Una herramienta pronostica la calidad del aire con 48 horas de antelación

Una plataforma matemática desarrollada en la Universidad de São Paulo estima la concentración de contaminantes según las condiciones meteorológicas y puede emplearse para anticipar sus impactos sobre la salud

Por Karina Toledo

Agência FAPESP – Una herramienta informática cuyo desarrollo estuvo a cargo de científicos de la Universidad de São Paulo (USP) permite prever con al menos 48 horas de antecedencia cuál será la calidad del aire en las distintas partes de la Región Metropolitana de São Paulo, teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas y los niveles de emisión y dispersión de contaminantes.

Los resultados de las simulaciones de la calidad del aire realizadas con el modelo matemático denominado WRF/Chem (Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry) ‒una adaptación de la herramienta que se emplea en el The National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) y en el The National Center for Atmospheric Research (NCAR), en Estados Unidos– se encuentran disponibles para su consulta gratuita en la página web www.lapat.iag.usp.br.

La plataforma fue perfeccionada en el marco del Proyecto Temático FAPESP “Narrowing the uncertainties on aerosol and climate changes in São Paulo State: NUANCE-SPS”, coordinado por Maria de Fátima Andrade, docente del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG/ USP).

“Uno de los principales objetivos de esta plataforma consiste en combinar la estimación de la concentración de contaminantes con el pronóstico de posibles impactos sobre la salud pública y el impacto del uso de los diferentes combustibles sobre la calidad del aire. La idea es anticipar eventos de mayor polución atmosférica que puedan ocasionar un aumento del ingreso de personas en hospitales como consecuencia de enfermedades respiratorias, por ejemplo. Esto ayudaría en la planificación de los servicios de salud”, dijo Andrade.

Otra ventaja de esta herramienta consiste en que permite estimar la calidad del aire en áreas de la llamada Región Metropolitana de São Paulo que no cuentan con estaciones de monitorización de la Compañía de Tecnología de Saneamiento Ambiental del Estado de São Paulo (Cetesb), subrayó Thiago Nogueira, becario de la FAPESP de posdoctorado y miembro del equipo del Proyecto Temático.

“La Región Metropolitana de São Paulo cuenta con 26 estaciones de monitoreo que registran las concentraciones de contaminantes y, con base en estándares legales y en las condiciones meteorológicas, informan si en la zona la calidad del aire es buena o mala. Pero esas estaciones no logran medir de manera tan representativa toda la región metropolitana, que es demasiado extensa”, dijo Nogueira.

Una tercera utilidad de esta herramienta, de acuerdo con los investigadores, reside en la posibilidad de diseñar escenarios futuros de concentración de contaminantes considerando factores tales como los cambios climáticos, las estimaciones de desarrollo urbano y la alteración en el perfil y en el tamaño del parque automovilístico. Esto podría ayudar a evaluar los beneficios de políticas públicas tendientes a estimular el uso de etanol, biodiésel y otros combustibles considerados menos perjudiciales para el medio ambiente, por ejemplo.

Estudio de datos

La plataforma considera la concentración de gases de efecto invernadero y de los principales contaminantes reglamentados, es decir, aquéllos que poseen una concentración máxima aceptable establecida por organismos nacionales e internacionales, tales como la Cetesb, el Consejo Nacional de Medio Ambiente (Conama), la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA).

Entre los compuestos medidos se encuentran los óxidos de nitrógeno (NOx), el monóxido de carbono (CO) y algunos compuestos precursores del ozono troposférico, tales como los hidrocarburos y los aldehídos. También se analizó la concentración del material fino en partículas, el cual, dependiendo de su composición, puede reflejar o absorber la radiación solar y tener distintos impactos sobre el clima y sobre la salud humana.

“Las fuentes de contaminación pueden clasificarse en estacionarias, tales como las industrias y las residencias, y en fuentes móviles, representadas fundamentalmente por los vehículos. En el caso de la Región Metropolitana de São Paulo, la principal fuente de polución atmosférica la constituyen las emisiones de los vehículos”, afirmó Nogueira.

De acuerdo con datos de la Cetesb, sostuvo el investigador, los vehículos livianos constituyen la fuente de alrededor del 72% del CO existente en la atmósfera de la ciudad de São Paulo. Las motos emiten otro 19% y los vehículos pesados, tales como camiones y autobuses, el 6%.

En el caso de los hidrocarburos, contaminantes primarios que reaccionan en la atmósfera y forman el ozono, el 60% proviene de vehículos livianos, el 11% de las motos y el 6% de los vehículos pesados. En tanto, el 60% de los óxidos de nitrógeno ‒contaminantes también responsables de la formación del ozono en la atmósfera‒ es emitido por los vehículos pesados, el 19% por los vehículos livianos y el 1% por las motocicletas.

Para determinar la cantidad de contaminantes emitidos por los vehículos se realizaron experimentos tendientes a estimar los llamados “factores de emisión”, es decir, la cantidad emitida (en masa) de cada uno de los contaminantes por cada tipo de vehículo existente en el parque automovilístico de la capital paulista y por cada kilómetro rodado.

Los experimentos comprenden mediciones en túneles por donde hay tránsito de vehículos y también mediciones en laboratorio. Asimismo, para alimentar el modelo matemático se emplearon las mediciones de rutina que realiza la Cetesb en vehículos nuevos, a los efectos verificar si se encuadran en los estándares legales de emisiones.

“En el laboratorio se analiza una muestra extraída de vehículos usados de distintas marcas y modelos. Se les acoplan aparatos a los escapes de los coches y se simula una condición real de uso. En esos experimentos se miden las emisiones de vehículos que andan con gasolinas de diferentes composiciones, con etanol e impulsados con gasoil o biodiésel”, explicó Nogueira.

En 2011 se realizaron dos experimentos en túneles: en el túnel Presidente Jânio Quadros, bajo el río Pinheiros, por donde pasan únicamente vehículos livianos y motos, y en uno de los túneles de la circunvalación Rodoanel Mário Covas, donde el flujo varía.

“Trasladamos gran parte de nuestro laboratorio hacia dentro de los túneles. Durante dos semanas captamos muestras de aire y analizamos qué estaban emitiendo los vehículos. Este tipo de estrategia resulta interesante, pues tenemos allí una flota más representativa de la realidad, de las condiciones reales de uso, y no hay interferencia de la radiación solar y de otras fuentes de emisión de contaminantes”, explicó Nogueira.

Para complementar la recolección de datos, durante el proyecto de maestría de Ivan Hetem se midieron los remolinos de polvareda que se levantan del suelo como producto del movimiento de los vehículos, un factor que influye en la concentración de material en partículas en la atmósfera.

“Partiendo de estas fuentes es posible calcular las concentraciones ambientales de contaminantes en el modelo. Pero el flujo de vehículos varía de acuerdo con el tipo de vía, una información que debe cargarse en el mismo. A tal fin, nos valemos de datos de la Compañía de Ingeniería de Tránsito [CET] y de mapas georreferenciados”, comentó Andrade.

También según Andrade, el grupo ha venido realizando análisis a los efectos de entender de qué modo reaccionan los contaminantes emitidos en la atmósfera en función de factores tales como la temperatura, la humedad relativa del ambiente, la dirección y la velocidad de los vientos.

“El objetivo es entender la química de la formación de esos contaminantes en la atmósfera, fundamentalmente la del ozono y la del material fino en partículas, que desempeña un importante papel en el balance radioactivo, y tiene un impacto significativo sobre la salud”, dijo Andrade.

Los científicos siguen perfeccionando la plataforma y, diariamente, efectúan comparaciones con las mediciones del aire atmosférico realizadas con un conjunto de aparatos existentes en el IAG/ USP. El grupo planea también realizar una nueva campaña de mediciones en túneles, para obtener datos actualizados de los factores de emisión vehicular.

“Las mediciones realizadas a diario en el IAG sirven para validar las previsiones del modelo y para alimentarlo constantemente. Estamos llevando a cabo un seguimiento del impacto de los cambios en el perfil del parque de vehículos pesados, por ejemplo. Ya se encuentra disponible actualmente un gasoil con un menor tenor de azufre, lo que permite usar un nuevo motor y otro catalizador en los vehículos pesados. Pero, hasta que se concrete la renovación de este parque, pasarán algunos años”, comentó Nogueira.

Según Andrade, el modelo matemático ayudará a alcanzar uno de los objetivos centrales del Proyecto Temático, que consiste en entender de qué manera contribuye con los cambios climáticos la Región Metropolitana de São Paulo como fuente de gases y partículas, y, por otra parte, de qué modo el clima local y la formación de contaminantes se verán afectados por la elevación de la temperatura y demás alteraciones meteorológicas asociadas a los cambios climáticos.

Según la investigadora, los primeros análisis sugieren que, si bien existe una tendencia a la disminución de las emisiones de algunos contaminantes, los niveles de ozono seguirán aumentando durante los próximos años, debido al influjo de los cambios climáticos.

“La diminución de las emisiones de los precursores primarios termina compensándose debido a la alteración de los estándares de temperatura y humedad, que favorecen las reacciones que forman el ozono en la atmósfera. Los factores forzantes del clima tienen una influencia significativa que puede impedir una merma más significativa de esa concentración, tal como quedó demostrado en la tesis doctoral de Caroline Mazzoli”, comentó la investigadora.

Para el desarrollo de esta herramienta, Andrade puso de relieve la colaboración con investigadores de la Cetesb y de diversas instituciones de la USP, como por ejemplo la Facultad de Medicina (FMUSP), el Instituto de Física (IF/ USP), el Instituto de Química (IQ/ USP), el Instituto de Botánica (IB), la Facultad de Salud Pública (FSP/ USP), el Instituto de Geociencias (IGc/ USP), la Escuela de Artes, Ciencias y Humanidades (EACH/ USP) y el Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen). También colaboraron investigadores de la Universidad Federal del ABC (UFABC), de la Universidad Presbiteriana Mackenzie y de la Universidad Tecnológica Federal de Paraná (UTFPR).

“Están surgiendo muchos resultados relevantes merced a esta colaboración. Algunos trabajos se relacionan directamente con la mejora de la resolución y de la representación de las emisiones en el modelo, tales como los proyectos de tesis de Angel Vela y Sergio Ibarra y las tesinas de maestría de Mario Calderón y Camila Homann. Otros trabajos apuntan al conocimiento de la composición y el comportamiento de los constituyentes atmosféricos, como en las tesis de Pamela Dominutti, Beatriz Oyama, Marcelo Silva Viera-Filho y Carlos Oliveira”, resaltó Andrade.