Metereologia de la contaminacion atmosferica

METEREOLOGIA DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA

Los factores meteorológicos de interés son:

• Velocidad y dirección del viento
• Temperatura y humedad
• Turbulencia
• Estabilidad atmosférica
• Efectos topográficos en la meteorología

Las emisiones de contaminantes de la atmósfera son de interés a tres escalas:

• Microescala: del orden de 1km  
• Mesoescala: del orden de 100km  
• Macroescala: del orden de miles de km

Para el fenómeno de transporte de la contaminación atmosférica ,la mayoría de los datos de interés se obtienen dentro de la denominada capa límite atmosférica (CLA), también denominada capa límite planetaria

CLA: es la capa de aire más baja en la atmósfera terrestre (de 500 a 1000 metros), influenciada por los efectos del calor y la rugosidad de la superficie terrestre. La dispersión de los contaminantes se produce mediante las turbulencias.

En la capa inestable o capa límite por convección (CLC) las turbulencias se caracterizan por la aparición de remolinos considerables. Estos remolinos poseen unos tamaños parecidos a la CLC o de 1 a 2 km. En la capa límite estable (CLE) las turbulencias son mucho más débiles.

La velocidad del viento en la superficie terrestre es nula debido a la fricción de la rugosidad de la superficie. A medida que nos separamos de la superficie la velocidad del viento aumenta debido al movimiento de la Tierra.

Debida a la rugosidad de la superficie

U=u+u´

• U = velocidad instantánea
• u = componente de velocidad media
• u´= componente variable

Componente variable de la velocidad

. Esta velocidad variable se denomina turbulencia y por estar producida por la rugosidad del terreno se apellida como turbulencia mecánica. La turbulencia mecánica es parcialmente responsable de la dispersión atmosférica de la contaminación.

La turbulencia también se produce por la Tª.  La superficie templada de la tierra provoca que el aire caliente o “térmicas” se eleven, produciendo corrientes en donde masas de aire asciendan y otras masas frías desciendan. Este movimiento turbulento se denomina turbulencia térmica o fuerza ascensional.

Gradientes de Tª ambiental y adiabático

En las zonas más bajas de la troposfera, la Tª del ambiente habitualmente disminuye con la altitud. La velocidad con la que la Tª disminuye se conoce como “gradiente de temperatura”. Estos gradientes de Tª se miden con una sonda globo equipada con un termómetro, que cuando este se libera mide la temperatura de la atmósfera en su movimiento ascendente. Este gradiente se conoce como “gradiente de temperatura ambiental”, y varia de día a día, entre el día y la noche y entre estaciones.

Estabilidad atmosférica

Atmósfera “neutralmente estable”:

• GTA = GTSA

• velocidad de enfriamiento = 1ºC/100m.

Si el volumen de aire se desplaza en sentido ascendente o descendente, su Tª se ajustará a la de los alrededores.

Atmósfera “inestable”

• GTA>GTSA

• velocidad de enfriamiento en la ascensión > 1ºC/100m.

Este gradiente de temperatura más pronunciado incita una mayor turbulencia térmica.

Atmósfera “inestable”

En este caso, si la parcela de aire se desplaza en :

Sentido ascendente (por turbulencia mecánica o por corrientes cercanas a un edificio) se enfriará en su interior a ≅ 1ºC/100m ⇒ se encontrará más templada que el aire alrededor ⇒ continuara su ascensión.

Sentido descendente (por corrientes debidas a un accidente topográfico), es más frío y denso que el aire alrededor y continuará hundiéndose. Esta condición se conoce como “inestable” con un gradiente de temperatura “superadiabático”.

Atmósfera “estable”:

• GTA< GTSA

• 1ºC/100m.

El gradiente de temperatura es menos pronunciado y de esta manera responsable de un menor numero de turbulencias.

Si la parcela de aire se desplaza en:

•  Sentido ascendente, se enfriará ella misma a razón de ≅1ºC/100m. La parcela se encontrara más fría que los alrededores.

• Sentido descendente, se calentará a ≅ 1ºC/100m. Se encontrará más templada que los alrededores.

De este modo la parcela de aire no se moverá ni en sentido ascendente o descendente desde la posición “estable”. La condición ambiental se conoce como “estable” con un gradiente de temperatura “subadiabatico”.

“Inversión estable”

La temperatura aumenta con la altitud.

Si la parcela de aire se mueve en:

• Sentido ascendente se enfriará en aproximadamente 1ºC/100m. Se encontrará mucho más fría que los alrededores y se verá forzada a hundirse.

• Sentido descendente, se calentará a aproximadamente 1ºC/100m. Se encontrará más templada que los alrededores y debido a la capacidad de flote se verá forzada hacia arriba.

La condición de inversión de Tª es una condición muy estable, forzando a los contaminantes del aire a permanecer atrapados en la atmósfera durante largos periodos.

La estabilidad depende de las condiciones metereológicas.

Variación de la velocidad del viento con la altitud

 La velocidad del viento se mide a una altura estándar de 10m y se denomina U10.

 La velocidad del viento varia con la altura, desde 0 en la superficie del terreno hasta un valor máximo a alguna altura por encima de la influencia de los edificios y la topografía. A esta se le denomina U∝ y la altura a la que se mida depende del terreno.

En una región rural la U∝ se encuentra a una altura de unos 250m, mientras que la correspondiente altura para una zona urbana es mayor que 500m

COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA

GASES

La composición del aire, en sus componentes mayoritarios, es bastante constante desde el nivel del suelo hasta una altura ~100Km, donde aparecen variaciones debidas a:

• Radiaciones solares.
• Radiación cósmica.
• Campo gravitacional de la Tierra.

1. Componentes mayoritarios como: -nitrógeno y -oxígeno.

2. Otros, como el Ar y el CO2, están en % muy inferior

 3. Compuestos diversos

Esta composición del aire es bastante homogénea en toda la atmósfera que rodea la superficie terrestre, presentando únicamente variaciones importantes de unas zonas a otras en el contenido en agua, que puede ser :

• ≅ 0 en algunas regiones
• concentraciones de hasta un 5%.

Hasta los 80 Km los componentes mayoritarios mantienen una misma proporción

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA ATMÓSFERA TENIENDO EN CUENTA EL “TIEMPO DE PERMANENCIA” (T) DE LOS GASES COMO TALES EN LA ATMÓSFERA.

Definición de tiempo de permanencia: Vida media de las moléculas de un gas, calculada, por la relación entre la concentración atmosférica de una especie y la velocidad de aportación de la misma.

Así, hablamos de los siguientes grupos:

• Gases permanentes, con t > 1.000 años
• Gases variables, con 100 > t >1años
• Gases muy variables, con t <1 año

Al ser la [gases permanentes] ≅ invariable, los cambios del estado físico de la atmósfera se rigen por la [gases variables y de las partículas de aerosol ]

AEROSOLES:

Materiales sólidos y líquidos en suspensión. Provienen, fundamentalmente, de procesos fisicoquímico-naturales de diversos tipos: erosión, erupciones volcánicas, aerosoles marinos, incendios forestales naturales...

Actúan como centros de condensación en la formación de nubes y permiten aumentar la fertilidad de los suelos.

El tiempo de residencia es función del tamaño, ya que poseen distinta velocidad de sedimentación.

RADIACIONES EN LA ATMÓSFERA

A nuestra atmósfera llegan radiaciones del sol (las más importantes) y del resto del universo (rayos cósmicos).

 El espectro electromagnético se divide en zonas según la longitud de onda de la radiación.

El 99% de la energía de la radiación solar pertenece al intervalo de longitud de onda comprendido entre 100 y 4.000nm, que incluye las regiones de:

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