Artículos
Evaluación de ozono y temperatura al suroeste de la ciudad de México
Assessment of ozone and temperature at western in Mexico City
Evaluación de ozono y temperatura al suroeste de la ciudad de México
Conciencia Tecnológica, núm. 66, pp. 23-33, 2023
Instituto Tecnológico de Aguascalientes
Recepción: 07 Agosto 2023
Aprobación: 08 Enero 2024
Resumen:
En este estudio se analizaron los datos de los contaminantes del aire NO2, NOX, CO, SO2, O3 y los factores meteorológicos temperatura, humedad relativa y velocidad del viento registrados en la zona suroeste de la ciudad de México para determinar, sí el O. y temperatura, se encuentran estabilizados o tienden a incrementarse en algún momento del periodo 1986-2022. Ya que los altos niveles de ozono y el exceso de calor, pueden ocasionar efectos negativos en la salud humana e incomodidad ambiental. En términos generales, se logró demostrar que la contaminación por O3 de 1987 al 2022, bajó 24% debido a la emisión de monóxido de carbono (CO) por fuentes móviles con factor de correlación R=0.81; pese a esto, en los últimos 8 años exhibe un incremento sostenido de 17%, ligeramente por encima de los valores observados en la primera década del nuevo milenio. Por tanto, el CO aún en bajas concentraciones continúa siendo un problema ambiental en la producción de O3. Igualmente, el aumento de la temperatura en 3°C, se debió al CO que, a su vez, podría estar asociado con la isla de calor urbano, derivado de la incesante ampliación urbana y aumento poblacional de la ciudad de México.
Palabras clave: Ozono, isla de calor, regresión lineal, monóxido de carbono, bioclima.
Abstract:
In this study, data on air pollutants NO2, NOX, CO, SO2, O3 and meteorological factors temperature, relative humidity and wind speed recorded in the southwest area of Mexico City were analyzed to determine if ozone and temperature, are stabilized or tend to increase at some point in the period 1986- 2022. Since high levels of ozone and excess heat can cause negative effects on human health and environmental discomfort. In general terms, it was possible to demonstrate that O3 pollution from 1987 to 2022 decreased 24% due to the emission of carbon monoxide (CO) from mobile sources with a correlation factor R=0.81. Despite this, in the last 8 years it has shown a sustained increase of 17%, slightly above the values observed in the first decade of the new millennium. Therefore, CO, even at low concentrations, continues to be an environmental problem in the production of O3. Likewise, the increase in temperature by 3°C was due to CO, which in turn could be associated with the urban heat island, derived from the incessant urban expansion and population increase in Mexico City.
Keywords: Ozone, heat island, linear regression, carbon monoxide, bioclimate.
Fundamentos teóricos
Desde el inicio de los años setenta y hasta la mitad de los ochenta, la contaminación por ozono en la ciudad de México no significó un problema mayor Bravo et al., 1978[5]; sin embargo, en la última década de los años 90´ del siglo pasado se convirtió en un grave problema Bravo et al., 1991[4]; Jáuregui, 1992[16]. En ese tiempo, fue considerada la urbe con más problemas de contaminación atmosférica en el país, y quizás en el mundo Bravo et al., 1992[3]. Al inicio del nuevo milenio, se logró un avance en la reducción de los niveles de contaminación del aire en la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), por ejemplo, el ozono dejó de aumentar, en contraste con la tendencia que tenía al inicio de la década de los noventa Programa para el mejoramiento de la calidad del aire de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM), PROAIRE, 2002-2010[18]. Incluso, de 1993 al 2016 se tuvieron los valores más bajos de O3 Riveros, 2016[19].
Pero la contingencia ambiental declarada en 2016, otra vez llamó la atención sobre este grave problema Sheinbaum-Pardo, 2016[21]; este último autor, advierte que la reducción en la concentración, por ejemplo, de O3 entre 1988-2016 de la ZMVM, se ha detenido o incluso ha comenzado a aumentar. El 26 de marzo 2023, la Comisión Ambiental de la Megalópolis CAMe, 2023[8] de nuevo decretó contingencia ambiental por O3, debido al alto nivel de contaminantes que persistió en la ciudad de México y la ZMVM.
El problema de estos eventos, está en que el NO2 precursor inmediato del O3, se origina de todos los vehículos que utilizan motor de combustión, y es el único óxido de nitrógeno (NOX) que es nocivo para la salud, ya que empeora enfermedades respiratorias como la bronquitis y provoca irritación en las vías respiratorias; igualmente, el O3 es un fuerte oxidante que en altas concentraciones pica en los ojos y reduce la función respiratoria Xu Li, 2021[23]. Tal como sucedió en un estudio realizado con niños asmáticos residentes de la zona suroeste de la ciudad de México, quienes fueron afectados por exponerse a la contaminación atmosférica de NO2 y O3 Barraza-Villarreal et al., 2006[2]. Asimismo, el efecto del crecimiento urbano de la ciudad de México sobre la temperatura media, está demostrado, al subir de 14.5°C a principios del siglo pasado (1900), a poco más de 16°C en 1990, siendo este aumento del orden de 1.7°C o 1.89°C por cada 90 y 100 años respectivamente Jáuregui, 1995[15].
Con base en estas últimas referencias, en este estudio se analizan los datos de ozono (O3), óxidos de nitrógeno (NOX), dióxido de nitrógeno (NO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2), temperatura, humedad relativa y velocidad del viento, registrados en el suroeste de la ciudad de México. Lo anterior, es con la finalidad de actualizar la tendencia de la contaminación por ozono y de la temperatura del periodo 1986-2022.
Materiales y métodos
La información de los contaminantes y meteorología, se obtuvo de la Secretaría de Medio Ambiente del Distrito Federal SMADF, S/F [20]. El lugar de estudio, fue el sitio Pedregal que se localiza al suroeste del Distrito Federal, debido a que es la estación de monitoreo más antigua y con mejor eficiencia operativa de la Red Automática de Monitoreo Atmosférico (RAMA) de la ciudad de México y data desde mediados de los años ochenta del siglo pasado. El entorno físico de la caseta, está clasificado como zona residencial y urbana según reporte del Instituto Nacional de Ecología INEC, S/F [22]. Desde 1986, se instaló a nivel del piso, al fondo del patio de recreo de la Escuela Primaria John F. Kennedy (Figura, 1).
Figura 1
Estación de monitoreo Pedregal (PED): Dirección. Cañada Núm. 370 y Avenida Cráter. Col. Pedregal de San Ángel CP. 01900. Alcaldía Álvaro Obregón. México, DF.
En octubre 2005, la caseta fue reubicada 20 metros al oeste del lugar original, debido a que la vegetación obstruía el libre flujo de la muestra de aire (Figura, 1). Actualmente está en la azotea del edificio principal de la misma escuela a una altura cercana de 11 metros (Figura, 2) según reporte del Gobierno del Distrito Federal GOBDF, S/F [13].
Figura 2
Ubicación actual de la estación de monitoreo Pedregal.
La información se validó, eliminado las etiquetas -99.99 y 0.000 que comúnmente aparecen en la base de datos de la RAMA, pues indican ausencia de registros. Después, se eliminaron los datos que no reunieron el criterio del 75% diario de suficiencia informativa; es decir, los días con 18 de 24 registros (24horas * 365 días del año) =8,760 datos, que representan la muestra anual esperada del 100%; para los meses del año, (24horas * 31 días) =744 datos. La (Tabla, 1) presenta las categorías de desempeño de una estación de monitoreo del aire, publicada por el Instituto Nacional de Ecología INE, S/F [22] y modificada en este estudio, asignando tonos grises oscuro-claro y sin tono, que indican muestreo insuficiente, suficiente y aceptable respectivamente. Esta última descripción permite conocer de forma más convincente la capacidad de operación y funcionamiento de una caseta de monitoreo atmosférico.
Fuente: INE, S/F [22]. Las categorías por mes, son elaboración propia del autor.
Después los datos se colocaron en una hoja de cálculo, y se determinó el valor medio por mes-año para cada contaminante y variable meteorológica. Posteriormente, se efectuó el análisis de correlación para indagar la relación del O3 y la temperatura con los otros contaminantes y variables meteorológicas ya mencionadas, y de esta forma proponer un modelo de regresión lineal que describa el escenario actual del O3 y la temperatura. El coeficiente de correlación de Pearson es un índice adimensional acotado entre -1,0 y 1,0, el cual refleja el grado de dependencia lineal entre dos conjuntos de datos. Su fórmula se escribe como.
(1)Donde x e y son las medias de las variables en cuestión.
En general si X e Y son dos variables en cuestión, un diagrama de dispersión muestra la localización de los puntos (X, Y) sobre un sistema rectangular de coordenadas. Si todos los puntos del diagrama parecen estar en una recta, la correlación es lineal entre las variables; pero esta relación, no siempre se extiende sobre una línea recta y se dice que es una relación no lineal. Una línea recta, es el tipo más sencillo de una curva de ajuste Balzarini et al., 2008[1] su ecuación puede escribirse.
(2)Dados cualesquiera dos puntos (X1, Y1) y (X2, Y2) sobre la recta, se pueden determinar las constantes а0 y а1. La ecuación así obtenida se puede expresar
Donde
Se nombra la pendiente de la recta y representa el cambio en Y dividido por el correspondiente cambio en X. Cuando la ecuación se escribe en la forma (2), la constante а1 es la pendiente m y la constante а0, que es el valor de Y cuando X= 0, se llama Y-intersección. El software estadístico Infostat versión libre 2008 usado este estudio, tiene los módulos que efectúan los análisis mencionados anteriormente.
Resultados y Discusión
En términos generales la (Tabla, 2) presenta el valor medio anual-mensual y máximo de O3 registrado del periodo 1986-2022; como se puede ver, 1986 no se incluye en el estudio porque obtuvo un muestreo por debajo de 50%; sin embargo, el valor se queda perpetuado sólo como guía de referencia, mientras que en 1987 y 1992 la capacidad operativa de la caseta fue de 59% y 69% respectivamente. El año 1999 fue de mejor desempeño con 100% aceptable, en tanto que 1991 y 2014 fueron los años con más y menor contaminación por O3 respectivamente; pero a partir del 2014, se observa un incremento exiguo y sostenido, equivalente a los valores registrados en la primera década del nuevo milenio.
Con respecto a los meses del año, 1986 se distingue otra vez por falta de datos, en tanto que la primavera y verano tuvieron muestreos suficientes en 1987 y 1992. Asimismo, la capacidad operativa de la caseta fue ≥75% a partir de 1995. Desde entonces, la colección de datos es aceptable, con algunos muestreos <75% en 2010, 2014 y 2018, mientras que marzo 1992 y septiembre del 2013 fueron los años con más y menor contaminación; es decir, que primavera y verano, son las épocas del año, en donde el O3 tiende a subir y decaer, tal como aconteció en 2019 y 2020 durante la epidemia COVID-19 (Figura, 3).
Ocasionalmente los valores actuales son cercanos, a los registrados en años pasados, por ejemplo, la cifra de 0.055ppm alcanzada en abril 2019, fue igual con los 0.055ppm, observados en abril 1988, 1992 y 1998, o la concentración de 0.053ppm vista en mayo 2022, fue la misma de 0.053ppm, registrada en mayo de 1993. Esta última descripción, ha tenido como consecuencia una reducción paulatina del O3 en la temporada de calor; es decir, en los meses de marzo, abril y mayo (Figura, 4).
Nota: Para la interpretación de los tonos véase la (Tabla, 1)
Figura 3
Promedio mensual de O3 registrado en la estación Pedregal. Suroeste de la ciudad de México.
Figura 4
Promedio mensual de O3 registrado en la estación Pedregal. Suroeste de la ciudad de México. Periodo 1987-2022.
Por otra parte, el O3 mostró correlación positiva de 0.68 con los NOX-NO2; con CO y SO2, de 0.90 y 0.78, mientras que la relación con la temperatura, humedad relativa y velocidad del viento fue -0.66, -0.06 y -0.17.
A partir de estos valores, se halló que el O3, aumenta conforme sube el monóxido de carbono (CO) con factor de correlación R=0.81, p<0.0001 y error estimado de 0.001ppm (Figura, 5). Este modelo podría ser correcto porque es parecido al reportado para la misma estación Pedregal en Correa-García et al., 2012[10].
Incluso, el aumento estimado de 0.040ppm por Correa-García et al., 2012[10] para Pedregal en aquel tiempo, se aproximó bien con el valor registrado de 0.036ppm de O3 en el 2005 (Tabla, 2), mientras que el aporte de CO en la formación de O3 fue explicado por Caselli, 1992[7] con la siguiente reacción química.
De esta forma, los cambios observados del O3, podrían atribuirse a fuentes móviles, que transitan en los alrededores de la caseta de monitoreo, y porque emiten directamente CO a la atmosfera, favoreciendo la formación de ozono. Para el año 2023 se espera un cambio mínimo descendente de O3 en 0.033ppm, p= 0.0001 y error estimado de 0.001 ppm con respecto al 2022 (Figura, 5).
Figura 5
Promedio anual de O3 en la estación Pedregal. Suroeste de la ciudad de México. Periodo 1987-2022.
Por otra parte, la (Tabla, 3) muestra el promedio anual-mensual y el valor máximo-mínimo de la temperatura del periodo 1986-2022. Como se puede ver 1987, 2006 y 2007 no reunieron información suficiente; incluso, en octubre 2005, fecha en que la caseta fue trasladada del lugar inicial, reinició su operatividad con muestreos por debajo del 75% en 2009 y 2010, juntamente con los años 1986 y 1992. En 2019 se registró la temperatura más cálida, mientras que 1989 fue más frio. Asimismo, en mayo de 1998 se registró la temperatura más alta, en tanto que enero de 1990 fue más frio. Desde entonces la temperatura tiende a subir (Figura, 6).
Figura 6
Temperatura media mensual registrada en la estación Pedregal. Suroeste de la ciudad de México. Periodo 1986-2022.
Los meses de marzo, abril, mayo, junio y octubre tienen el porcentaje mayor de incremento. De igual forma que el O3 la temperatura, a veces registra valores cercanos con los obtenidos tiempos atrás, por ejemplo, la cifra de 21.2°C observado en mayo 2022.
Nota: Para la interpretación de los tonos véase la (Tabla, 1)
fue sutilmente menor con respecto a los 21.4°C visto en 1998, o bien el valor de 20.0°C obtenido en abril 2020, fue cercano al observado en 1998 con 20.2°C. Otro ejemplo, es el descenso a 13.5°C en diciembre 2022, el cual coincidió con los 13.5°C obtenidos en 1998. (Tabla, 3).
Por otra parte, la temperatura aumenta conforme disminuye el CO con factor de correlación R=0.65, p=0.001 y error estimado de 0.070ppm (Figura, 7). Este modelo podría ser en parte correcto, debido al calentamiento del aire que acarrea el desplazamiento de los vehículos Chovin & Roussel, 1970[11], pero limitado porque se sigue emitiendo CO, y la cantidad ± depende de la carga vehicular que transita en el entorno físico de la caseta.
Asimismo, el incremento de la temperatura en esta zona de la ciudad podría atribuirse de igual forma a la isla de calor urbano (UHI) que ocurre cuando las áreas urbanas son más cálidas que las zonas rurales aledañas, como resultado de la urbanización y cambios en la cobertura del suelo, por las actividades humanas Palme, 2021[17].
Figura 7
Temperatura media anual registrada en la estación Pedregal. Suroeste de la ciudad de México. Periodo 1986-2022.
Este fenómeno físico es evidente en ciudades de rápido crecimiento poblacional como León, ciudad de México Jáuregui, 1992[16] y hace poco, en Morelia se reportó este exceso de calor urbano Correa-García, 2022[9].
De esta forma el incremento de 3°C registrado de 14.5°C a 17.5°C entre 1986 y 2022 es quizás una cantidad grande, en el transcurso de 37 años, comparado con el aumento de 1.5°C derivado de 14.7°C a 16.1°C entre 1901 y 1989 reportado en Jáuregui, 1992[16]. Pese a esto, el aumento de 3°C parece razonable sí se toma en cuenta que el crecimiento de la mancha urbana en la ZMVM ha pasado de 27km2 a 1,350km2 de 1910 al 2000 y la población creció de 3.4 millones a 19.2 millones de habitantes de 1950 al 2005 Breña-Puyol y Breña-Naranjo, 2009[6].
Con fundamento en estas últimas referencias el aumento de la temperatura media anual, podría ser una evidencia actualizada de UHI localizada al suroeste del Distrito Federal, pues los datos analizados por Jáuregui, 1992[16] son de la estación meteorológica de Tacubaya, la cual también está situada relativamente cerca de la estación Pedregal, al suroeste de la ciudad de México. Esta última descripción, se puede demostrar con el incremento en la intensidad de la UHI, reportada para la zona centro y oeste de la ciudad de México entre 1967 y 1988 por Jáuregui y Luyando, 1998[14].
No obstante, lo anterior, para el año 2023, la temperatura media anual podría retroceder a los 16.8°C, cifra análoga con las obtenidas en 1998 y 2021 respectivamente según el pronóstico del modelo propuesto en este estudio.
Por otra parte, el efecto de la isla de calor es importante porque aunado a la radiación solar tanto de paredes como de pavimentos en los meses calurosos da por resultado una mayor frecuencia de incomodidad ambiental, tal como sudoración, escalofrió, estado de ánimo, etc., por la elevada carga de calor sobre el peatón y el impacto de los niveles de contaminación atmosférica, sobre todo por O3 Jáuregui, 1995[15] consideró en aquel entonces como benigno el bioclima de la ciudad de México. En la actualidad, se sabe que puede ocasionar efectos negativos en la salud humana y podría estar relacionado con la mortalidad de Schrijver et al., 2021[12].
Conclusiones
Del periodo 1987-2022 la contaminación por ozono al suroeste de la ciudad de México bajó 24% (0.034ppm) con respecto al valor de 0.044ppm registrado en 1987. Pero se advierte de un aumento sostenido de 17% desde el año 2015, debido a emisiones de fuentes móviles de monóxido de carbono.
La contaminación por ozono persiste como problema ambiental en la primavera; marzo, abril y mayo mostraron el menor descenso entre 1986 y 2022 en 5%, 19% y 17% respectivamente, mientras que el mes de julio tiende a estabilizarse con respecto a 1987.
Ocasionalmente el ozono mostró tendencia regresiva, a valores observados en la última década de los años noventa del siglo pasado, e inicios del nuevo milenio.
La temperatura media anual al suroeste de la ciudad de México, subió 20% o bien 3°C (17.5°C) con respecto a los 14.5°C registrado en 1986, por causa también de fuentes móviles de monóxido de carbono, que a su vez calientan el aire que arrastra el tránsito vehicular y podría estar favoreciendo el fenómeno de isla de calor urbano. Luego, los residentes de esta zona de la ciudad, podrían estar realizando sus actividades habituales, en un ambiente de mayor incomodidad.
La temperatura media en los meses del año, es mayor con respecto al promedio anual, y describió ondulaciones que representan bien el patrón de la temperatura según la época del año. También en ocasiones, exhibe tendencia regresiva a valores observados en la última década de los años noventa del siglo pasado, pero siempre con la pendiente al aumento.
Referencias
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