubicación de los principales complejos industriales en Extremadura se
ha empleado el Registro Estatal de Emisiones y Fuentes Contaminantes (PRTR-España).
Este registro surge por la aplicación del Reglamento CE 166/2006 [24] y del Real Decreto
508/2007 [25], reemplazando el registro EPER-España. En esta base de datos se
dispone de información sobre las emisiones y transferencia de residuos fuera de la
instalación de todos aquellos complejos industriales que realicen alguna de las
actividades recogidas en el anexo I del Real Decreto 508/2007. Estos complejos
industriales tienen la obligación de comunicar aquellas emisiones que superen los
umbrales de información establecidos.
En el caso de la Comunidad Autónoma de Extremadura aparecen 26 complejos que
presentan emisiones atmosféricas. En la Tabla 3.1, se recogen dichas instalaciones, [26].
Además de los complejos industriales en Extremadura, son significativas las emisiones
de tráfico de la ciudad de Badajoz; en torno a 145.000 habitantes [27] y, en menor
medida Cáceres; en torno a 91.000 habitantes [28], además del grupo de poblaciones
próximas entre sí formado por Mérida, Don Benito y Villanueva de la Serena.
La ausencia de grandes áreas de emisión dentro de Extremadura sugiere la intervención
de otros factores, además de la producción fotoquímica a partir de las emisiones internas,
que expliquen los niveles relativamente elevados registrados por la red. Entre ellos la
posible acumulación de concentraciones en días sucesivos bajo condiciones de
estabilidad atmosférica y estancamiento de la masa aérea. En estas situaciones se puede
sumar el efecto del descenso del aire frío hacia la superficie terrestre, que se produce
como respuesta compensatoria del aire que se ha calentado en dicha superficie, por lo
que ha disminuido su densidad y se eleva. Esto restringe la altura de la capa de mezcla,
con el consiguiente aumento de las concentraciones a nivel de superficie. Por otro lado el
predominio de circulaciones de componente Oeste, sugiere una componente de
transporte a nivel de superficie desde Portugal. Y en el Norte no se puede descartar el
transporte de contaminantes desde el área de Madrid durante la noche con viento del
Noreste, [13].
3. ANTECEDENTES
38
Tabla 3.1: Instalaciones de la Comunidad Autónoma de Extremadura incluidas en el
Registro PRTR-España por emisiones atmosféricas.
Código Nombre Complejo Localidad Provincia Emisiones atmosféricas
3. ANTECEDENTES
39
3.6 Legislación
La necesidad de proteger la salud humana y el medio ambiente frente a los fenómenos
de contaminación ha dado lugar a un extenso cuerpo normativo sobre calidad del aire. A
continuación se refieren las principales disposiciones legales vigentes en España y en la
Comunidad Autónoma de Extremadura y la Unión Europea [29].
ESPAÑA Y COMUNIDAD AUTÓNOMA DE EXTREMADURA
Ley 16/2015, de 23 de abril, de protección ambiental de la Comunidad Autónoma
de Extremadura, [30].
Ley 11/2014, de 3 de julio, por la que se modifica la ley 26/2007, de 23 de
octubre, de Responsabilidad Medioambiental, [31].
DECRETO 81/2011, de 20 de mayo, por el que se aprueba el Reglamento de
autorizaciones y comunicación ambiental de la Comunidad Autónoma de
Extremadura, [32].
Ley 21/2013, de 9 de diciembre, de evaluación ambiental, [33].
DECRETO 54/2011, de 29 de abril, por el que se aprueba el Reglamento de
Evaluación Ambiental de la Comunidad Autónoma de Extremadura, [34].
LEY 5/2010, de 23 de junio, de prevención y calidad ambiental de la Comunidad
Autónoma de Extremadura, [22].
Instrucción 1/2014, Procedimiento de autorización y de notificación de
actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera, [35].
Ley 34/2007, de 15 de noviembre (BOE del 16-11-07) de calidad del aire y
protección de la atmósfera, [36].
Real Decreto 100/2011, de 28 de enero, por el que se actualiza el catálogo de
actividades potencialmente contaminantes de la atmósfera y se establecen las
disposiciones básicas para su aplicación, [37].
Real Decreto 102/2011, de 29 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire
ambiente, incorpora al ordenamiento jurídico español la Directiva Comunitaria
2008/50/CE, y desarrolla la Ley 34/2007. Ha derogado los Reales Decretos
1073/2002 sobre evaluación y gestión de la calidad del aire ambiente en relación
con el dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, óxidos de nitrógeno, partículas,
plomo, benceno y monóxido de carbono. El Real Decreto 1796/2003, relativo al
ozono en el aire ambiente y Real Decreto 812/2007 sobre evaluación y gestión de
la calidad del aire ambiente en relación con el arsénico, el cadmio, el mercurio, el
níquel y los hidrocarburos aromáticos policíclicos, [38].
3. ANTECEDENTES
40
Directiva 2008/50/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo de 21 de mayo de
2008, relativo a la calidad del aire ambiente y a una atmósfera más limpia en
Europa. Modifica el anterior marco regulatorio comunitario, sustituyendo la
Directiva Marco (Directiva 96/62/CE, sobre evaluación y gestión de la calidad del
aire ambiente, Directiva 1999/30/CE, relativa a los valores límite de dióxido de
azufre, dióxido de nitrógeno y óxidos de nitrógeno, partículas y plomo en el aire
ambiente, la Directiva 2000/69/CE, sobre los valores límite para el benceno y el
monóxido de carbono en el aire ambiente, y la Directiva 2002/3/CE, relativa al
ozono en el aire ambiente y a la Decisión 97/101/CE, por la que se establece un
intercambio recíproco de información y datos de las redes y estaciones aisladas
de medición de la contaminación atmosférica en los Estados Miembros), [39].
PLAN NACIONAL DE CALIDAD DEL AIRE Y PROTECCIÓN DE LA
ATMÓSFERA 2013-2016, PLAN AIRE, [40].
Ley 16/2002, de 1 de julio, de Prevención y Control Integrados de la
Contaminación, [41].
REAL DECRETO 117/2003, de 31 de enero, sobre limitación de emisiones de
compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas
actividades, [42].
REAL DECRETO Ley 17/2012, de 4 de mayo, de medidas urgentes en materia
de medio ambiente, [43].
UNIÓN EUROPEA. EMISIÓN DE GASES [44]
Reglamento (UE) nº 100/2012 de la Comisión, de 3 de febrero de 2012, por el que
se modifica el Reglamento (CE) nº 748/2009 de la Comisión sobre la lista de
operadores de aeronaves que han realizado una actividad de aviación enumerada
en el anexo I de la Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo y del Consejo el
1 de enero de 2006 o a partir de esta fecha, en la que se especifica el Estado
miembro responsable de la gestión de cada operador de aeronaves teniendo en
cuenta también la ampliación del régimen de comercio de derechos de emisión de
la Unión Europea a los países EEE-AELC.
Reglamento (UE) nº 1193/2011 de la Comisión, de 18 de noviembre de 2011, por
el que se establece el Registro de la Unión para el período de comercio que
comienza el 1 de enero de 2013, y para los períodos de comercio posteriores, del
régimen de comercio de derechos de emisión de la Unión de conformidad con la
3. ANTECEDENTES
41
Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo y del Consejo y con la Decisión nº
280/2004/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, y por el que se modifican los
Reglamentos (CE) nº 2216/2004 y (UE) nº 920/2010 de la Comisión.
Reglamento (UE) nº 1210/2011 de la Comisión, de 23 de noviembre de 2011, por
el que se modifica el Reglamento (UE) no 1031/2010, en particular con el fin de
determinar el volumen de los derechos de emisión de gases de efecto invernadero
por subastar antes de 2013.
Decisión de la Comisión 2011/745/UE, de 11 de noviembre de 2011, por la que se
modifican las Decisiones 2010/2/UE y 2011/278/UE, en lo que se refiere a los
sectores y subsectores que se consideran expuestos a un riesgo significativo de
fuga de carbono.
Decisión de la Comisión 2011/540/UE, de 18 de agosto de 2011, por la que se
modifica la Decisión 2007/589/CE en relación con la inclusión de directrices para
el seguimiento y la notificación de las emisiones de gases de efecto invernadero
derivadas de nuevas actividades y gases.
Decisión de la Comisión 2011/389/UE, de 30 de junio de 2011, sobre la cantidad
total de derechos de emisión para la Unión a que se refiere el artículo 3 sexies,
apartado 3, letras a) a d), de la Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo y
del Consejo, por la que se establece un régimen para el comercio de derechos de
emisión de gases de efecto invernadero en la Comunidad.
Reglamento (UE) nº 550/2011 de la Comisión, de 7 de junio de 2011, por el que
se determinan, de conformidad con la Directiva 2003/87/CE del Parlamento
Europeo y del Consejo, algunas restricciones a la utilización de créditos
internacionales derivados de proyectos sobre gases industriales.
Decisión de la Comisión, de 27 de abril de 2011, por la que se determinan las
normas transitorias de la Unión para la armonización de la asignación gratuita de
derechos de emisión con arreglo al artículo 10 bis de la Directiva 2003/87/CE del
Parlamento Europeo y del Consejo.
Reglamento (UE) nº 1031/2010 de la Comisión, de 12 de noviembre de 2010
sobre el calendario, la gestión y otros aspectos de las subastas de los derechos
de emisión de gases de efecto invernadero con arreglo a la Directiva 2003/87/CE
del Parlamento Europeo y del Consejo, por la que se establece un régimen para el
comercio de derechos de emisión de gases de efecto invernadero en la
Comunidad.
Reglamento (UE) Nº 920/2010 de la Comisión, de 7 de octubre de 2010, relativo a
un sistema normalizado y garantizado de registros de conformidad con la Directiva
3. ANTECEDENTES
42
2003/87/CE del Parlamento Europeo y del Consejo y la Decisión nº 280/2004/CE
del Parlamento Europeo y del Consejo.
Decisión de la Comisión, de 9 de julio de 2010, relativa a la cantidad de derechos
de emisión que deben expedirse para el conjunto de la Comunidad en 2013 de
conformidad con el régimen de comercio de derechos de emisión de la UE.
Reglamento (UE) nº 606/2010 de la Comisión, de 9 de julio de 2010, relativo a la
aprobación de un instrumento simplificado elaborado por la Organización Europea
para la Seguridad de la Navegación Aérea (Eurocontrol) para calcular el consumo
de combustible de algunos operadores de aeronaves que son pequeños
emisores.
Decisión 2010/345/CE, de 8 de junio de 2010, por la que se modifica la Decisión
2007/589/CE a fin de incluir directrices para el seguimiento y la notificación de
emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de la captura, el transporte y
el almacenamiento geológico de dióxido de carbono.
Reglamento (UE) Nº 82/2010 de la Comisión, de 28 de enero de 2010, que
modifica el Reglamento (CE) n o 748/2009 sobre la lista de operadores de
aeronaves que han realizado una actividad de aviación enumerada en el anexo I
de la Directiva 2003/87/CE el 1 de enero de 2006 o a partir de esta fecha, en la
que se especifica el Estado miembro responsable de la gestión de cada operador.
Decisión de la Comisión, de 24 de diciembre de 2009, por la que se determina, de
conformidad con la Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo y del Consejo,
una lista de los sectores y subsectores que se consideran expuestos a un riesgo
significativo de fuga de carbono.
Corrección de errores de la Decisión 2009/339/CE de la Comisión de 16 de abril
de 2009, por la que se modifica la Decisión 2007/589/CE en relación con la
inclusión de directrices para el seguimiento y la notificación de emisiones y datos
sobre las toneladas-kilómetro resultantes de las actividades de aviación.
Reglamento (CE) nº 748/2009 de la Comisión, de 5 de agosto de 2009, sobre la
lista de operadores de aeronaves que han realizado una actividad de aviación
enumerada en el anexo I de la Directiva 2003/87/CE el 1 de enero de 2006 o a
partir de esta fecha, en la que se especifica el Estado miembro responsable de la
gestión de cada operador.
Directiva 2009/31/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de
2009, relativa al almacenamiento geológico de dióxido de carbono y por la que se
modifican la Directiva 85/337/CEE del Consejo, las Directivas 2000/60/CE,
3. ANTECEDENTES
43
2001/80/CE, 2004/35/CE, 2006/12/CE, 2008/1/CE y el Reglamento (CE) no
1013/2006 del Parlamento Europeo y del Consejo.
Directiva 2009/29/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de
2009, por la que se modifica la Directiva 2003/87/CE para perfeccionar y ampliar
el régimen comunitario de comercio de derechos de emisión de gases de efecto
invernadero.
Decisión nº 406/2009/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de
2009, sobre el esfuerzo de los Estados miembros para reducir sus emisiones de
gases de efecto invernadero a fin de cumplir los compromisos adquiridos por la
Comunidad hasta 2020.
Decisión 2009/450/CE, de 8 de junio de 2009 sobre la interpretación detallada de
las actividades de aviación relacionadas en el anexo I de la Directiva 2003/87/CE
del Parlamento Europeo y del Consejo.
Decisión 2009/339/CE, de 16 de abril de 2009, por la que se modifica la Decisión
2007/589/CE en relación con la inclusión de directrices para el seguimiento y la
notificación de emisiones y datos sobre las toneladas-kilómetro resultantes de las
actividades de aviación.
Directiva 2008/101/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 19 de
noviembre de 2008, por la que se modifica la Directiva 2003/87/CE con el fin de
incluir las actividades de aviación en el régimen comunitario de comercio de
derechos de emisión de gases de efecto invernadero.
Decisión de la Comisión 2009/73/CE, de 17 de diciembre de 2008, por la que se
modifica la Decisión 2007/589/CE, en relación con la inclusión de directrices para
el seguimiento y la notificación de emisiones de óxido nitroso.
Reglamento (CE) nº 994/2008 de la Comisión, de 8 de octubre de 2008, relativo a
un sistema normalizado y garantizado de registros de conformidad con la Directiva
2003/87/CE del Parlamento Europeo y del Consejo y la Decisión nº 280/2004/CE
del Parlamento Europeo y del Consejo.
Documento de respuestas a las preguntas más frecuentes (inglés) relativas a las
Directrices de Seguimiento y Notificación de aplicación a partir de 2008.
Reglamento (CE) nº 916/2007, de 31 de julio de 2007, por el que se modifica el
Reglamento (CE) nº 2216/2004, relativo a un sistema normalizado y garantizado
de registros de conformidad con la Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo
y del Consejo y la Decisión nº 280/2004/CE del Parlamento Europeo y del
Consejo.
3. ANTECEDENTES
44
Decisión de la Comisión 2007/589/CE de 18 de julio de 2007 por la que se
establecen directrices para el seguimiento y la notificación de las emisiones de
gases de efecto invernadero de conformidad con la Directiva 2003/87/CE del
Parlamento Europeo y del Consejo.
Decisión de la Comisión, de 26 de febrero de 2007, relativa al plan nacional de
asignación de derechos de emisión 2008-2012.
Directiva 2006/40/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 17 de mayo de
2006, relativa a las emisiones procedentes de sistemas de aire acondicionado en
vehículos de motor y por la que se modifica la Directiva 70/156/CE del Consejo.
Reglamento (CE) nº 842/2006 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 17 de
mayo de 2006, sobre determinados gases fluorados de efecto invernadero.
Comunicación de la Comisión (COM(2005) 703 final), de 22 de diciembre de
2005, «Orientaciones complementarias para los planes de asignación del período
2008-2012 en el ámbito del régimen de comercio de derechos de emisión de la
UE»
Decisión 2004/156/CE, de 29 de enero, por la que se establecen las directrices
para el seguimiento y la notificación de las emisiones de gases de efecto
invernadero de conformidad con la Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo
y del Consejo.
Documento de respuestas a las preguntas más frecuentes (inglés) relativas a la
Decisión de la Comisión 2004/156/CE.
Decisiones sobre el Mecanismo de Seguimiento de las Emisiones de GEI en
la CE: [44]
2004/280/CE: Decisión del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de febrero
de 2004 relativa a un mecanismo de seguimiento de las emisiones de gases de
efecto invernadero en la Comunidad y de la aplicación del Protocolo de Kioto.
Directiva 2004/101/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 27 de octubre
de 2004, por la que se modifica la Directiva 2003/87/CE, por la que se establece
un régimen para el comercio de derechos de emisión de gases de efecto
invernadero en la Comunidad con respecto a los mecanismos de proyectos del
Protocolo de Kioto.
Corrección de errores del Reglamento (CE) nº 2216/2004 de la Comisión de 21 de
diciembre, relativo a un sistema normalizado y garantizado de registros de
conformidad con la Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo y del Consejo y
la Decisión nº 280/2004/CE del Parlamento Europeo y del Consejo.
3. ANTECEDENTES
45
Reglamento (CE) nº 2216/2004 de la Comisión de 21 de diciembre de 2004
relativo a un sistema normalizado y garantizado de registros de conformidad con
la Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo y del Consejo y la Decisión nº
280/2004/CE del Parlamento Europeo y del Consejo.
Decisión de la Comisión de 27 de diciembre de 2004, relativa al plan nacional de
asignación de derechos de emisión de gases de efecto invernadero notificado por
España de conformidad con la Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo y
del Consejo.
COM (2005) 35 final, SEC (2005) 180, Comunicación de 9 de febrero de 2005 de
la Comisión al Consejo, al Parlamento Europeo, al comité Económico y Social y al
Comité de las Regiones, "Ganando la batalla contra el Cambio Climático Global".
Decisión de la Comisión 2005/166/CE, de 10 de febrero de 2005, por la que se
establecen disposiciones de aplicación de la Decisión nº 280/2004/CE del
Parlamento Europeo y del Consejo, relativa a un mecanismo para el seguimiento
de las emisiones de gases de efecto invernadero en la Comunidad y para la
aplicación del Protocolo de Kioto.
Directiva 2008/101/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 19 de
noviembre de 2008, por la que se modifica la Directiva 2003/87/CE con el fin de
incluir las actividades de aviación en el régimen comunitario de comercio de
derechos de emisión de gases de efecto invernadero.
Directiva 2003/87/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 13 de octubre de
2003, por la que se establece un régimen para el comercio de derechos de
emisión de gases de efecto invernadero en la Comunidad y por la que se modifica
la Directiva 96/61/CE del Consejo (Texto pertinente a efectos del EEE).
Orientaciones para los Estados miembros sobre la aplicación de los criterios del
anexo III de la Directiva 2003/87/CE por la que se establece un régimen para el
comercio de derechos de emisión de gases de efecto invernadero en la
Comunidad y por la que se modifica la Directiva 96/61/CE del Consejo, y
circunstancias en las que queda demostrada la situación de fuerza mayor
Directiva 2001/81/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 23 de octubre de
2001 sobre techos nacionales de emisión de determinados contaminantes
atmosféricos.
Directiva 2001/80/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, 23 de octubre de
2001, sobre limitación de emisiones a la atmósfera de determinados agentes
contaminantes procedentes de grandes instalaciones de combustión.
3. ANTECEDENTES
46
Directiva 96/61/CE del Consejo de 24 de septiembre de 1996 relativa a la
prevención y al control integrados de la contaminación (IPPC).
Decisión del Consejo 2002/358/CE, de 25 de abril de 2002, relativa a la
aprobación, en nombre de la Comunidad Europea, del Protocolo de Kyoto de la
Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático y al
cumplimiento conjunto de los compromisos contraídos con arreglo al mismo.
Propuesta de Reglamento del Parlamento Europeo y del Consejo sobre
determinados gases fluorados de efecto invernadero /* COM/2003/0492 final
Comunicación de la Comisión al Consejo y al Parlamento Europeo Sobre Políticas
y medidas de la UE para reducir las emisiones de gases de efecto
invernadero: Hacia un Programa Europeo sobre el Cambio Climático (PECC).
Libro Verde sobre el comercio de los derechos de emisión de gases de efecto
invernadero en la Unión Europea (presentado por la Comisión).
3.6.1 Legislación empleada para el análisis de los datos
Con objeto de llevar a cabo un estudio comparativo de la información obtenida tras el
análisis de los datos, se presenta a continuación, y para cada uno de los contaminantes
evaluados, los valores límite de inmisión que se establecen en la normativa de referencia
(Tabla 3.2), concretamente en la Directiva 2008/50/CE del Parlamento Europeo y del
Consejo de 21 de mayo de 2008 relativa a la calidad del aire y a una atmósfera más
limpia en Europa, [39]. Estos valores límites han sido recogidos en la legislación
Española en el Real Decreto 102/2011 [38], relativo a la mejora de la calidad del aire.
Se define el valor límite, en la Directiva 2008/50 y en el R.D. 102/2011, como el nivel
fijado basándose en conocimientos científicos, con el fin de evitar, prevenir o reducir los
efectos nocivos para la salud humana, para el medio ambiente en su conjunto y demás
bienes de cualquier naturaleza que debe alcanzarse en un período determinado y no
superarse una vez alcanzado.
3. ANTECEDENTES
47
Tabla 3.2: Normativa de referencia y métodos analíticos para la evaluación de las
concentraciones.
En el quinto capítulo de este Trabajo Fin de Máster se valorarán los resultados obtenidos
tras analizar los datos de los distintos contaminantes en los años 2002 a 2012,
atendiendo al grado de cumplimiento de la legislación vigente (Directiva 2008/50/CE, [39]
y, el Real Decreto 102/2011, [38]) para identificar posibles superaciones de los niveles
permitidos.
4. MATERIAL Y MÉTODOS
48
4 MATERIALES Y MÉTODOS
En el presente Trabajo Fin de Máster se han utilizado los datos sobre calidad del aire en
la ciudad de Badajoz entre los años 2002 y 2012, proporcionados por la Dirección
General de Medio Ambiente de la Consejería de Agricultura, Desarrollo Rural, Medio
Ambiente y Energía del Gobierno de Extremadura.
Los datos estudiados son unos 2 millones, lo que supone un gran volumen de
información y, además, se encuentran repartidos en varios archivos informáticos
diferentes, por lo que ha sido necesario reorganizar los datos y crear una única base de
datos que se adapte a los requerimientos de este trabajo.
Para el manejo del amplio número de datos disponibles ha sido necesario emplear varios
paquetes informáticos de tratamiento de datos y de estadística.
A continuación se aporta una información más detallada sobre los datos proporcionados y
los programas informáticos que se han utilizado para su organización y análisis.
4.1 Datos
Como ya se ha indicado los datos utilizados para el estudio de la calidad del aire de la
ciudad de Badajoz, han sido proporcionados por la Dirección General de Medio
Ambiente, de la Consejería de Agricultura, Desarrollo Rural, Medio Ambiente y Energía
del Gobierno de Extremadura.
Los datos fueron facilitados en tres archivos, todos en formato Microsoft Excel. En los dos
primeros archivos se dispone en cada uno de 43.824 mediciones para cada una de las
variables medidas, correspondientes a los periodos 2002-2006 y 2007-2011. En el tercer
archivo, los datos son del año 2012, y se dispone de 8.785 mediciones para cada
variable.
Las variables medidas se pueden dividir en dos tipos:
1. Agentes contaminantes
Dióxido de azufre (SO2) (g/m3)
Monóxido de carbono (CO) (g/m3)
Monóxido de nitrógeno (NO) (g/m3)
Dióxido de nitrógeno (NO2) (g/m3)
Benceno (C6H6) (g/m3)
Ozono (O3) (g/m3)
4. MATERIAL Y MÉTODOS
49
2. Variables meteorológicas
Velocidad del viento (m/s)
Dirección de viento (grados)
Radiación solar (W/m2)
Temperatura (ºC)
Humedad relativa (%)
Presión (mb)
Precipitación (l/m2)
Cada una de las variables arriba citadas se midieron diariamente, en intervalos de una
hora.
Además se dispone de otro fichero de datos, con las concentraciones de las partículas
PM10 y PM2,5 en g/m3. En este caso la base de datos es del periodo comprendido entre
los años 2009 y 2012. Las mediciones de partículas PM2,5 se realizaron una vez cada tres
días, y las de las partículas PM10 una vez al día.
Por lo tanto, en total se cuenta con más de 2 millones de datos, lo que supone un gran
volumen de información, con las consiguientes dificultades para su manejo.
4.2 Programa informáticos
Para el manejo y organización de los datos se han utilizado dos programas informáticos,
(Microsoft Excel 2010 y “R”, versión 3.0) y para la recreación y análisis de las trayectorias
de las masas de aire otro programa on-line (Hysplit).
El primero de los programas es una aplicación desarrollada por Microsoft para el
manejo de hojas de cálculo. Se distribuye conjuntamente con otras utilidades dentro del
paquete informático Office.
En cuanto a las aplicaciones de Excel, a parte de las utilidades propias de ofimática,
presenta una gran cantidad de funciones que permite a los usuarios elaborar tablas y
utilizar formatos dinámicos que incluyen cálculos matemáticos mediante diversas
funciones.
Así mismo Excel es útil para gestionar “Listas” o “Bases de Datos”; es decir agrupar,
ordenar y filtrar grandes cantidades de información de forma rápida, al igual que obtener
resúmenes visuales de datos mediante una gran variedad de gráficos.
4. MATERIAL Y MÉTODOS
50
El segundo programa, “R”, es un software libre para computación y programación
orientado a la estadística, que ofrece una amplia variedad de modelos estadísticos
(gráficos, tablas modelos lineales y no lineales, test estadísticos clásicos, análisis de
series temporales, clasificación y agrupamiento de datos etc.). Se ejecuta en una amplia
variedad de plataformas UNIX, Windows y MacOS. La versión de R utilizada ha sido la
3.0.
Este programa se distribuye con un módulo básico que contiene las actividades de uso
más habituales y una gran cantidad de paquetes o librerías que cubren las necesidades
más específicas del análisis.
Se maneja mediante lenguaje de comandos, lo que presenta una gran complicación. Por
lo que se ha utilizado un paquete denominado “R Commander”, en su versión 1.9-5, que
es una interfaz gráfica que permite el manejo de una elevada cantidad de métodos
estadísticos mediante el uso de menús. Aunque se pierde flexibilidad y tiene ciertas
restricciones, R Commander permite cumplir con los objetivos propuestos en el trabajo.
El tercer programa utilizado, HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated
Trajectory Model) versión 1.0 es un software que permite computar trayectorias de masas
de aire complejas, su dispersión y las simulaciones de deposición.
El desarrollo de este programa fue el resultado de un esfuerzo conjunto entre la NOAA y
la oficina de Meteorología de Australia. Algunas de sus características incluyen
algoritmos, ecuaciones de dispersión e interfaz gráfica de usuario.
Su modo de aplicación es on-line, y se ha utilizado utilizado para ver la procedencia de
las masas de aire en un momento determinado. (48 horas antes de nuestro punto de
interés).
4.3 Metodología de trabajo
El manejo de los datos y su organización fue esencial para poder realizar los cálculos
necesarios tanto para el estudio de la calidad del aire respecto a posibles superaciones
de los valores límite o umbrales de alerta según a la legislación vigente, como para el
estudio estadístico de la correlación existente entre la concentración de ozono
troposférico con la radiación solar y la temperatura. Para ello se utilizaron los programas
informáticos Microsoft Excel 2010, y “R”.
4. MATERIAL Y MÉTODOS
51
La metodología de trabajo para el manejo y organización de datos consistió en primer
lugar en agruparlos todos en un único archivo Excel, tanto los agentes contaminantes,
como las distintas variables meteorológicas.
A continuación, para realizar el estudio comparativo de la calidad del aire de Badajoz con
respecto a lo que indica la legislación vigente, se separó cada contaminante en una hoja
Excel distinta, en la que aparecían los datos de concentración de los 11 años para los
contaminantes gaseosos, y de 4 años en el caso de las partículas atmosféricas.
Una vez realizado estos ajustes, lo primero que se hizo fue comprobar cuál era el número
de datos perdidos para cada contaminante con la función “CONTAR.SI:”, ya que según el
Anexo V del Real Decreto 102/2011 [38], de 28 de enero, relativo a la mejora de la
calidad del aire, no se deben superar los siguientes porcentajes de datos perdidos:
- 10% para dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono,
benceno, PM10 y PM2,5.
- 10% para ozono en verano, y 25% en invierno.
Los números de datos perdidos para cada contaminante fueron los siguientes para cada
contaminante (Tabla 4.1):
Tabla 4.1: Datos perdidos para cada agente contaminante estudiado
Contaminante SO2 NO2 NOx CO C6H6 PM10 PM2,5 O3
Nº datos 96431 96431 96431 96431 96431 1430 487 96431
Nº Datos
perdidos 9165 10936 10815 12556 20177 78 36 9713
% Datos
perdidos
9,50 11,34 11,21 13,02 20,92 5,45 7,39 10.07
Posteriormente, se calcularon los promedios diarios para cada uno de los contaminantes
durante todos los años de estudio con la función “PROMEDIO”, y también los anuales,
aplicando dicha función para cada año por separado. Conjuntamente se calcularon los
valores máximos para estos promedios anuales.
Para el agente contaminante que lo requiriese, se calculó también el promedio invernal,
que se realizó aplicando la función “PROMEDIO”, a los días comprendidos entre el 10 de
octubre y el 31 de marzo de cada año. Este fue el caso del dióxido de azufre.
4. MATERIAL Y MÉTODOS
52
También se emplearon gran cantidad de “filtros” para cada contaminante, con el fin de
identificar el número de veces a lo largo de cada año, que los promedios horarios o
diarios sobrepasaron los valores permitidos por la legislación.
En el caso del ozono y el monóxido de carbono se tuvieron que calcular, para cada año
por separado, el máximo de las medias móviles octohorarias del día, que debía
seleccionarse examinando promedios móviles de ocho horas, calculados a partir de datos
horarios y actualizados cada hora. Cada promedio octohorario así calculado se asignó al
día en que dicho promedio terminaba, es decir, el primer período de cálculo para un día
cualquiera es el que se extiende entre las 17:00 h del día anterior hasta la 1:00 h de dicho
día; el último período de cálculo para un día cualquiera será el comprendido entre las
16:00 h y las 24:00 h de dicho día.
En el caso particular del ozono también se calculó el parámetro AOT40 (se expresa en
[g/m3] * h), que es la suma de la diferencia entre las concentraciones horarias superiores
a los 80 g/m3, equivalente a 40 nmol/mol o 40 ppm en volumen, y 80 g/m3 a lo largo de
un período de mayo a julio y utilizando únicamente los valores horarios medidos entre las
8:00 y las 20:00 horas, Hora Central Europea de cada día.
A continuación, se realizó el estudio estadístico sobre la influencia que las variables
meteorológicas pueden tener en el ozono, puesto que resultó ser el único contaminante
que incumplía clara y repetidamente los límites marcados por la legislación. En este
estudio también se contrastó si la posible influencia se veía afectada por la estación del
año en la que tenía lugar.
Como paso previo hubo que separar en una hoja de cálculo los datos de la variable
Ozono y las variables meteorológicas seleccionadas, y calcular los promedios diarios de
dichas variables en un formato compatible con R. Puesto que se quería conocer la
influencia de las estaciones del año en que se tomaron los datos. Las estaciones del año
se establecieron atendiendo al siguiente criterio:
- Primavera: marzo, abril y mayo
- Verano: junio, julio y agosto
- Otoño: septiembre, octubre y noviembre
- Invierno: diciembre, enero y febrero
Una vez realizado el tratamiento de los datos se procedió al estudio estadístico de los
mismos. Por tanto, en este trabajo se ha estudiado la influencia que sobre una variable
numérica (Ozono) ejercen otras variables numéricas (Temperatura y Radiación solar) y
4. MATERIAL Y MÉTODOS
53
un factor (Estaciones). Para ello se utilizó el modelo estadístico de Análisis de la
Covarianza (ANCOVA) y se realizaron representaciones gráficas que reflejan mejor los
resultados, para su posterior análisis.
Por último, para el estudio de las retrotrayectorias de las masas de aire, se utilizó el
software on-line HYSPLIT. Como paso previo, hubo que volver a realizar el tratamiento
de los datos de concentración de ozono troposférico, temperatura y radiación solar, para
encontrar los casos en los que las condiciones meteorológicas existentes en ese
momento no concuerdan, en principio, con las concentraciones “tipo” promedio que
deberían existir, según dichas condiciones meteorológicas y época del año.
Una vez seleccionados los casos de no concordancia, antes mencionados, se utilizó el
programa informático Hysplit para determinar si la causa de esos episodios singulares
podría deberse a la llegada de las masas de aire procedentes de otras zonas.
Para ello, en el programan Hysplit, se seleccionó la función “modelos de trayectorias”. A
continuación se introdujeron las coordenadas del punto donde se han tomado las
mediciones, que es donde se quiere que sea el punto final de la masa de aire a
representar, y seguidamente se indicó el año, mes, día, y hora que se había elegido para
cada uno de los episodios singulares. El siguiente paso fue seleccionar en el panel de
control para que se represente el recorrido de la masa de aire 48 horas antes del
momento que se ha elegido, y cuyo punto final sean las coordenadas introducidas
previamente, a una altura de 500 metros, que es aproximadamente a la que se encuentra
la ciudad de Badajoz. Esto se ha realizado para cada uno de los episodios singulares y
se han escogido finalmente los más representativos para este estudio.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
54
5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este capítulo se presentan y discuten los resultados obtenidos, al comparar los datos
de los cinco contaminantes estudiados en el aire de la ciudad de Badajoz con los valores
límites que establece la legislación (Directiva 2008/50/CE y Real Decreto 102/2011).
También se ha realizado un análisis del comportamiento en la ciudad de Badajoz de las
concentraciones de ozono troposférico (su principal contaminante del aire) y su relación
con diversas variables meteorológicas.
Por último se ha realizado un estudio de las retrotrayectorias de las masas de aire, para
comprobar si la procedencia de estas masas influye en las concentraciones de ozono en
el aire de la ciudad de Badajoz.
5.1 Análisis legislativo
5.1.1 Niveles de inmisión de Dióxido de azufre
Según lo establecido en el Anexo XI de la Directiva 2008/50/CE [39] y el Anexo I del Real
Decreto 102/2011 [38], los valores límite para la protección de la salud en el caso del
dióxido de azufre y el nivel crítico (Tabla 5.1) expresados en g/m3, y son los siguientes:
Tabla 5.1: Valores límite y nivel crítico para el dióxido de azufre según la Directiva
2008/50 y el Real Decreto 102/2011
Umbral de alerta del dióxido de azufre
El valor correspondiente al umbral de alerta del dióxido de azufre se sitúa en 500 g/m3.
Se considerará superado cuando durante tres horas consecutivas se exceda dicho valor.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
55
Tras realizar el análisis de los datos referentes al dióxido de azufre se llega a los
siguientes resultados:
1. Las concentraciones horarias de dióxido de azufre no superan el valor límite
horario de 350 g/m3 en ninguna ocasión durante los 11 años analizados, estando
los valores horarios más altos se sitúan en torno a 40 o 50 g/m3 de SO2.
2. Los valores promedio diarios de dióxido de azufre, no exceden en ningún caso los
125 g/m3 permitidos por la ley, estando los máximos valores en torno a 20 g/m3
de SO2.
3. Las concentraciones promedio anuales e invernales (recogidas en las Tablas 5.2
y 5.3), son claramente inferiores al nivel crítico de 20 g/m3 permitidos por la
legislación. En el año 2005 se alcanzan los valores máximos de las
concentraciones promedio anual (5,22 g/m3) e invernal (6,25 g/m3).
Tabla 5.2: Concentración promedio dióxido de azufre año civil
Promedio anual SO2 (g/m3)
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
2,63 1,16 3,77 5,22 4,58 3,03 2,70 3,18 2,78 1,98 1,81
Tabla 5.3: Concentración promedio dióxido de azufre invierno
Promedio invernal SO2 (g/m3)
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
1,39 2,05 5,31 6,25 3,13 1,97 2,79 3,86 1,83 2,15
En la Gráfica 5.1 se muestra la evolución de la concentración diaria de SO2 a lo largo de
los 11 años de estudio, donde se aprecia que las concentraciones a las que ha estado
expuesta la ciudad de Badajoz, no han superado los valores permitidos por la Directiva
2008/50/CE y el Real Decreto 102/2011, ya que las máximas concentraciones han tenido
lugar en el año 2005, con unos valores en torno a 25 g/m3.
La concentración de SO2 no es constante, siendo mayor en los meses invernales, debido
a que la principal fuente de emisión de este contaminante son las centrales térmicas,
motores de explosión y sistemas de calefacción.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
56
Gráfica 5.1. Evolución diaria de la concentración de dióxido de azufre en Badajoz.
0
5
10
15
20
25
30
Co
ne
cntr
ació
n S
O2
(g/
m3
)
Fecha
Evolución diaria SO2
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
57
5.1.2 Niveles de inmisión de óxidos de nitrógeno
Los valores límite para la protección de la salud para el dióxido de nitrógeno (NO2) (Tabla
5.4), definidos en Anexo XI de la Directiva 2008/50/CE [39] y actualizados en el Anexo I
del R.D. 102/2011 [38], son los siguientes:
Tabla 5.4: Valores límites y nivel crítico para el dióxido de nitrógeno según Directiva
2008/50 y el Real Decreto 102/2011
Umbral de alerta del dióxido de nitrógeno
El valor correspondiente al umbral de alerta del dióxido de nitrógeno se sitúa en 400
g/m3. Se considerará superado cuando durante tres horas consecutivas se exceda dicho
valor.
Atendiendo a los resultados obtenidos para los óxidos de nitrógeno (NO2 y NOx) se
obtienen las siguientes conclusiones:
1. Las concentraciones horarias de dióxido de nitrógeno no superan en ningún caso
los 350 g/m3 permitidos por la Directiva 2008/50/CE y el Real Decreto 102/2011.
Los valores máximos están en torno a 100 g/m3 de NO2.
2. Las concentraciones promedio anual de NO2 fueron en todos los años estudiados
inferiores a los 40 g/m3 que marca el valor límite anual (ver Tabla 5.5).
3. Los promedios anuales de NOx superaron los 30 g/m3 permitidos por la
Directiva 2008/50/CE y el Real Decreto 102/2011, en los años 2005 y 2006, tal y
como se muestra en la Tabla 5.6. Es de señalar, que esta normativa no estaba
aún implantada en esos años, puesto que entró en vigor el 11 de enero de 2008.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
58
Tabla 5.5: Concentración promedio anual dióxido de nitrógeno
Promedio anual NO2 (g/m3)
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
15,3 13,8 9,3 14,9 15,1 8,5 7,9 11,8 9,0 9,8 10,6
Tabla 5.6: Concentración promedio anual NOx
Promedio anual NOx (g/m3)
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
21,0 19,9 17,7 31,1 33,3 14,9 13,9 16,9 12,8 13,8 17,3
En las Gráficas 5.2 y 5.3 se representan las evoluciones temporales de los promedios
diarios de los óxidos de nitrógeno (NO2 y NOx) a lo largo de los años objeto de estudio
Las concentraciones promedio máximas de NO2 generalmente se sitúan en las épocas
del año donde las temperaturas son más bajas, y la radiación solar es menor, puesto que
el NO2 en presencia de radiación solar se descompone en NO y O· y, además porque las
principales fuentes de emisión de este contaminante son las instalaciones de combustión
como las calefacciones y los vehículos automóviles.
La evolución diaria de NOx tiene un comportamiento similar a la comentada para NO2.
Siendo en todos los casos la concentración de NOx mayor que la de NO2, puesto que
engloba las concentraciones de NO2 y NO.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
59
Gráfica 5.2. Evolución diaria de la concentración de NO2 en Badajoz.
0
10
20
30
40
50
60
70
Co
nce
ntr
ació
n N
O2
(g/
m3)
Fecha
Evolución diaria NO2
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
60
Gráfica 5.3. Evolución diaria de la concentración de NOx en Badajoz.
0
20
40
60
80
100
120
Co
nce
ntr
ació
n N
Ox
(g/
m3 )
Fecha
Evolución diaria NOx
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
61
5.1.3 Niveles de inmisión de partículas PM10
Para los niveles de inmisión de la fracción PM10 (Tabla 5.7), la Directiva 2008/50 [39] y en
el Real Decreto 102/2011 [38], establecen los siguientes valores límites.
Tabla 5.7: Valores límites para la fracción de las partículas en suspensión PM10 según la
Directiva 2008/50 y el Real Decreto 102/2011
Al estudiar las concentraciones de PM10 en el aire durante los años comprendidos entre
2009 y 2012 se obtiene:
1. El valor límite diario (50 g/m3) se sobrepasa en 8 ocasiones en el año 2010, en 2
ocasiones en el año 2011 y en 4 ocasiones en el año 2012. Aunque no se
superan los 24 días que se puede sobrepasar este límite por cada año civil, por lo
que cumple con la exigencia marcada en la Directiva 2008/50 y en el Real
Decreto 102/2011.
2. Las concentraciones medias anuales no superan en ninguno de los años
estudiados los 40 g/m3 fijados como valor límite por año civil (ver Tabla 5.8).
Tabla 5.8: Concentración promedio anual PM10
Promedio anual PM10 (g/m3)
2009 2010 2011 2012
19,93 16,91 16,30 14,95
En la Gráfica 5.4 se representa las evoluciones diarias para las partículas atmosféricas
PM10 entre los años 2009 y 2012. Se observa que existen multitud de fluctuaciones en las
concentraciones de PM10 a lo largo de cada año. Esto es debido a que las
concentraciones de PM10 están muy condicionadas por las variables meteorológicas,
como pueden ser el viento y la lluvia, que arrastran con facilidad dichas partículas.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
62
Gráfica 5.4. Evolución diaria de la concentración de PM10 en Badajoz.
0
20
40
60
80
100
120
Co
nce
ntr
ació
n P
M 1
0 (
g/m
3 )
Fecha
Evolución diaria PM 10
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
63
5.1.4 Niveles de inmisión de las partículas PM2,5
En la Tabla 5.9 puede observarse que, en la Directiva 2008/50/CE [39] y el Real Decreto
102/2011 [38], se han establecido dos fases para el cumplimiento del valor límite anual de
las partículas PM2,5. En la fase I se fija un valor límite de 25 g/m3 y con fecha de entrada
en vigor el 1 de enero de 2015 y en la Fase II el valor límite será de 20 g/m3 y entrará en
vigor el 1 de enero de 2020.
Tabla 5.9: Valores límites y valores objetivo anual para la fracción de las partículas en
suspensión PM2,5 según la Directiva 2008/50 y el Real Decreto 102/2011
Al estudiar las concentraciones de PM2,5 durante los años 2009 hasta 2012 se obtiene:
En ninguno de los cuatro años estudiados (2009 a 2012) se supera el valor
objetivo anual fijado por la legislación para las concentraciones de PM2,5 (ver
Tabla 5.10).Tampoco se superan los valores límites anuales de PM2,5,
establecidos en las Fase I y II (aunque se debe señalar que ninguna de estas dos
Fases estaba en vigor durante el periodo estudiado).
Tabla 5.10: Concentración promedio anual PM2,5
Promedio anual PM2,5 (g/m3)
2009 2010 2011 2012
12,28 11,50 10,86 8,70
Como puede observarse en la Gráfica 5.5, la evolución de la concentración de PM2,5,
tomada cada 3 días, durante los años 2009 a 2012, presenta grandes fluctuaciones (al
igual que ocurre con las PM10) debido a la influencia variables meteorológicas que
condicionan la cantidad de partículas PM2,5 presente en la atmósfera.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
64
Gráfica 5.5. Evolución diaria de la concentración de PM2,5 en Badajoz.
0
10
20
30
40
50
60
70
Co
nce
ntr
ació
n P
M 2
,5 (
g/m
3 )
Fecha
Evolución diaria PM 2,5
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
65
5.1.5 Niveles de inmisión de Monóxido de Carbono
El valor límite para el monóxido de carbono (Tabla 5.11), viene establecido en el Anexo
XI de la Directiva y el Anexo I del Real Decreto, donde se indica:
Tabla 5.11: Valor límite para el monóxido de carbono según la Directiva 2008/50 y el Real
Decreto 102/2011
*La concentración máxima de las medias móviles octohorarias correspondientes a un día se escogerá examinando las
medias móviles de ocho horas, calculadas a partir de datos horarios y que se actualizarán cada hora. Cada media
octohoraria así calculada se atribuirá al día en que termine el período, es decir, el primer período de cálculo para cualquier
día dado será el período que comience a las 17:00 de la víspera y termine a la 1:00 de ese día; el último período de cálculo
para cualquier día dado será el que transcurra entre las 16:00 y las 24:00 de ese día. (Anexo XI, Directiva 2008/50).
Tras realizar los cálculos para la obtención de las concentraciones máximas de las
medias móviles octohorarias de monóxido de carbono se llega al siguiente resultado:
El valor límite marcado por la Directiva 2008/50/CE y el Real Decreto 102/2011,
se cumple durante todos los años estudiados, excepto en el año 2003 en el que
se superaron los 10 mg/m3 en 6 ocasiones; sin embargo, en este año aún no
estaba en vigor esta ley, (entró en vigor el 1 de enero de 2010).
En la Gráfica 5.6 donde se representa la evolución diaria del monóxido de carbono,
destaca que en el año 2003 se produjeron las mayores concentraciones de CO. También
puede observarse que a medida que han ido pasando los años, las concentraciones de
monóxido de carbono han ido disminuyendo. Esto es debido principalmente a la mejora a
la que se han visto sometidos los motores de los coches, que emiten menor cantidad de
CO durante su funcionamiento.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
66
Gráfica 5.6. Evolución diaria de la concentración de monóxido de carbono en Badajoz.
0
2
4
6
8
10
12
Co
nce
ntr
ació
n C
O (
mg/
m3)
Fecha
Evolución diaria CO
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
67
5.1.6 Niveles de inmisión de Benceno
El valor límite para el benceno (Tabla 5.12) viene establecido en el Anexo XI de la
Directiva y el Anexo I del Real Decreto.
Tabla 5.12: Valor límite para el benceno según la Directiva 2008/50 y el Real Decreto
102/2011
Benceno C6H6
Periodo medio
Valor medio
Margen de tolerancia
Fecha en la que
debe alcanzarse
Valor límite
Año civil
5 g/m3
5 μg/m3 a 13 de diciembre de 2000,
porcentaje que se reducirá el 1 de enero de 2006 y en lo sucesivo,
cada 12 meses, en 1 μg/m3 hasta alcanzar un 0% el 1 de enero de
2010. 5 μg/m3, en las zonas y
aglomeraciones en las que se haya concedido una prórroga de acuerdo
con el artículo 23.
Debe
alcanzarse el 1 de enero de
2010.
Tras realizar el análisis de los datos referentes al benceno se llega al siguiente resultado:
Las concentraciones promedio anuales de benceno para cada año civil, no
sobrepasan en ningún caso los 5 g/m3 que fija como valor límite la Directiva
2008/50/CE y el Real Decreto 102/2011 (ver Tabla 5.13). Si se tiene en cuenta
que a partir del 1 de enero de 2006, en la Directiva y el Real Decreto antes
citados, se indica que el valor límite permitido debe disminuir en 1 g/m3 cada año
(hasta llegar al 0% en 2010), se puede afirmar que solo se cumple la normativa
entre los años 2002 a 2009 (en el año 2009 el valor límite era de 1 g/m3 y el
promedio anual fue de 0,68 g/m3.
Tabla 5.13: Concentración promedio anual benceno
Promedio anual benceno (g/m3)
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
0,45 1,80 0,36 0,36 0,19 0,69 1,10 0,68 1,06 0,66 0,68
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
68
En la Gráfica 5.7, donde se representa la evolución temporal promedio para el benceno,
se aprecia que las concentraciones de este contaminante en la atmósfera varían según la
época del año, siendo menores en los meses de verano, puesto que es en esos meses
donde el tráfico en la ciudad de Badajoz es menor, ya que la fuente de emisión más
común de este contaminante es el uso del automóvil y la evaporación de gasolinas y
gasóleos.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
69
Gráfica 5.7. Evolución diaria de la concentración de benceno en Badajoz.
0
2
4
6
8
10
12
Co
nce
ntr
ació
n C
6H6
(g/
m3 )
Fecha
Evolución diaria C6H6
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
70
5.1.7 Niveles de inmisión de ozono (O3):
En la Directiva 2008/50/CE [39] y el Real Decreto 102/2011 [38], se establecen como
parámetros para evaluar a este contaminante, el valor objetivo y el objetivo a largo plazo
(ver Tabla 5.14). En esta tabla también aparece el parámetro AOT40 (se expresa en
[g/m3] * h) que es la suma de la diferencia entre las concentraciones horarias superiores
a los 80 g/m3, equivalente a 40 nmol/mol o 40 ppm en volumen, y 80 g/m3 a lo largo de
un período dado utilizando únicamente los valores horarios medidos entre las 8:00 y las
20:00 horas, Hora Central Europea, cada día.
Tabla 5.14: Valores objetivo y objetivos a largo plazo para ozono según Directiva
2008/50/CE y el Real Decreto 102/2011
(1) El máximo de las medias móviles octohorarias del día deberá seleccionarse examinando promedios móviles de
ocho horas, calculados a partir de datos horarios y actualizados cada hora. Cada promedio octohorario así calculado se
asignará al día en que dicho promedio termina, es decir, el primer período de cálculo para un día cualquiera será el período
a partir de las 17:00 h del día anterior hasta la 1:00 h de dicho día; el último período de cálculo para un día cualquiera será
el período a partir de las 16:00 h hasta las 24:00 h de dicho día.
(2) Si las medias de tres o cinco años no pueden determinarse a partir de una serie completa y consecutiva de datos
anuales, los datos anuales mínimos necesarios para verificar el cumplimiento de los valores objetivo serán los siguientes:
Para el valor objetivo relativo a la protección de la salud humana: datos válidos correspondientes a un año.
Para el valor objetivo relativo a la protección de la vegetación: datos válidos correspondientes a tres años.
(3) El cumplimiento de los valores objetivo se verificará a partir de esta fecha. Es decir, los datos correspondientes al
año 2010 serán los primeros que se utilizarán para verificar el cumplimiento en los tres o cinco años siguientes, según el
caso.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
71
Al examinar los datos de ozono se obtienen:
1. Los valores máximos diarios de las medias móviles octohorarias de ozono en la
ciudad de Badajoz, superan el valor objetivo para la protección de la salud
humana (fijado en 120 µg/m3) superan en más de 25 días por año civil (que es lo
fijado por la legislación) en los siguientes años: 2002 (en 44 ocasiones), 2005 (en
31), 2006 (en 27), 2008 (en 35), 2009 (en 46) y 2010 (en 45). No obstante, debe
tenerse la fecha de cumplimiento de esta normativa entró en vigor el 1 de enero
del año 2010.
2. El valor objetivo para la protección de la vegetación AOT40, calculado a partir de
valores horarios de mayo a julio y puesto (fijado en 18.000 g/m3 *h de promedio
en un periodo de 3 a 5 años), fue ampliamente sobrepasado, llegándose a situar
entre 60.000 y 100.000 g/m3 *h de promedio en periodos de 3 a 5 años desde
2002 hasta 2012.
3. El objetivo a largo plazo para la protección de la salud humana, fijado en 120
µg/m3 para todos los días del año (aunque aún no está fijada la fecha para su
cumplimiento) se ha sobrepasado en todos los años estudiados (ver tabla 5.15).
Tabla 5.15: Número de veces anuales que los valores máximos diarios de las
medias móviles octohorarias de ozono superan el objetivo de 120 g/m3
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
44 24 19 31 27 28 35 46 45 17 12
A modo de resumen se puede afirmar que el ozono troposférico es el mayor problema
que tiene el aire de la ciudad de Badajoz, puesto que los niveles de concentración
encontrados superan en gran número de casos los límites establecidos en la Directiva
2008/50/CE y el Anexo I del Real Decreto 102/2011 de calidad del aire. Esto es debido a
una serie de condiciones que propician la aparición y persistencia de este contaminante
secundario, que se comentarán y estudiarán en los apartados 5.2 y 5.3 de este capítulo.
En la Directiva 2008/50/CE y el Anexo I del Real Decreto 102/2011 también se
establecen los umbrales de información y alerta siguientes: (Tabla 5.16)
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
72
Tabla 5.16: Umbrales de información y alerta para ozono según la Directiva 2008/50/CE
y el Real Decreto 102/2011
*A efectos de la aplicación del artículo 25, la superación del umbral se debe medir o prever durante tres horas
consecutivas.
Al comparar los datos de ozono con umbrales de información y alerta se obtiene:
1. El umbral de información establecido para los promedios horarios del ozono
troposférico, se ha visto superado en numerosas ocasiones en los años en que se
ha realizado el estudio. Los 180 g/m3 se han sobrepasado el 11 de julio de 2002,
a las 5 de la tarde; 21 de agosto de 2002 entre la 1 y las 4 de la tarde; 22 de
agosto de 2002 entre las 11 y la 1 del mediodía; 12 de agosto de 2003 entre la 1 y
las 4 de la tarde; 11 de agosto de 2006 entre las 3 y las 7 de la tarde y, 31 de
agosto de 2006 entre las 4 y las 6 de la tarde.
2. El umbral de alerta para los promedios horarios de ozono troposférico no se ha
llegado a alcanzar en ningún momento a lo largo de todos los años analizados.
En la evolución temporal diaria del ozono, representada a partir de los promedios diarios
desde el año 2002 hasta 2012. (Gráfica 5.8), puede apreciarse que la concentración
promedio de ozono es mayor en los meses estivales, en los cuales la radiación solar
directa es muy elevada, lo que favorece la formación de este contaminante secundario.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
73
Gráfica 5.8. Evolución diaria de la concentración de ozono troposférico en Badajoz.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Co
nce
ntr
ació
n O
3 (
g/m
3 )
Fecha
Evolución diaria O3
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
74
5.2 Análisis del comportamiento del ozono troposférico
Atendiendo a los resultados obtenidos en el apartado 5.1 Análisis legislativo, se
comprueba que el principal y, prácticamente único problema en el aire de la ciudad de
Badajoz, es la elevada concentración de ozono troposférico. Debido a esta situación, se
realizó un estudio estadístico de dicho contaminante y, de cuáles pueden ser las
condiciones meteorológicas bajo las que se alcanzan esos altos niveles.
Hasta hace unos años se pensaba que el ozono troposférico provenía de la estratosfera.
Sin embargo, hoy día se sabe que más de la mitad del ozono troposférico se genera en la
misma troposfera, mediante reacciones químicas, en las que juegan un papel
determinante los precursores de ozono, como son los óxidos de nitrógeno y compuestos
orgánicos volátiles [45]. Sin embargo, estas reacciones no pueden llevarse a cabo, si no
se dan unas condiciones meteorológicas adecuadas, en lo referente a radiación solar y
temperatura, acompañadas por una estabilidad atmosférica que propicie una baja
dispersión de los contaminantes, aumentando así la probabilidad de reaccionar entre
ellos, [17].
Por este motivo, se han escogido las variables meteorológicas de temperatura y
radiación, descritas en el capítulo de Materiales y Métodos, para realizar el estudio
estadístico.
En este contexto, el estudio aquí realizado presenta dos características novedosas:
- Se ha cuantificado mediante ecuaciones matemáticas, la posible influencia que la
temperatura y la radiación solar tienen sobre la concentración promedio de ozono
troposférico en la ciudad de Badajoz.
- Se ha considerado las estaciones del año como otro factor, con el fin de mostrar si
la posible influencia de las variables temperatura y radiación solar con respecto a
la concentración de ozono existente, viene condicionada por la estación del año
en las que tenía lugar.
Para llevar a cabo este estudio, se han empleado (mediante el programa informático R),
dos modelos estadísticos de la Análisis de la Covarianza (ANCOVA). Para detectar la
significación estadística se ha tomado el nivel de significación de p=0,001.
En el primero de dichos modelos se introduce el factor temperatura junto a las estaciones
del año, frente a la concentración promedio de ozono troposférico, mientras que el
segundo considera el factor radiación solar junto a las estaciones del año frente a la
concentración de ozono.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
75
5.2.1 Efecto de la temperatura sobre el ozono troposférico
En primer lugar, se ha realizado el análisis estadístico del modelo donde se enfrentan
temperatura y, concentración promedio de ozono, ajustado por la estación del año. Se
obtiene que tanto la temperatura como la estación del año, resultan, altamente
significativas a la hora de determinar la concentración de ozono (p-valor obtenido menor
de 2,2 x 10-16 en ambos casos) como puede observarse en la Tabla 5.17:
Tabla 5.17: Tabla ANCOVA, correlación entre concentración promedio de ozono,
temperatura y estaciones del año.
Response: Ozono troposférico (g/m3).
Sum Sq Df F value Pr(>F)
Temperatura (ºC). 121545 1 468.276 <2.2e-16 ***
Estaciones 111924 3 143.736 <2.2e-16 ***
Temperatura(ºC):Estaciones 17693 3 22.722 1.489e-14 ***
Residuals 835781 3220
---
Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
En esta misma tabla, puede observarse como la "interacción" entre ambas variables
presenta una influencia altamente significativa sobre la concentración de ozono, con un
p-valor=1,489 x 10-14. Este resultado estadístico, más difícil de interpretar desde un
punto de vista intuitivo, significa que según la estación del año, la influencia de la
temperatura frente a la cantidad de ozono es distinta.
Al investigar con más en profundidad las consecuencias de la interacción entre las
variables temperatura y estación del año, se demuestra que las diferencias significativas
residen solamente en la estación de primavera (p-valor =2,28 x 10-6), mientras que entre
las demás estaciones no se detectan diferencias significativas, con p-valores mayores a
0,001 en todos los casos. Esto quiere decir que en las estaciones de verano, otoño e
invierno, la influencia entre la temperatura y la concentración de ozono viene expresada
con la misma ecuación y, que dicha ecuación es distinta a la que el modelo de Análisis de
la Covarianza proporciona para la primavera.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
76
Concretamente, la ecuación que define la relación entre ozono y temperatura en
primavera es:
y= (34,5363+27,8128) + (1,3917 – 0,9795) x
y= 62,3491 + 0,4122 x
, mientras que para el resto de estaciones la ecuación es:
y= 34,5363 + 1,3917 x
Estas tendencias pueden verse reflejadas en los Gráficos 5.9 y 5.10
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
77
Gráfico 5.9: Correlación entre la temperatura (ºC) y la concentración promedio de ozono troposférico (g/m3) diferenciando entre las distintas
estaciones
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
78
Gráfico 5.10: Línea de tendencias de la correlación entre la concentración de ozono
troposférico (g/m3) y la temperatura (ºC), por estaciones.
Como puede apreciarse, tanto en los gráficos como en las ecuaciones, la influencia de la
temperatura es mucho menor en primavera, donde cambios de temperatura apenas si
implican cambios en la concentración de ozono troposférico.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
79
5.2.2 Efecto de la radiación solar sobre el ozono troposférico
En segundo lugar, se ha llevado a cabo el análisis estadístico del modelo que relaciona la
radiación solar con la concentración promedio de ozono troposféricos, ajustado por la
estación del año. Se obtiene que tanto la radiación solar como la estación del año son
significativas a la hora de determinar la concentración de ozono (p-valor menor de 2,2 x
10-16 para la estación del año y 0.0005652 para la radiación solar), como puede
observarse en la Tabla 5.18:
Tabla 5.18: Tabla ANCOVA, correlación entre concentración promedio ozono, radiación
solar y estaciones.
Response: Ozono troposférico (g/m3)
Sum Sq Df F value Pr(>F)
R.solar (W/m²) 3562 1 11.908 0.0005652 ***
Estaciones 327925 3 365.475 < 2.2e-16 ***
R.solar (W/m²): Estaciones 22719 3 25.320 3.302e-16 ***
Residuals 1088373 3639
---
Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
En esta tabla, también puede observarse como la “interacción” entre ambas variables
presenta una influencia muy significativa sobre la concentración de ozono troposférico,
habiéndose obtenido un p-valor de 3,301 x 10-16. Este valor, como ya se ha explicado en
el caso de la temperatura, quiere decir que según la estación del año, la influencia de la
radiación solar sobre la concentración de ozono troposférico es distinta.
Las consecuencias de esta interacción entre las variables de radiación solar y estación
del año, demuestran que las diferencias significativas residen en las estaciones de
primavera y otoño, con p-valores de 1,49 x 10-6 y 0,000183 respectivamente, mientras
que entre las otras dos estaciones no se detectan diferencias significativas, ya que sus p-
valores son mayores a 0,001. El resultado es que para las estaciones de verano e
invierno, la influencia de la radiación solar sobre la concentración de ozono viene dada
por la misma ecuación, mientras que las ecuaciones para otoño y primavera son distintas,
tal y como representa el Análisis de la Covarianza.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
80
La ecuación que define la relación existente entre ozono y radiación solar en primavera
es:
y= (47.068565 + 12.151901) + (-0.010153 + 0.043837) x
y= 59,220466 + 0,033684 x
En otoño la ecuación que define la relación entre radiación solar y ozono troposférico es:
y= (47.068565 + 2.330473) + (-0.010153 + 0.031738) x
y= 49,399038 + 0,021585 x
, mientras que para las otras dos estaciones la ecuación es:
y= 47.068565 - 0.010153 x
Estas tendencias pueden verse reflejadas en los Gráficos 5.11 y 5.12:
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
81
Gráfico 5.11: Correlación entre la radiación solar (W/m2) y la concentración promedio de ozono troposférico (g/m3) diferenciando entre las
distintas estaciones.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
82
Gráfico 5.12: Línea de tendencias de la correlación entre la concentración de ozono
troposférico (g/m3) y la radiación solar (W/m2), por estaciones
Como puede apreciarse, tanto en los gráficos como en las ecuaciones anteriores, la
influencia de la radiación solar es mayor en las estaciones de primavera y otoño, donde
los cambios en la radiación solar incidente, implican cambios en las concentraciones de
ozono troposférico, mientras que por el contrario, en las estaciones de verano e invierno,
cambios en los niveles de radiación solar, no implican cambios significativos en las
concentraciones de ozono.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
83
5.3 Estudio de las retrotrayectorias de las masas de aire
Los resultados obtenidos en apartados anteriores pueden calificarse en cierto modo de
sorprendentes. Una posible explicación para los mismos es la influencia de otras
variables distintas a las estudiadas, como puede ser la dirección del viento (Figura 5.1).
Éste puede arrastrar de lugares alejados a agentes contaminantes que sean precursores
de ozono troposférico y que tienen gran influencia en la concentración de éste en la
atmósfera.
Figura 5.1: Trayectorias de masas de aire que llegan a España.
Por este hecho se han estudiado las trayectorias de las masas de aire, para comprobar si
la procedencia de éstas influye también en las concentraciones de ozono. Se han elegido
varios casos claramente diferentes: valores de ozono alto que coinciden con radiación
solar baja y, niveles de radiación solar muy altas que coincide con concentraciones de
ozono no tan altas. Estudios similares se pueden hacer para explicar comportamientos
anormales de ozono en relación con la temperatura.
A continuación se muestran las retrotrayectorias de las masas de aire de distintos
episodios que presentan unas características singulares. Estas trayectorias se han
seguido con dos días de antelación.
Los tres primeros episodios, presentan altos niveles de radiación solar, acompañados de
bajos niveles de concentración de ozono troposférico, mientras que los tres siguientes
episodios presentan valores opuestos, es decir, presentan bajos niveles de radiación
solar y concentraciones de ozono elevadas.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
84
1) En el primer episodio, tuvo lugar con valores de radiación solar alta, y con bajas
concentraciones de ozono troposférico. Este caso ocurrió el día 29/07/2009, a las 13
horas, en el que los niveles de radiación solar eran de 1397 W/m2, los de concentración
de ozono 116.97 g/m3 y los de temperatura 32.13ºC. Desde las 11 horas y, durante
prácticamente todo el día, los valores fueron similares, la radiación solar superó los 1000
W/m2 y en ningún momento se alcanzaron los 120 g/m3 de ozono. Si se observa la
procedencia de la masa de aire que llegó a Badajoz a las 13 horas, (Figura 5.2 y 5.3) se
puede observar que dos días antes se encontraba en el Atlántico y esto suele traer un
aire limpio, es decir, poco cargado de precursores de ozono, por lo que la cantidad de
ozono troposférico que se formó fue baja aunque había mucha radiación solar.
Figura 5.2: Trayectoria de la masa de aire que llegó a Badajoz el día 29 de julio de 2009
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
85
Figura 5.3: Representación gráfica de la trayectoria de la masa de aire que llegó a
Badajoz el día 29 de julio de 2009
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
86
2) El segundo episodio tenía características parecidas al primero, con valores de alta
radiación solar y bajas concentraciones de ozono troposférico. Este caso ocurrió en el día
03/07/2011, a las 13 horas, en el que los niveles de radiación solar eran 1392 W/m2, los
de concentración de ozono 95,93 g/m3 y los de temperatura 24ºC. A partir de esa hora y
durante todo el día hasta las 21 horas, los valores fueron similares. Si se observa de
donde provenía la masa de aire que llegó a Badajoz a las 13 horas, (Figura 5.4 y 5.5), se
puede ver que dos días antes se encontraba en el mar Cantábrico, y que rodeó la
península por el mar hasta que unas horas antes entró por Portugal directa hasta la
ciudad de Badajoz. Al igual que en el caso anterior, el aire que llegó a la ciudad de
Badajoz (del mas Cantábrico) era limpio y con pocos precursores de ozono, por lo que la
concentración de ozono troposférico que se formó fue baja, aunque había radiación solar
alta.
Figura 5.4: Trayectoria de la masa de aire que llegó a Badajoz el día 3 de julio de 2011
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
87
Figura 5.5: Representación gráfica de la trayectoria de la masa de aire que llegó a
Badajoz el día 3 de julio de 2011
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
88
3) En el tercer episodio, de nuevo como en los dos casos anteriores, los valores de
radiación solar eran altos y había bajas concentraciones de ozono troposférico. Este caso
ocurrió el día 04/03/2012, a las 13 horas, en el que los niveles de radiación solar eran de
1361 W/m2, los de concentración de ozono 93,96 g/m3 y los de temperatura 19ºC.
Desde las 12 hasta las 16 horas, los valores fueron similares. En las Figuras 5.6 y 5.7 se
puede observar que la masa de aire que llegó a la ciudad de Badajoz el 4 de marzo de
2012, se encontraba dos días antes en el océano Atlántico, a gran distancia de la
península y a baja altura, lo que de nuevo dio lugar a que llegara a Badajoz un aire limpio
y poco cargado de precursores, lo que provocó que la cantidad de ozono troposférico
que se formó fuera baja, aunque la radiación solar fuera muy alta.
Figura 5.6: Trayectoria de la masa de aire que llegó a Badajoz el día 4 de marzo de 2012
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
89
Figura 5.7: Representación gráfica de la trayectoria de la masa de aire que llegó a
Badajoz el día 4 de marzo de 2012
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
90
4) El cuarto episodio, tiene características claramente diferentes a los anteriores. En
este caso se tienen altos niveles de concentración de ozono troposférico, aunque la
radiación solar es baja. Un día en el que ocurrió esto fue el 27/06/2008 a las 21 horas, en
el que los niveles de radiación solar eran 101.36 W/m2, los de concentración ozono
174,73g/m3, y los de temperatura 31ºC. A esta hora la radiación era más baja, (los
valores máximos de radiación ese día se produjeron entre las 14 y 15 horas y solamente
alcanzaron un máximo de 900 W/m2), mientras que los valores de concentración de
ozono troposférico superaron durante todo el día los 145 g/m3. Si se sigue la trayectoria
de la masa de aire, (Figura 5.8 y 5.9), se observa que procedía del norte de Portugal y se
fue moviendo por dentro de la Península hasta llegar a la ciudad de Badajoz, por lo que
este aire venía contaminado y cargado de precursores, lo que dio lugar a altos niveles de
ozono troposférico, aunque la radiación solar fuera relativamente pequeña.
Figura 5.8: Trayectoria de la masa de aire que llegó a Badajoz el día 27 de junio de 2008
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
91
Figura 5.9: Representación gráfica de la trayectoria de la masa de aire que llegó a
Badajoz el día 27 de julio de 2008
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
92
5) En el quinto episodio existían de nuevo altos niveles de concentración de ozono
troposférico con una radiación solar baja. El día en el que ocurrió esto fue el 11/08/2005
a las 19 horas, en el que los niveles de radiación solar eran 151 W/m2, los de
concentración ozono 140,13g/m3, y los de temperatura 31ºC. A esta hora la radiación
es baja, (los valores máximos de radiación se produjeron ese día a las 12 y 14 horas y
solamente llegaron a alcanzar los 900 W/m2), mientras que los valores de concentración
de ozono troposférico superaron durante todo el día los 130 g/m3. Si se sigue la
trayectoria de la masa de aire, (Figura 5.10 y 5.11), se observa que procedía del norte de
España, y que se fue moviendo por dentro de la Península, pasando por ciudades como
León, Zamora, Salamanca, Plasencia y Cáceres hasta llegar a Badajoz, por lo que la
masa de aire estaba contaminada y arrastraba todo tipo de precursores, lo que originó
que se formaran grandes cantidades de ozono troposférico, aunque los niveles de
radiación solar no fueran altos.
Figura 5.10: Trayectoria de la masa de aire que llegó a Badajoz el día 11 de agosto de
2005
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
93
Figura 5.11: Representación gráfica de la trayectoria de la masa de aire que llegó a
Badajoz el día 11 de agosto de 2005
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
94
6) En el sexto episodio, al igual que en los dos anteriores, existían altos niveles de
concentración de ozono troposférico cuando la radiación solar era baja. El día en el que
ocurrió esto fue el 19/06/2009 a las 22 horas, en el que los niveles de radiación solar eran
98 W/m2, los de concentración ozono 168,96g/m3, y los de temperatura 31ºC. A esta
hora la radiación es baja (los valores máximos de radiación ese día se produjeron entre
las 10 y las 13 horas y no llegaron a alcanzar los 900 W/m2), mientras que los valores de
concentración de ozono troposférico superaron durante todo el día los 130 g/m3,
llegando a alcanzar su máximo entre las 21 y 22 horas. Si se observa la trayectoria de la
masa de aire, (Figura 5.12 y 5.13), se puede ver que, 48 horas antes, la masa de aire se
encontraba sobre el mar, en este caso en el Mediterráneo, pero tomó tierra y recorrió
una gran distancia dentro de la Península, pasando por ciudades como Huelva o Lisboa,
hasta llegar a Badajoz, por lo que de nuevo esta masa de aire venía cargada de
precursores, lo que originó que sin haber altos niveles de radiación solar, se forman
grandes cantidades de ozono troposférico.
Figura 5.12: Trayectoria de la masa de aire que llegó a Badajoz el día 19 de junio de
2009
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
95
Figura 5.13: Representación gráfica de la trayectoria de la masa de aire que llegó a
Badajoz el día 19 de junio de 2009
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
96
Como conclusión a las situaciones con alta radiación solar pero con una concentración de
ozono troposférico baja (tres primeros sucesos), se observa que, si las masas de aire
provienen del océano y no atraviesan zonas contaminadas, el aire viene limpio y con
pocos precursores de ozono, por lo tanto, aunque las condiciones meteorológicas que se
dan sean, adecuadas para que se forme ozono, ocurre en mucha menor cantidad, al ser
necesario la presencia de esos precursores para su formación.
Como resumen sobre el tipo de sucesos en los que en días con poca radiación solar, la
concentración de ozono troposférico presente en la atmósfera de la ciudad de Badajoz
era elevada (tres últimos episodios), se puede decir que ha sido debido a que las masas
de aire que llegaron a la ciudad habían recorrido una gran distancia por dentro de la
Península y habían pasado por ciudades importantes, que aportaron al aire de Badajoz
gran cantidad de contaminantes atmosféricos precursores de ozono, lo que hizo que las
concentraciones de ozono troposférico fueran tan elevadas, en situaciones
meteorológicas que, en principio, no eran las más adecuadas para ello.
6. CONCLUSIONES
97
6 CONCLUSIONES
Las principales conclusiones obtenidas en este Trabajo Fin de Máster son las siguientes:
1. Durante el periodo de estudio (años 2002 a 2012) los niveles de concentración en
el aire de la ciudad de Badajoz de los contaminantes: SO2, NO2, NOx, CO, PM10 y
PM2,5 no han superado los valores límites fijados por la legislación vigente
(Directiva 2008/50/CE y Real decreto 102/2011).
2. En el periodo comprendido entre los años 2002 y 2009 las concentraciones
promedio anuales de benceno en el aire de la ciudad de Badajoz han cumplido
con el valor límite fijado en la legislación. No obstante, entre los años 2010 y 2012
se ha sobrepasado el valor límite.
3. Los valores máximos fijado por la legislación vigente para la concentración de
ozono troposférico se han superado en múltiples ocasiones (en todos los años
estudiados) en el aire de la ciudad de Badajoz. Por lo que se puede afirmar que el
principal problema de contaminación atmosférica en esta ciudad son los elevados
niveles, que frecuentemente se alcanzan, de este contaminante.
4. La radiación solar y la temperatura son dos variables meteorológicas que tienen
una clara influencia (p-valor <0.001 en ambos casos) sobre las concentraciones
de ozono troposférico en el aire de la ciudad de Badajoz.
5. La estación del año también tiene una gran influencia en la concentración de
ozono presente, puesto que las dos variables meteorológicas antes citadas
(temperatura y la radiación solar) cambian en función de la época del año de que
se trate.
6. En el caso de la temperatura, las diferencias significativas en cuanto a la
concentración de ozono troposférico, residen en la estación de primavera,
mientras que para la radiación solar, las diferencias significativas con respecto a
la concentración de ozono troposférico presente, se encuentran en las estaciones
de otoño y primavera.
6. CONCLUSIONES
98
7. El régimen de vientos, según sea su procedencia, también tiene una gran
influencia en las concentraciones de ozono troposférico, ya que si este viento
arrastra hasta la ciudad de Badajoz, a una masa de aire que proviene de lugares
con una gran concentración de precursores de ozono (por ejemplo la ciudad de
Madrid) la concentración de este contaminante en Badajoz será mayor que si la
masa de aire procede de una zona con una baja concentración de precursores
(por ejemplo el océano Atlántico).
8. Las elevadas concentraciones de ozono troposférico, que frecuentemente se
presentan en la ciudad de Badajoz, son debidas a que en esta ciudad es habitual
que haya elevados niveles de radiación solar y temperatura, acompañados de una
gran estabilidad atmosférica que propicia una menor dispersión de los
contaminantes, con lo que aumenta la probabilidad de que reaccionen entre ellos
y den lugar a ozono, que es un contaminante secundario.
7. BIBLIOGRAFÍA
99
7 BIBLIOGRAFÍA
[1]. PLEIJEL, H. 2000. Ground-level ozone. A problem largely ignored in southern
Europe. Air Pollution and Climate.
[2]. Diagnóstico Ambiental de Chiclana de la Frontera. Capítulo 16: Calidad del aire,
[en línea]. Dirección URL: <http://files.chiclana.es/diag/ambiental/Calidad del
Aire.pdf> [Consulta: 19 de diciembre de 2014].
[3]. ARÁNGUEZ, E., ORDÓÑEZ, J.M., SERRANO, J., ARAGONÉS, N.,
FERNÁNDEZ-PATIER, R., GANDARILLAS, A. & GALÁN, I. Contaminantes
atmosféricos y su vigilancia. Rev Esp Salud Pública. 1999; 73: 123-132 pp.
[4]. GODISH, T. 1997. AIR QUALITY. Third Edition. Editorial LEWIS. 429 pp.
[5]. LOZANO, A., USERO, J. & NAVARRETE, B. 2004. Optimización del Diseño de
Redes de Vigilancia y Control de la Calidad del Aire y su Aplicación en
Andalucía. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad
de Sevilla. 305 pp.
[6]. Troposfera, [en línea]. Portal temático de contaminación atmosférica. Dirección
URL: <http://www.troposfera.org/> [Consulta: 10 enero de 2015].
[7]. Ecu Red. Conocimientos con todos y para todos. Dióxido de azufre, [en línea].
Dirección URL: http://www.ecured.cu/index.php/Di%C3%B3xido_de_azufre
[Consulta: 23 de enero de 2015].
[8]. Ayuntamiento de Madrid. Efectos sobre la salud humana, [en línea]. Calidad del
aire. Dirección URL: <http://www.mambiente.munimadrid.es> [Consulta: 20 de
diciembre de 2014].
[9]. PICÓ, A.G., I.G. FERNÁNDEZ, A.S. GIMENO, P.F. HERNANDO, R.G.
MARTÍNEZ, J.B. YAGÜE, J.P. PÉREZ, R.N. PASCUAL, J.D. ALEGRÍA. 2012.
Contaminación atmosférica. Universidad Nacional de Educación a Distancia.
Editorial UNED. Madrid. 442 pp.Principio del formulario
[10]. OLTMANS, S.J., A.S. LEFOHN, D. SHAWICK, J.M. HARRIS, H.E. SCHEEL, I.
GALBALLY, D.W. TARASICK, B.J. JOHNSON, E.G. BRUNKE, H. CLAUDE, G.
ZENG, S. NICHOL, F. SCHMIDLIN, J. DAVIES, E. CUEVAS, A. REDONDAS, H.
NAOE, T. NAKATO, T. KAWASATO. 2013. Atmospheric Environment. 67: 331-
351 pp.
[11]. PUIGCERVER, M. & M. DOLORS. 2008. El Medio atmosférico, Meteorología y
contaminación. Edicions Univers. Barcelona. 248 pp.
7. BIBLIOGRAFÍA
100
[12]. Región de Murcia. Consejería de Sanidad y Consumo, [en línea]. Dirección
General de Salud Pública. Servicio de Sanidad Ambiental. Dirección URL:
<http://www.murciasalud.es/archivo> [Consulta: 19 de abril de 2015].
[13]. RODRIGUEZ, J.D., M.M. MUÑOZ, L.P. GÓMEZ & J.P. ALOY. 2009. Estudio y
evaluación de la contaminación atmosférica por ozono troposférico en España.
MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE, Y MEDIO RURAL Y MARINO. 372 pp.
[14]. ÁLVAREZ, E., F. DE PABLO, C. TOMÁS & L. RIVAS. Mayo 2000. Spatial and
temporal variability of ground level ozone in Castilla-León (Spain). International
Journal of Biometeorology
[15]. DONEV, E., K. ZELLER y A. AVRAMOV. 2002. Preliminary background ozone
concentrations in the mountain and coastal areas of Bulgaria. Environmental
Pollution.
[16]. KLAUS, D., POTH, A., M. VOSS. & JAUREGUI, E. 2001. Ozone distributions in
Mexico City using principal component analysis and its relation to meteorological
parameters.
[17]. ACERO, F.J., MATEOS, V.L., CABRERA, E.M. & GARCÍA, J.A. 2002.
Tropospheric ozone concentration study in a rural location in Extremadura
(Spain). Departamento de Física. UEX. Badajoz. 6 pp.
[18]. Contaminación atmosférica, BLOQUE IV, Tema 10, página 244-245, [en línea].
Dirección URL: <http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448169816.pdf>
[Consulta: 1 de marzo de 2015].
[19]. La contaminación atmosférica. Efectos de los contaminantes atmosféricos, [en
línea]. Dirección URL: <http://www.jmarcano.com> [Consulta: 20 de noviembre
de 2014].
[20]. K. WARK y CECIL F. WARNER. 1990. Contaminación del aire. Origen y control.
Universidad de Purdue. Editorial LIMUSA, Noriega Editores. México. 513 pp.
[21]. Red Extremeña de Protección e Investigación de la Calidad del Aire (REPICA),
[en línea]. Gobierno de Extremadura. Consejería de Agricultura, Desarrollo
Rural, Medio Ambiente y Energía. Dirección URL:
<http://xtr.gobex.es/repica/index.html> [Consulta: 20 de enero de 2015].
[22]. Diario Oficial de Extremadura. Número 120, jueves, 24 de junio de 2010.
Páginas 16442-16579.
[23]. CUENCA, J.L. 2012. Trabajo Fin de Master. Estudio de la contaminación en
Extremadura mediante el uso de modelos Lagrangianos. Universidad de
Extremadura. Facultad de Ciencias. 108 pp.
[24]. Diario Oficial de la Unión Europea. 18 de enero de 2006. REGLAMENTO (CE)
Nº 166/2006. 17 pp.
7. BIBLIOGRAFÍA
101
[25]. Boletín Oficial del Estado. Núm 96, sábado, 21 de abril de 2007. Páginas 17686-
17703.
[26]. Registro Estatal de Emisiones y Fuentes Contaminantes, [en línea]. PRTR.
Gobierno de España. Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente.
Dirección URL: <http://www.prtr-es.es/informes/seriescomplex.aspx> [Consulta:
12 de mayo de 2013].
[27]. Tabla de datos estadísticos. Población de los municipios de la ciudad de
Badajoz, [en línea]. Dirección URL: <http://www. infolaso.com/badajoz.html>
[Consulta: 20 de junio de 2015].
[28]. Tabla de datos estadísticos. Población de los municipios de la ciudad de
Cáceres, [en línea]. Dirección URL: <http://www. infolaso.com/caceres.html>
[Consulta: 20 de junio de 2015].
[29]. Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, [en línea]. Dirección
URL: <http://www.magrama.gob.es/es/> [Consulta: 2 diciembre de 2014].
[30]. Diario Oficial de Extremadura. Número 81, miércoles, 29 de abril de 2015.
Páginas 13997-14164.
[31]. Boletín Oficial del Estado. Núm. 162, viernes 4 de julio de 2014. Sec. I. Páginas
52139-52148.
[32]. Diario Oficial de Extremadura. Número 100, jueves, 26 de mayo de 2011.
Páginas 13177-13250.
[33]. Boletín Oficial del Estado. Núm. 296, miércoles, 11 de diciembre de 2013. Sec. I.
Páginas 98151-98227
[34]. Diario Oficial de Extremadura. Número 86, viernes, 6 de mayo de 2011. Páginas
11237-11299.
[35]. Consejería de Agricultura, Desarrollo Rural, Medio Ambiente y Energía,
Gobierno de Extremadura. Instrucción 1/2014. 22pp.
[36]. Boletín Oficial del Estado. Núm. 275, viernes, 16 de noviembre de 2007. Sec. I.
Páginas 46962-46987.
[37]. Boletín Oficial del Estado. Núm 25, sábado 29 de enero de 2011. Sec. I. Páginas
9540-9568.
[38]. Boletín Oficial del Estado. Núm 25, sábado 29 de enero de 2011. Sec. I. Páginas
9574-9626.
[39]. Diario Oficial de la Unión Europea. 11 de junio de 2008. Directiva 2008/50/CE.
152 pp.
[40]. Plan Nacional de Calidad del Aire y Protección de la Atmósfera 2013-2016.
Dirección General de Calidad y Evaluación Ambiental y Medio Natural. 15 de
febrero de 2013. 205 pp.
7. BIBLIOGRAFÍA
102
[41]. Boletín Oficial del Estado. Núm 157, martes, 2 de julio de 2002. Páginas 23910-
23927.
[42]. Boletín Oficial del Estado. Núm 33, viernes, 7 de febrero de 2003. Páginas 5030-
5041.
[43]. Boletín Oficial del Estado. Núm 108, sábado, 5 de mayo de 2012. Páginas
33889-33900.
[44]. Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, Normativa relacionada
con Cambio Climático. Unión Europea. Emisión de gases. [en línea]. Dirección
URL:<http://www.magrama.gob.es/es/cambioclimatico/legislacion/documentacion
/normativa-y-textos-legales/default.aspx> [Consulta: 20 junio de 2015]
[45]. SILLMAN, S. 1999. The relation between ozone, NOx and hidrocarbons in urban
and polluted rural environments. Atmospheric Environment. 1821-1845 pp.
