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Un estudio de personal investigador de la Unidad de Modelización Atmosférica del departamento de Medio Ambiente del CIEMAT indica que redistribuir las emisiones en el espacio y en el tiempo puede ser una medida eficaz para mitigar los episodios de alta contaminación de NO₂ que aparecen en situaciones de inversión térmica en Madrid. El estudio se ha realizado en el marco del proyecto EXCLUR (Extreme CLimatic events in URban areas, CGL2016-80154-R), financiado por el plan nacional de investigación.

Cuando una persona no fumadora entra en una habitación donde se está fumando, en general las primeras cosas que pide son: apagar los cigarrillos (reducir las emisiones) y abrir las ventanas (mejorar la dispersión). Para la calidad del aire en ciudades pasa lo mismo: mejora cuando se reducen las emisiones y las condiciones dispersivas son favorables. La diferencia es que las emisiones se pueden controlar, pero las condiciones dispersivas no. Estas dependen esencialmente de la meteorología, y en particular de la velocidad del viento y de la altura de la capa de mezcla (capa de la atmosfera donde se dispersan los contaminantes). En el artículo que se acaba de publicar en la revista Atmospheric Research, se investiga, por medio de un modelo numérico, la variabilidad de estas condiciones en el tiempo y en el espacio en la ciudad de Madrid y su impacto sobre la calidad del aire, durante el episodio de inversión térmica de diciembre de 2016, uno de los más severos de los últimos años, cuando se verificaron muchas superaciones de los límites legales de NO₂. Estas son las condiciones típicas en las cuales se forma la llamada "boina", una capa de aire particularmente contaminada sobre la ciudad.

Los resultados más significativos han sido:  en primer lugar, que, aunque el episodio de inversión térmica estudiado fue caracterizado por vientos muy débiles en Madrid, durante la noche de estos días se formó una brisa desde el Noreste lo suficientemente intensa para transportar la contaminación emitida durante el día fuera de la ciudad. En otras palabras, en este episodio, no hubo acumulación de contaminantes de un día para el otro. Las elevadas concentraciones de NO₂ que se midieron durante varios días seguidos fueron el resultado de la persistencia de las condiciones meteorológicas adversas, con una masa de aire caliente sobre la ciudad que reducía el desarrollo de la capa de mezcla. Esto indica que, en episodios de este tipo, los niveles de concentración de contaminantes como el NO₂ dependen exclusivamente de las emisiones del mismo día y son independientes de los niveles de concentración de los días previos. Entonces, la decisión de si tomar medidas para evitar un pico de concentración tiene que basarse sobre los pronósticos meteorológicos y de calidad del aire, y no sobre los niveles de concentración de los días previos. Además, estas medidas tienen que actuar exclusivamente sobre las emisiones del mismo día en el cual se prevé el pico y no en los días anteriores.

En segundo lugar, que, durante el episodio hubo una fuerte variabilidad de las condiciones dispersivas tanto en el tiempo como en el espacio. En las horas centrales del día, el calentamiento del suelo debido a la radiación solar generó una capa de mezcla, limitada en su desarrollo vertical por la presencia de aire cálido sobre la ciudad, de pocas centenas de metros. Antes del amanecer, y después del atardecer, la capa de mezcla fue muy delgada, de pocas decenas de metros. Las primeras horas después del atardecer, antes que llegara la brisa del Noreste, fueron particularmente desfavorables desde un punto de vista dispersivo por la falta de viento y la baja capa de mezcla. Además, desde un punto de vista espacial, en las dos depresiones topográficas generadas por los ríos Manzanares y Jarama se acumuló aire frio durante la noche, y, junto con la ausencia de viento, crearon condiciones dispersivas peores que en la zona central de la ciudad, ligeramente más alta. Esta variabilidad de las condiciones dispersivas hace que la misma cantidad de contaminante emitida en diferentes periodos del día, o diferentes lugares de Madrid, genera diferentes concentraciones de contaminante. Con la idea de aprovechar estas características, se hizo un simple experimento con el modelo desplazando en el tiempo parte de las emisiones de los picos de trafico de mañana y tarde (que se producen en los periodos más desfavorables desde un punto de vista dispersivo) a las horas centrales del día cuando la capa de mezcla es más alta y las condiciones dispersivas son más favorables, sin modificar la cantidad total de contaminante emitido. Los resultados indican que esta estrategia seria efectiva. Por ejemplo, desplazando el 25 % de las emisiones de los dos periodos correspondientes a los picos de tráfico de mañana y tarde hacia las horas centrales del día, se podría llegar a reducir la concentración media diaria de 5-10 % y los picos de hasta el 20 %. Es importante recordar que, si los picos medidos durante el periodo se hubiesen reducido el 20 %, el número de superaciones del límite legal de NO₂ habría bajado del 60 %.

En resumen, el estudio indica que entre las medidas a corto plazo para evitar un episodio de alta concentración de NO₂, es útil considerar la redistribución de las emisiones hacia momentos del día, y zonas de la ciudad, con condiciones dispersivas menos desfavorables. Esto se puede conseguir modificando la rutina diaria de las personas, sin necesidad de mejoras tecnológicas (como la instalación de filtros en los tubos de escape de los coches, etc.). Por ejemplo, se puede actuar sobre los horarios de entrada y salida al trabajo, de los colegios o de los servicios comerciales. Las medidas tomadas para paliar la trágica pandemia de COVID19, han creado nuevas herramientas y hábitos que se podrían aprovechar en estas situaciones, para flexibilizar los horarios y modificar la distribución de las emisiones.  Igualmente se podría regular el tráfico de los medios de transporte más contaminantes con el mismo objetivo, o instituir un sistema de peaje, guiado por un modelo meteorológico y de calidad del aire, que, en tiempo real, actúe para modificar los flujos de tráfico minimizando las emisiones en las zonas de la ciudad, y durante las horas del día, con condiciones dispersivas peores.

Finalmente, es importante recordar que este tipo de análisis se aplica a situaciones de inversión térmica, y a contaminantes como el NO₂ o el material particulado primario (emitido directamente). No se aplica a otros tipos de contaminantes como el ozono, que se forma por una serie de reacciones químicas complejas y en condiciones meteorológicas completamente diferentes, típicas del verano. De manera similar, tampoco vale para los gases de efecto invernadero.

Figuras:

Figura 1. Típica boina de contaminación de Madrid (foto: Fernando Martín).

Figura 2.  Posición de la contaminación (NOx) emitida un día del episodio a las 9 de la mañana del día siguiente.

Figura 3. Evolución temporal de la concentración de NO₂ en el centro de Madrid, durante un día del episodio. Los triángulos representan la concentración con las emisiones de base. La línea continua representa el escenario donde el 25 % de las emisiones de la mañana y el 25 % de las emisiones de la tarde han sido trasladados a las horas centrales del día. La cantidad diaria total de contaminante emitido es la misma en los dos casos. El límite legal es 200 microgramos/m³.