7. SIMULACIÓN DEL IMPACTO POR VÍA ATMOSFÉRICA. 7.1

DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
7.
Versión 2.0
SIMULACIÓN DEL IMPACTO POR VÍA ATMOSFÉRICA.
7.1. Selección de los Episodios Meteorológicos.
Repasado el banco de datos disponible, se buscó un periodo que resultase de interés desde el
punto de vista de la formación de ozono en el entorno de Tierra de Barros. El intervalo de
tiempo, dados los requerimientos del trabajo, no podría exceder de unos pocos días, según lo
comentado anteriormente. Los niveles más altos de ozono se registran siempre
preferentemente bajo condiciones de fuerte insolación y estabilidad atmosférica, por lo que el
verano resulta el periodo más propicio. Bajo tales condiciones suele estimularse también el
desarrollo de circulaciones locales de brisa que, como causa y efecto, también favorecen el
incremento de los niveles de concentración de ozono superficial. Este tipo de movimientos
atmosféricos conllevan en general una pobre renovación de la atmósfera en los niveles
superficiales, que se ven sometidos a procesos de recirculación y confinamiento dinámico,
aumentando el grado de envejecimiento químico de la masa aérea.
Se identificaron como periodos muy adecuados, y por lo tanto candidatos preferentes para el
presente estudio, los comprendidos entre los días 10 a 15 de agosto de 2003, y entre los días
14 a 19 de junio de 2004, durante los que se registraron niveles elevados de concentración de
ozono en toda la Península en general, y en concreto en la estación de fondo de Barcarrota (tal
y como se muestra en las figuras adjuntas correspondientes a las series temporales de ozono y
otras magnitudes medidas durante dichos periodos).
El primero de los periodos de trabajo corresponde a una situación característicamente estival,
bajo condiciones anticiclónicas sobre todo el territorio peninsular, al amparo de una poderosa
dorsal en altura, y con ausencia de un gradiente sinóptico definido, lo que favoreció el
desarrollo de circulaciones locales. Este hecho se aprecia perfectamente en los registros de
viento de la figura 7.1, donde se repite la onda diurna, rota el último día coincidiendo con la
llegada de un sistema frontal atlántico.
La misma onda diurna puede apreciarse también en las series temporales de ozono de la
misma figura, donde se observan los altos niveles registrados, con superación del umbral de
protección a la salud (120 μg/m3) en varios de los días considerados. La comentada
inestabilización de las condiciones meteorológicas a lo largo de la última jornada se
corresponde también con una drástica disminución de los niveles de inmisión registrados en
todas las estaciones mostradas. Como nota relevante la presencia de niveles significativos de
óxidos de nitrógeno (en forma casi exclusivamente de NO2) y de dióxido de azufre (en menor
medida) durante algunos periodos, lo que indica una cierta influencia antropogénica del
emplazamiento.
7-1
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.1: series meteorológicas y de calidad del aire en la estación de Barcarrota para el primero
de los escenarios considerados.
Para el segundo de los periodos a estudiar se buscó un periodo ligeramente diferente al
anterior, si bien la intensa producción fotoquímica suele estar ligada a condiciones
atmosféricas similares y repetitivas. El presente episodio corresponde a un tiempo de
transición, característicamente primaveral, en el que suelen registrarse rápidas alternancias
entre periodos estables, asociadas a las altas presiones atlánticas, a los que suceden
irrupciones de sistemas de borrascas polares con intrusión de aire frío procedente de altas
latitudes.
Figura 7.2: series meteorológicas y de calidad del aire en la estación de Barcarrota para el segundo
de los escenarios considerados.
7-2
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
El inicio del intervalo coincide con uno de estos periodos estables, dando lugar al desarrollo
de circulaciones locales (figura 7.2) que, si se comparan con el episodio anterior, resultan
mucho menos definidas.
La presencia de un núcleo anticiclónico sobre el atlántico nororiental determina una cierta
componente general del oeste, por lo que, también a diferencia del caso anterior, se registran
condiciones de poniente en el Estrecho. En todo caso, se cumplen los requisitos de elevada
insolación y estabilidad atmosférica, que conducen a niveles generales de elevada
concentración de ozono, tal y como se muestra en las series de la figura.
Nuevamente todo el sistema se limpia durante el último día con la irrupción de una vaguada
por el oeste peninsular que, con vientos intensos, barre y limpia eficazmente todo el territorio.
7.2. Modelización Meteorológica.
La modelización meteorológica se llevó a cabo con el modelo numérico meteorológico de 5th
Generation Pennsylvania State University/NCAR Mesoscale Model (MM5, versión 3.7).
Antes de llevar a cabo la modelización meteorológica propiamente dicha, hay que configurar
de una forma adecuada el modelo para que reproduzca de forma apropiada los escenarios
dispersivos identificados. Esto incluye la definición de tamaños de los dominios y de las
celdas, determinación de las parametrizaciones que se deben aplicar para la turbulencia,
radiación, microfísica de nubes y otras características que definen la configuración del
modelo, además hay que procesar y/o recopilar los datos de entrada que necesita el modelo
para su ejecución.
7.2.1 Configuración del Modelo Seleccionado.
Las deficiencias de los resultados obtenidos con los modelos numéricos de mesoescala son
principalmente debidos a la resolución horizontal y vertical de las mallas de integración y las
parametrizaciones de los procesos que tienen lugar en la atmósfera cuya escala espacial y
temporal son inferiores a las resoluciones del modelo.
La tabla 7.1 describe los atributos generales técnicos del modelo MM5 empleados en este
estudio de calidad del aire. MM5 es un modelo no hidrostático tridimensional, de área
limitada, basado en la resolución numérica de las ecuaciones primitivas, se trata de un modelo
de pronóstico que se ha utilizado en una gran diversidad de aplicaciones de calidad del aire
(ver por ejemplo Seaman et al., 1995, Jiménez et al., 2004, Deng et al., 2004, Salvador et al.,
2006). El modelo básico ha estado sometido durante más de 20 años a continuos cambios para
mejorar, calibrar, y aplicar en una gran variedad de estudios (ciclogénesis, bajas polares,
frentes costeros, etc..)
7-3
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Tabla 7.1: atributos del modelo de pronóstico meteorológico MM5 utilizado en este estudio
Atributo
Nombre de Modelo
Desarrollado
Disponibilidad
Plataformas de Cálculo
Requisitos de Software
Requisitos de cálculo
Documentación
Características Notorias
Descripción
Fifth-generation Mescale Model (MM5, versión 3.7)
Pennsylvania State University
National Centre for Atmospheric Research (NCAR)
Gratuito, dominio público
Estaciones de trabajo comunes Compaq AlphaServer HPC320.( 8 nodos)RAM=28 GB, Disco=892
GB.
Unix Fortran 77, Fortran 90, Paquete gráfico NCAR y GRADS.
Manual de Usuario, dos cursos anuales para principiantes con un manual de usuario, soporte al
usuario vía correo electrónico.
FDDA para medidas asinópticas y de análisis, varias opciones para la parametrización de la Capa
Límite, procesos convectivos, y humedad explícita.
Limitaciones
Predicción de variables
Requiere mucho tiempo de cálculo, principalmente para mallas menores de 4 km.
Componentes tridimensional del viento, temperatura, vapor de agua, nube/agua lluvia/hielo,
perturbación de presión, variables de la Capa Limite.
Ecuaciones
Ecuaciones primitivas no-hidrotáticas de movimiento y termodinámica .
Numéricos
Tiempo
Advección
Requerimiento Entrada
Leapfrog, split semi-implícitas
4º orden de leapfrog
Sistema de Coordenadas
Horizontal
Vertical
Resolución Espacial
Horizontal
-. Vertical
Esquema de Anidamiento
Condiciones de Contorno
Tope
Superficie
Lateral
Parametrizaciones
Radiación
Humedad Explícita
Convección profunda
-
Capa Limite
FDDA
Datos digitales de topografía, uso de suelo, vegetación, temperatura de agua del mar, condiciones
iniciales / contorno deducidas del análisis de datos meteorológicos rutinarios en los niveles de presión
(viento horizontal, temperatura, humedad)
Proyección Lambert Conformal, Polar Estereografíca, o Mercator: variables distribuidas según la
celda Arakawa- B
Coordenadas que siguen el terreno normalizadas con la presión (sigma-p)
ver tabla 7.3
3 mallas de one-way
Capa superior absorbente
Temperatura de pronóstico basada en la vegetación/uso del suelo, temperatura del agua constante, y
capa superficial de flujos constantes.
Flujos de salida y entrada en función del tiempo.
Cinco esquemas de radiación corta y larga con diferente grado de complejidad.
7 esquemas de nubes de diversa complejidad, o ninguna
Se calcula explícitamente, y 6 esquemas de sub-escala de complejidad variable, o ninguna
6 esquemas de Capa Límite de complejidad variable o ninguna
Análisis multi-escala y nudging de la observaciones, funciones ponderadas de las tres componentes
del viento, temperatura y razón del mezcla del vapor de agua.
MM5 se fundamenta en las ecuaciones tridimensional de pronóstico de las componentes del
viento (u, v, w), temperatura (T), razón de mezcla de vapor de agua (qv), y la perturbación de
la presión (p’). El esquema de integración que utiliza es una integración temporal semiimplícita que es muy eficaz, teniendo además la capacidad de utilizar mallas anidadas
pudiendo llegar hasta diez dominios con resoluciones horizontal y vertical arbitrarias. Las
interfases entre mallas anidadas pueden ser de one-way o two-ways. La aplicación realizada
para Tierra de Barros (Extremadura) es de one way. MM5 utiliza las coordenadas que siguen
el terreno sigma de presión diseñada para simular o predecir las circulaciones atmosféricas
desarrolladas en una escala regional o mesoescala. Las superficies sigma cerca del suelo
7-4
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
siguen el terreno y en los niveles altos se aproximan a las superficies isobáricas, Tabla 7.2.
Los campos tridimensionales estimados por MM5 de las variables meteorológicas son
directamente compatibles con las entradas de algunos modelos de calidad del aire puesto que
utilizan el mismo sistema de coordenadas, como por ejemplo CAMx que, como se indica mas
adelante, es el modelo utilizado en esta aplicación.
MM5 tiene varios esquemas de parametrización de la Capa Limite Planetaria (CLP) aptos
para utilizar en aplicaciones de estudios de calidad el aire, estos calculan las escalas que no
vienen resueltas por los métodos de integración como son: los flujos turbulentos de calor,
momento y humedad. Los parámetros locales específicos de la zona que deben ser facilitados
como datos de entrada son: altura del terreno, porcentaje de agua, temperatura del agua de
mar, rugosidad, tipo o textura de suelo, temperatura y humedad del suelo, tipo de vegetación.
La figura 7.3 muestra un diagrama de flujo de los diferentes módulos utilizados en la
aplicación de este modelo. Los datos digitales de las características del suelo y la información
meteorológica global dadas en las superficies isobaras se interpolan horizontalmente desde las
mallas georeferenciadas (latitud/longitud) al dominio de resolución en la proyección definida
en la configuración del modelo (Lambert). Esta información interpolada se puede mejorar con
las medidas obtenidas en las estaciones meteorológicas en superficie y los radiosondeos, este
proceso no se ha llevado a cabo, principalmente debido a la ausencia de datos. Una vez
obtenida esta información en las correspondientes superficies isobaras se realiza la
interpolación vertical desde los niveles de presión hasta las coordenadas sigma definidas en
las configuración del modelo MM5.
Tabla 7.2: niveles sigma-p verticales y altura correspondientes sobre el nivel del suelo de los
dominios de simulación con el MM5, agl (above ground level).
Nº Capa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Nivel Sigma Altura agl (m)
1.000
0.999
0.995
0.990
0.980
0.970
0.960
0.945
0.930
0.910
0.890
0.865
0.840
0.800
0.750
0
10
36
73
146
220
294
407
521
676
833
1033
1238
1575
2014
Nº Capa
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Nivel Sigma Altura agl (m)
0.700
0.650
0.600
0.550
0.500
0.450
0.400
0.350
0.300
0.250
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
2476
2963
3478
4025
4608
5234
5909
6643
7449
8343
9349
10505
11868
13541
15736
7-5
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.3: diagrama de flujo del modelo MM5 v3.7
7.2.2 Definición de los Dominios Espaciales.
Teniendo en cuenta las recomendaciones sugeridas por la EPA (EPA, 1999), el modelo se ha
configurado con cuatro mallas anidadas (one-way) en una proyección Lambert. La
configuración de mallas anidadas cubre varias escalas centradas en el entorno de la zona de
estudio (europea, peninsular, Suroeste peninsular, y Badajoz) (Figura 7.4). La malla europea
tiene 35x 50 celdas con una resolución de 72 km, esta malla incluye buena parte de Europa y
norte de África, abarcando un área de 2520 km en la dirección Oeste-Este y 3672 km en la
dirección Norte-Sur. La malla que incluye la península Ibérica y parte del sur de Francia
tiene 49 x 61 celdas con una resolución de 24 km y abarca un área de 1200 km en la dirección
Oeste-Este y 1464 km en la dirección Norte-Sur.
Figura 7.4: diferentes dominios consideradas en las simulaciones del modelo.
7-6
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
El dominio más grande de MM5 (con tamaño de celda de 72 km) se extiende mucho más que
el de 24km de este modo se proporcionan datos meteorológicos a escala sinóptica sin causar
interferencias de condiciones de contorno en la malla de 24 km. El dominio de 72 km es
suficientemente grande como para abarcar los flujos que se desarrollan en el estrecho de
Gibraltar y el paso de frentes por el Atlántico. El dominio de 24 km es también
suficientemente grande como para incluir procesos de mesoescala, por ejemplo la formación
de la baja térmica Ibérica. El tercer dominio incluye el Sudoeste peninsular y buena parte del
sur de la península, tiene 93x93 celdas con 6 km de tamaño de celda, y por último la malla
que esta centrada en la zona de Tierra de Barros tiene 100x 100 celda con un tamaño de 2 km.
Estas mallas capturan los típicos flujos inducidos por la orografía en la proximidad de la
zona de estudio. MM5 se ha configurado con 29 capas verticales, con un mínimo espesor de
10 m en la capa superficial. Las capas más cercanas al suelo tienen mayor resolución y van
tendiendo a las superficies isobaras con la altura llegando hasta los15 km aproximadamente.
En la tabla 7.3 se describen las características generales de las mallas en la aplicación
realizada con el MM5, también se muestra el intervalo de integración temporal de las
ecuaciones primitivas utilizado en cada malla para asegurar el cumplimiento de la ley de
Courant (un paso de tiempo suficientemente pequeño como para garantizar que el viento
máximo simulado no recorra más de una celda para cada paso de integración) y de este modo
la solución numérica no sea inestable.
Tabla 7.3: característica de las mallas utilizada en las simulaciones con el modelo.
Malla
1
2
3
4
Nºceldas X Nºceldas Y
35
49
93
100
50
61
93
100
Nº celdas Z
Δx (km)
Δy (km)
29
29
29
29
72
24
6
2
72
24
6
2
Resolución de datos
Δz (m)
globales
(inferior)
20
20
20
20
30 min (∼56km)
10 min (∼19km)
2 min (∼4km)
30 sec (∼0.9km)
7.2.3 Definición de Parametrizaciones Físicas.
Otro aspecto que influye notablemente en los resultados obtenidos con el modelo
meteorológico son los llamados procesos sub-rejilla. La parametrización de los procesos
físicos que no vienen resueltos por la solución numérica de las ecuaciones primitivas
(procesos sub-rejilla) deben seleccionarse. La diversidad y el grado de complejidad de los
esquemas existentes de parametrización es muy amplio, dependiendo de la elección de los
algoritmos más adecuados y principalmente del alcance de la integración en el que se está
interesado. En términos generales, para la predicción a corto plazo es más importante
disponer de unas condiciones iniciales precisas que de unos esquemas de parametrización que
posean gran detalle y complejidad. Por ejemplo en una simulación de 1-2 días, algunos de los
procesos físicos no son especialmente relevantes y pueden simularse utilizando esquemas
muy simples o incluso pueden obviarse directamente. Por el contrario, a medida que se
aumenta el rango de las integraciones, los procesos físicos, y especialmente la radiación, la
convección y los intercambios superficiales de humedad, calor, y cantidad de movimiento,
determinan crucialmente la meteorología pronosticada por el modelo. Para tales integraciones
7-7
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
a largo plazo es decisivo incorporar en el modelo representaciones de dichos procesos tan
fieles como sea posible.
Las simulaciones de la situación meteorológica del episodio seleccionado se realizaron con el
esquema MRF para la parametrización de los flujos turbulentos de la capa limite planetaria,
que suele dar mejores resultados para este tipo de situación meteorológica. Para la
parametrización de cúmulos de las mallas mas grandes se utilizó el esquema de Anthes-Kuo
(malla 72 km) y Kain-Frisch (24 Km), y ninguna en las mallas mas finas. El esquema
propuesto por Dudhia de simple ice se empleó para parametrizar la microfísica, y por último
la radiación se configuró con el esquema clean air, que tiene en cuenta la interacción entre la
onda corta y larga de las nubes con una atmósfera despejada . Con esta configuración se
simularon las situaciones meteorológicas para los dos períodos de trabajo establecidos.
7.2.4 Condiciones de Contorno e Iniciales.
El modelo numérico meteorológico MM5 necesita información meteorológica para la
inicialización y las condiciones de contorno durante la simulación. Para establecer las
condiciones iniciales del modelo se han utilizado los datos de análisis meteorológico globales
del NCEP (análisis final, FNL) con resolución de 1x1 grado de latitud y longitud cada 6
horas. Los datos están en formato GRIB y contienen información de las variables
temperatura, velocidad del viento, geopotencial, y humedad relativa en los niveles estándar de
1000, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 100 y 50 Hpa. También contienen información
relativa a los datos de los niveles en superficie de la presión reducida al nivel del mar, la
temperatura de la superficie del mar y el suelo, y las componentes del viento. Los datos
meteorológicos globales se transforman a la correspondiente malla del modelo MM5.
Para incorporar el forzamiento sinóptico en los flujos desarrollados por el modelo en Tierra de
Barros durante el episodio identificado, la ejecución se han realizado mediante asimilación de
datos en 4D, con lo que se fuerzan las condiciones externas de las mallas más grandes a una
relajación newtoniana hacia los datos analizados con modelo global (FNL, NCEP), esto se
hace cada 6 horas. De este modo las soluciones obtenidas con el modelo sobre los periodos de
asimilación se ajustan a las observaciones disponibles.
Los datos digitales de topografía y cobertura vegetal del suelo se han procesado para su
incorporación en el modelo. La disposición de las mallas en una aplicación concreta se define
mediante el conocimiento de una serie de ficheros de entrada. Estos ficheros se desarrollan
utilizando el preprocesador TERRAIN (figura 7.3), que es parte del sistema de modelización
de MM5. Este programa permite al usuario definir la posición, cobertura y resolución de cada
uno de los dominios respecto al resto. También define las resoluciones que se van a utilizar de
topografía, vegetación, uso del suelo y propiedades del suelo para cada una de las mallas. El
preprocesador TERRAIN interpola las alturas topográficas y las categorías de la
vegetación/uso del suelo en los cuatro dominios definidos en la zona de Tierra de Barros,
tomando los datos globales y continentales que se especifican en la tabla 7.4. Hay varios
bancos de datos adaptados que se pueden utilizar en el modelo. En este trabajo se han
empleado los datos del nuevo modelo digital del United States Geographical Service (USG).
La tabla 7.4 muestra también los valores estacionales de albedo, humedad, emisividad,
rugosidad e inercia térmica para cada una de las categorías de uso de suelo.
7-8
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Tabla 7.4: descripción de las 25 categorías de usos del suelo (USGS) y sus parámetros geofísicos
para verano (15 de Abril –15 de Octubre) e invierno (15 de Octubre- 15 de Abril)
Identificación de Tipo de Vegetación
Vegetación
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Urban
Drylnd Crop.Past
Irrg.Crop.Past
MixDry/Irrg.C.P.
Crop/Grs.Mosaic
Crop/Wood Msc.
Graasslaand
Scrubland
Mix. Shrb/Grs.
Savanna
Decids.Broadlf
Decids. Needlf
Evergrn.Broadlf
Evergrn. Needlf
Mixed Forest
Water Bodies
Herb.Wetland
Wooded Wetland
Bar.Sparse Ved.
Herb.Tundra
Woodedn Tundra
Mixed Tundra
BareGrnd.Tundra
Snow Or Ice
No data
Albedo (%)
Ver.
18
17
18
18
18
16
19
22
20
20
16
14
12
12
13
8
14
14
25
15
15
15
25
80
Inv.
18
23
23
23
23
20
23
25
24
20
17
15
12
12
14
8
14
14
25
60
50
55
70
82
Humedad
Disponible (%)
Ver.
10
30
50
25
25
35
15
10
15
15
30
30
50
30
30
100
60
35
2
50
50
50
2
95
Inv.
10
60
50
50
40
60
30
20
25
15
60
60
50
60
60
100
75
70
5
90
90
90
95
95
Emisividad (% a 9
μm
Ver.
88
92
92
92
92
93
92
88
90
92
93
94
95
95
94
98
95
95
85
92
93
92
85
95
Inv.
88
92
92
92
92
93
92
88
90
92
93
93
95
95
94
98
95
95
85
92
93
92
95
95
Rugosidad (cm) Inercia Térmica (cal
cm–2 k-1 s-1/2
Ver.
50
15
15
15
14
20
12
10
11
15
50
50
50
50
50
.01
20
40
10
10
30
15
.10
0.01
Inv.
50
5
5
5
5
20
10
10
10
15
50
50
50
50
50
. 01
20
40
10
10
30
15
5
0.01
Ver.
0.03
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.03
0.03
0.03
0.03
0.04
0.04
0.05
0.04
0.04
0.06
0.06
0.05
0.02
0.05
0.05
0.05
0.02
0.05
Inv.
0.03
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.04
0.03
0.05
0.05
0.05
0.05
0.06
0.06
0.06
0.06
0.02
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
7.2.5 Simulación del Campo de Vientos: 10 al 16 de Agosto 2003.
Con la configuración antes descrita se ha modelizado el periodo del 10 al 15 de Agosto del
2003, representativo de una situación típica estival, en la que prevalecen condiciones
anticiclónicas sobre la mayor parte de la península Ibérica, y caracterizada por una poderosa
dorsal en altura, y un débil gradiente en superficie. Bajo estas condiciones meteorológicas
hay un claro predominio de los flujos inducidos por las condiciones locales, registrandose
además niveles altos de concentración de ozono en varias zonas de la Península.
Simulaciones Numéricas a Escala Sinóptica.
Los datos modelizados en el dominio más extenso (sinóptico) muestran como durante los
primeros días del escenario dispersivo seleccionado, la zona se encuentra bajo el predominio
de las altas presiones consecuencia de la dorsal. En la península Ibérica el calentamiento
diurno propicia la formación de una baja térmica sobre el sudoeste de la península (ver la
figura 7.5 correspondiente al 13 Agosto a las 18 UTC). Durante el día 13 de Agosto, la
península está bajo la influencia de un pantano barométrico.
El 14 de Agosto a las 00 UTC el viento sinóptico del NW sobre el golfo de Cádiz debilita el
viento de levante sobre Gibraltar. Con la irrupción de una vaguada polar el 15 de Agosto la
situación comienza a cambiar, rompiéndose la fuerte estabilidad que durante las jornadas
7-9
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
anteriores determinaron un fuerte confinamiento de las circulaciones superficiales y una
importante disminución de la ventilación vertical, siendo durante la jornada del 15 más
eficaces los procesos advectivos para la limpieza del atmósfera, con la consecuente
disminución de los niveles de ozono.
Figura 7.5: presión reducida al nivel del mar (cada 1 mb) simuladas por el modelo, y la temperatura
(en código de color) y el viento (en flechas cada dos celdas) sobre el suelo a las 00 UTC y 18 UTC
del 13 y el 14 de Agosto 2003.
7-10
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Simulaciones Numéricas a Escala Local.
A continuación se presenta el campo de viento superficial simulado para la zona de Tierra de
Barros, para las jornadas del 10 al 15 de Agosto de 2003, en la madrugada (6 UTC) y tarde
(18 UTC).
7-11
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.6: campo de viento del escenario de Agosto del 2003.
Comparación con las Medidas Experimentales.
Se han representado los resultados horarios de temperatura y velocidad obtenidos con el
modelo junto con las medidas registradas en la estación de Barcarrota durante los días de
simulación.
7-12
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.7: comparación de los datos simulados y los observados en Barcarrota.
7-13
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
7.2.6 Simulación del Campo de Vientos: 14 al 19 de Junio 2004.
Se ha modelizado el período del 14 al 19 de junio del 2004 con la configuración presentada
en el apartado 7.1.2. Las condiciones meteorológicas de este escenario son de situación del
Oeste, asociado habitualmente a la limpieza de la atmósfera. A continuación se describirá la
situación meteorológica de los días 16, 17 y 18. Durante este periodo hay un núcleo de altas
presiones en posición de bloqueo al oeste de las islas británicas y, aunque el flujo general
parece más bien del Este sobre el Mediterráneo, se aprecia una pequeña onda a la altura del
golfo de Cádiz que podría forzar localmente una dirección más del SW. Los valores de ozono
responden a un episodio característico, que se da frecuentemente sobre la Península Ibérica, y
que conduce a una recarga de los niveles de ozono, lo que se traduce en una subida paulatina
de las concentraciones máximas horarias durante varias jornadas consecutivas, pudiendo dar
lugar a la superaciónnes de los umbrales legales de referencia. El día 19 los niveles de ozono
descienden como consecuencia de una eficaz limpieza atmósferica en superficie.
Figura 7.8: presión reducida al nivel del mar (cada 1 mb) simuladas por el modelo, y la temperatura
(en código de color) y el viento (en flechas cada dos celdas) sobre el suelo a las 00 UTC y 18 UTC
del 16 y el17 de Junio 2004
7-14
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Simulaciones Numéricas a Escala Sinóptica.
En la figura 7.8 se ha representado la presión reducida al nivel del mar (cada 1 mb) simulada
por el modelo, la temperatura (en código de color) y el viento (en flechas cada dos celdas) en
el nivel superficial a las 00 UTC y 18 UTC del 14 al 18 de Junio 2004. Estas figuras
muestran una atmósfera más fría que en el anterior período de estudio (comparar con figura
7.5)
En la península Ibérica el calentamiento diurno propicia la formación de una baja térmica
sobre el centro de la Península. Ello refuerza la subsidencia sobre el mar Mediterráneo como
proceso compensatorio de la baja térmica, lo que conlleva al establecimiento de vientos de
levante en el estrecho de Gibraltar como vía de escape de la masa de aérea comprimida sobre
el Mediterráneo, tal y como aparece representado en la figura 7.8. El 18 de Junio la situación
meteorológica comienza a cambiar como se observa en las figuras del campo de viento a
escala local (figura 7.9).
Simulaciones Numéricas a Escala Local.
A continuación se presenta el campo de viento superficial simulado para la zona de Tierra de
Barros, para las jornadas del 14 al 18 de Junio de2004, en la madrugada (6 UTC) y la tarde
(18 UTC).
7-15
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Figura 7.9: campo de Vientos en el escenario de Junio de 2004
7-16
Versión 2.0
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
7.3. Modelización Fotoquímica.
7.3.1 Estimación de las Emisiones.
El algoritmo numérico para el cálculo de las emisiones incluye las emisiones de la vegetación,
del tráfico vehicular y de las industrias, para las tres mallas anidadas: malla Peninsular con
una resolución de 24 km; malla Extremadura, con una resolución de 6 km; y malla entorno de
Badajoz, con una resolución final de 2 km.
Para la modelización de las emisiones, tanto de origen biogénico como antropogénico, es
necesario partir de unos datos de entrada (meteorología, usos de suelo, características de la
industria, etc.), y aplicar una metodología o algoritmo de cálculo, de forma que obtengamos
las emisiones de las especies químicas requeridas por el mecanismo químico, y que
intervienen en la fotoquímica del ozono, como por ejemplo, los óxidos de nitrógeno (NOx), el
isopreno (C5H8), el dióxido de azufre (SO2), o el ácido nítrico (HNO3), con el intervalo
temporal necesario (en este caso, horario). Las emisiones deberán ser estimadas en cada una
de las celdas del dominio. En la figura 7.10 se resume dicho procedimiento.
Figura 7.10: descripción procedural del cálculo de las emisiones.
Estimación de las Emisiones Biogénicas.
Para el modelo de emisiones biogénicas se utilizó el algoritmo de Guenter et al. (1993),
convenientemente adaptado a las peculiaridades de la Península Ibérica. En este algoritmo,
los compuestos orgánicos volátiles procedentes de la vegetación se agrupan en tres categorías:
(1) isopreno, (2) monoterpenos, y (3) otros compuestos orgánicos volatiles (OVOC). Las
emisiones biogénicas varían sustancialmente de una especie a otra, y a su vez son controladas
por variables meteorológicas como la insolación y la temperatura. Este algoritmo incorpora
factores de emisión por usos de suelo e información meteorológica.
Para la estimación de los factores de emisión para cada especie vegetal asociada a la categoría
de uso de suelo se realizó una revisión bibliográfica, seleccionando aquellos representativos
7-17
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
de la zona a modelizar. En el presente trabajo se ha realizado una selección entre los factores
empleados en la tesis doctoral de Parra (2004) para el desarrollo del modelo de emisiones
EMICAT2000, y los empleados por Arévalo (2003) en el inventario de emisiones biogénicas
en la Comunidad Valenciana. Los factores de densidad de masa foliar se obtuvieron de la tesis
doctoral de Gómez (1998).
Para la asignación de las categorías de usos de suelo se utilizaron los mapas desarrollados
dentro del proyecto CORINE para la Península Ibérica. Estos usos de suelo se dividen en 44
categorías, y la resolución es de 0,0083º (aproximadamente 1km). Las 44 categorías se
distribuyen por semejanza entre los usos de suelo de los que se dispone información relativa a
factores de emisión y biomasa.
Una vez realizado el cálculo de las concentraciones de isopreno, terpenos y otros compuestos
orgánicos volátiles atendiendo a la categoría de uso de suelo y condiciones ambientales, se
realiza la especiación química de los mismos.
En el cálculo de las emisiones biogénicas buena parte de la incertidumbre procede del factor
de emisión, ya que la gran diversidad vegetal y la compleja interacción con los factores
meteorológicos implican una elevada incertidumbre en la estimación de este tipo de
emisiones.
Son muchos los artículos de la literatura científica que estiman el error introducido en la
modelización de las emisiones biogénicas. A continuación se resumen algunos de los
resultados a los que han llegado diferentes autores:
Guenther et al. (2000) presenta una valoración de las emisiones biogénicas para Norte
América, en la que asocia un factor 3 como probable medida de la incertidumbre en el ciclo
anual, indicando que esta puede aumentar hasta un factor 10 en las emisiones de tipo local y
en períodos más cortos (como es el caso de las emisiones horarias utilizadas como entrada en
un modelo fotoquímico).
Simpson et al. (1995) presenta una valoración de las emisiones biogénicas para Europa,
indicando que un factor 3 constituye un límite mínimo para la incertidumbre de las emisiones
totales en el ciclo anual. Indica también que es probable que los factores de incertidumbre
sean sustancialmente mayores, entre 5 y 10, para el caso de valoraciones episódicas.
Simon et al. (2001) asigna los siguientes factores de incertidumbre a su estimación de las
emisiones biogénicas anuales en Francia: 4 para el isopreno, 5 para los monoterpenos, 7 para
los OVOC y 5 para el total de las emisiones biogénicas.
Las emisiones biogénicas juegan un papel muy importante en el ciclo de formación del ozono
debido a su alta reactividad. De esta forma, por ejemplo, la oxidación del isopreno en
presencia de concentraciones significativas de óxido nítrico se traduce en la formación de
cantidades importantes de ozono. Se han realizado estudios en las zonas de Atlanta y Georgia
(EEUU) que ponen de manifiesto la importancia de las grandes áreas de vegetación emisoras
de isopreno alrededor de las zonas industriales.
Los factores principales que afectan a la cantidad y tipo de hidrocarburos emitidos por la
vegetación son: intensidad de la luz, temperatura, especie vegetal, estrés biológico,
disponibilidad de agua y la cantidad de biomasa foliar. Tener en consideración todas estas
variables exigiría medidas de los factores de biomasa y emisión de cada especie vegetal de
7-18
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
forma lo más continuada posible. En la realidad este tipo de medidas resultan demasiado
costosas como para poder realizar un seguimiento adecuado.
En el caso particular de las emisiones biogénicas calculadas para el entorno de Badajoz la
fuente que introduce una mayor incertidumbre son los factores de emisión y biomasa, ya que
no se dispone de factores para Extremadura, por lo que se han considerado los factores
“generales” propuestos en la literatura.
Estimación de las Emisiones de Tráfico.
El modelo de emisiones de tráfico incluye las emisiones en caliente, en frío y evaporativas. Se
ha utilizado una red digital de autopistas, carreteras y vías urbanas. La metodología y los
factores de emisión utilizados son los propuestos en el proyecto europeo EMEP/CORINAIRCOPERTIII, incorporando perfiles de tráfico mensuales, diferenciando el parque automotor
para días laborables y festivos. Este procedimiento se ha empleado para el cálculo de las
emisiones vehiculares en la malla del entorno de Badajoz, con una resolución de 2km.
Sin embargo, para las mallas de la Península Ibérica y Extremadura se tomaron los datos
proporcionados por el inventario de emisiones EMEP (http://www.emep.int/). Para la
utilización de estos datos fue necesario ajustar la resolución espacial y la proyección
geográfica.
Para que las emisiones puedan servir de entrada al modelo fotoquímico, deben ser
convenientemente especiadas químicamente. Así, los NMVOC (compuestos orgánicos
volátiles distintos al metano) se distribuyen en función de las características del vehículo (de
gasolina o diesel, ligero o pesado) en hidrocarburos (parafinas, olefinas, eteno, tolueno y
xileno) y carbonilos y fenoles (formaldehído, acetaldehído y otros aldehídos pesados).
La cantidad de elementos que determinan las emisiones reales del tráfico vehicular es muy
grande, por lo que debido a la limitación en el nivel de conocimiento o a la falta de
información, el cálculo de emisiones de tráfico tiene un elevado grado de incertidumbre.
Colvile et al (2001) indica que en el período anual los inventarios pueden presentar factores
de incertidumbre de hasta un factor 2 para una zona que corresponda con una ciudad
completa, pudiendo aumentar para tramos específicos de vías y en escalas menores de tiempo
hasta un factor 10.
Kuhlwein and Friedrich (2000) asignan un factor de incertidumbre de 1.5 para un inventario
anual de las emisiones de NOx y VOC de la zona oeste de Alemania.
En el caso particular de las emisiones de tráfico para el entorno de Badajoz, las posibles
fuentes de incertidumbre son:
─
Red de carreteras. Se trabaja con un mapa digital que incluye las vías más importantes en
la zona de estudio, así como redes terciarias, por lo que la congruencia espacial de las
emisiones es esperable que sea realista. Sin embargo pueden existir variaciones en
relación a la intensidad media de tráfico que circula por cada una de las vías.
─
Perfiles de tráfico horarios. Se diferencia entre laborables y festivos, aunque la
información para su elaboración procede de otras comunidades autónomas, por lo que no
se pueden descartar variaciones locales.
7-19
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Estimación de las Emisiones Industriales.
Las emisiones industriales incluyen registros de emisión de las industrias más importantes del
entorno de Badajoz, obtenidas a partir del informe EPER. El carácter anual de dichos registros
hace necesario definir un perfil temporal atendiendo a las características de cada una de las
empresas.
El informe EPER no incluye información relativa a la tipología de emisión de los compuestos
volátiles organicos emitidos. Para realizar la especiación química se emplearon los perfiles
propuestos por la USEPA, de forma que la especiación química de los VOC atiende a las
características de cada tipo de industria y a los procesos industriales empleados.
Al igual que en el caso de las emisiones de tráfico, para las dos mallas exteriores (Peninsular
y Extremadura) se emplearon las emisiones propuestas y calculadas dentro del marco del
proyecto europeo EMEP, una vez convenientemente adaptadas a la resolución y proyección
geográfica.
La diversidad y complejidad del sector industrial se refleja en la dificultad para la estimación
de sus emisiones, que requiere de información específica de cada centro industrial: tipo y
cantidad de combustibles consumidos, niveles de producción, calendarios laborales, etc.
En el caso particular de las emisiones industriales calculadas para el entorno de Badajoz, las
posibles fuentes de incertidumbre son:
─
Industrias declaradas: se han considerado las industrias que aparecen en el informe
EPER. Sin embargo, cabe la posibilidad de que no todas las industrias aparezcan
reflejadas en el mismo;
─
Perfil temporal de emisión: se desconoce el perfil temporal de emisión particular de
cada empresa, por lo que se decidió asociar un perfil constante a lo largo de las 24
horas. Este perfil puede no ajustarse al caso de pequeñas y medianas industrias;
─
Características de las chimeneas: en el inventario EPER no se ofrecen las
características como altura, diametro, temperatura de emisión y velocidad de salida de
los gases. Información necesaria para considerar las industrias como fuentes puntuales,
de forma que sus emisiones se realizen en la capa vertical correspondiente y no en la
primera capa (10m).
─
Especiación de VOC: la especiación química depende del proceso industrial, siendo
necesario disponer de un perfil para cada una de las industrias. Puesto que no se dispone
de esta información en todos los casos se optó por la especiación genérica propuesta por
la USEPA.
7-20
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.11: esquema de cálculo (entrada y salida) del modelo de emisiones.
Generalidades de la Modelización de Emisiones.
Para el modelo de emisiones se han tomado 3 mallas, que coinciden con los dominios
escogidos para el modelo meteorológico. Por lo tanto en las emisiones se trabaja con
resoluciones de 24, 6 y 2 km.
Como estimación de las emisiones antropogénicas correspondientes a los dominios exteriores,
24 y 6 km, se han tomado las procedentes de los datos ofrecidos por el proyecto europeo
EMEP/CORINAIR. Para el dominio de mayor resolución, 2 km, las emisiones antropogénicas
se han modelizado teniendo en cuenta la red vial y la localización de las industrias.
De esta forma, y tal y como se muestra de forma resumida en la figura 7.11, se obtiene
finalmente, para cada uno de los dominios, una malla espacial con las concentraciones de 15
especies químicas (algunos VOC son en realidad grupos de especies, por ejemplo las olefinas
(C=C) y las parafinas o alcanos (C─C)) para cada una de las celdas, con una resolución
temporal horaria.
7-21
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Ajuste del Modelo de Emisiones.
El ajuste del modelo de emisiones consistió básicamente en la comparación de los resultados
obtenidos con el modelo, con los resultados obtenidos por otras fuentes (inventario estatal,
bibliografía científica). De esta forma, se realizaron dos comparaciones principales:
●
Comparación con los datos ofrecidos por el Inventario de Emisiones de otras
Comunidades Autónomas y el Inventario Estatal. Los inventarios de emisiones tienen, por
lo general, una resolución espacial provincial, y una resolución temporal anual, mientras
que la estimación de las emisiones tiene una resolución espacial de 2 km y una resolución
temporal horaria, lo cual limita la comparabilidad.
●
Comparación de ordenes de magnitud con los resultados de modelos de emisiones
aplicados en otras Comunidades Autónomas. Puesto que las emisiones varían en función
de la meteorología, de la localización geográfica, de la configuración de la red vial y
también de la tipología industrial, la comparación con datos procedentes de otras regiones
(aunque tengan una mejor resolución espacial y temporal que en un inventario de
emisiones anual) es siempre limitado.
La dificultad a la hora de realizar un ajuste del modelo de emisiones, hace necesario tener en
consideración el posible error introducido. La estimación de dicho error se tendrá en cuenta a
la hora de gestionar la incertidumbre asociada a la modelización fotoquímica.
Tabla 7.5: parámetros físicos de las condiciones de emisión de la nueva industria y tasas de emisión
consideradas.
FLUE GASES DATA
COORD. UTM
(HUSO 29)
PROCESS
UNIT
Nº
X
Y
1 729.244 4.264.337
2 729.214 4.264.347
CDU
HVU
3 729.016 4.264.230
HCU
4 729.114 4.264.411
NHT
5 729.024 4.264.441
6 729.124 4.264.168
7
8
9
10
11
729.363
728.880
729.256
728.681
728.671
4.264.136
4.264.061
4.263.856
4.264.276
4.264.256
12 728.691 4.264.296
7-22
CCR
HDS
DCU
HMU
SRU
PWR
STACKS DATA
SERVICE
FLOW RATE TEMP
Feed furnace (s)
Feed Furnace (s)
Feed Furnace (s)
Fractionator
Reboiler furnace
Feed furnace (s)
Stripper Reboiler
Naphta Splitter
Reboiler
Reactor Heater
Stabilizer Reboiler
Reformate Splitter
Reboiler
Reactor Heater
Product
Fractionator Heater
Coker Heater
Reformer
Tail gas incinerator
Cogeneration I
Cogeneration II
Direct gas-fired
boiler (30%)
SOx
NOx
CO
Particles
H2S
O2
Humidity Diameter Height
%
1,7
1,7
%
18,2
18,2
m
2,0
1,7
m
70,0
40,0
NOx
kg/h
13,10
9,10
5,4
1,7
18,2
1,7
50,0
9,13
5,1
5,1
5,1
5,1
2,5
2,5
15,7
15,7
1,7
55
7,46
51,4
5,1
5,1
2,5
15,7
154,2
154,2
51,4
51,4
5,1
5,1
5,1
5,1
2,5
2,5
15,7
15,7
2,7
75
23,83
10,3
154,2
51,4
5,1
5,1
2,5
15,7
285
10,3
154,2
51,4
5,1
5,1
2,5
15,7
151
10,3
154,2
51,4
5,1
5,1
2,5
15,7
1,8
50
10,32
58518
220058
46575
269061
269061
151
150
350
129
129
10,3
10,8
660,0
3,6
3,6
154,2
162,5
158,3
54,2
54,2
51,4
54,2
52,8
18,1
18,1
5,1
5,4
5,3
1,8
1,8
5,1
5,4
5,3
1,8
1,8
2,5
1,5
2,0
14,5
14,5
15,7
19,0
16,0
7,9
7,9
1,6
3
1,9
4
4
70
40
120
50
50
9,02
35,76
7,37
14,57
14,57
80718
129
10,0
150,0
50,0
5,0
5,0
3,0
20,0
4
50
12,11
Nm3/h
81430
56587
ºC
200
200
mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3 mg/Nm3
10,7
160,8
53,6
5,4
5,4
10,7
160,8
53,6
5,4
5,4
56764
200
10,7
160,8
53,6
5,4
7772
15191
285
285
10,3
10,3
154,2
154,2
51,4
51,4
25404
285
10,3
154,2
126918
6478
175
285
10,3
10,3
21199
285
20027
46893
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Condiciones de Operación de la Refinería.
La simulación del impacto fotoquímico se realizó sobre dos episodios meteorológicos: del 10
al 15 de agosto de 2003, y del 14 al 19 de junio de 2004. En la tabla anterior (7.5) se muestran
las características físicas y de emisión consideradas en los ejercicios de simulación numérica.
Las 12 chimeneas de las que consta el complejo refinero fueron consideradas como focos
puntuales independientes en la simulación fotoquímica, localizándose cada una de ellas en su
punto de emisión y con las características descritas en la tabla 7.5.
7.3.2 Modelización de la Fotoquímica.
El modelo fotoquímico consta de un modulo encargado de la simulación de los procesos
físico-químicos, con el objetivo de conocer los campos de concentración de diferentes
contaminantes en una celda tridimensional. Para ello es necesario que el modelo sea capaz de
asimilar la información proporcionada por el modelo meteorológico y por el modelo de
emisiones.
Un modelo esta formado por cuatro niveles estructurales (Seinfeld, 1988): (1) un conjunto de
hipótesis y aproximaciones que reducen el problema físico actual a una situación
“idealizada”, reteniendo las características más importantes del problema; es lo que se
denomina formulación conceptual del modelo. (2) las relaciones matemáticas y las
condiciones auxiliares que nos permiten describir nuestro sistema físico-químico ideal. (3) los
esquemas computacionales necesarios para resolver las ecuaciones que describen la mecánica
del sistema. (4) el programa computacional o código que realiza los cálculos.
Los modelos de calidad del aire deterministas están basados en una descripción de los
fenómenos físicos y químicos que ocurren en la atmósfera, incluyendo una parte
meteorológica, una de emisiones y otra de dispersión fotoquímica. Los modelos que tratan la
última parte son denominados en general como modelos de dispersión fotoquímicos. Los
modelos de dispersión fotoquímicos constan básicamente de un submodelo de transporte de
especies químicas por advección y difusión, junto a un mecanismo fotoquímico, el cual tiene
en cuenta las reacciones entre las especies químicas gaseosas, en algunos casos también se
considera la fase acuosa, presentes en la atmósfera.
Elección del Modelo.
Tomando en consideración las características propias de la región a modelizar, se ha escogido
el modelo Comprehensive Air Quality Model with Extensions (CAMx) para la modelización
fotoquímica. Se trata de un modelo tridimensional euleriano de transporte químico que
incluye la descripción de la advección horizontal y vertical, difusión turbulenta,
transformaciones químicas en fase gaseosa, emisiones, mezcla en las nubes, reacciones
químicas en fase acuosa y procesos de formación de aerosoles.
Dicho modelo presenta un compromiso entre los gastos de potencia de cálculo y la
maximización en la inclusión de fenómenos fundamentales para la descripción de la
formación de ozono. También, entre sus ventajas se encuentra la capacidad de ingerir datos
procedentes de diversos modelos meteorológicos, como es el caso del MM5, lo cual ofrece
una gran flexibilidad para su utilización dentro del contexto del proyecto.
7-23
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Descripción del Modelo Fotoquímico.
En los trabajos de simulación se utilizó concretamente la versión 4.31 del modelo CAMx.
El cambio o variación temporal de un campo de concentraciones se describe mediante un
sistema de ecuaciones en derivadas parciales, de acuerdo al principio de conservación de la
masa:
i
uc i
vci
wci
KH
i
KH
i
KV
i
+Ri+Si+Li
que considera que el cambio en la concentración está determinado por la advección (primer
sumando), la difusión turbulenta (segundo, tercer y cuarto sumando), las reacciones químicas
(quinto sumando), las emisiones (penúltimo sumando) y la deposición (último sumando).
Esta ecuación del sistema está a su vez acoplada a través de la velocidad del viento, las
concentraciones y la temperatura, con las ecuaciones que describen la dinámica de la capa
límite: ecuación de continuidad, momento, energía, conservación del vapor de agua, y la
ecuación de estado.
En general esta ecuación se resuelve de forma independiente a las ecuaciones que describen la
dinámica de la capa planetaria, puesto que se asume que las concentraciones de los
contaminantes son pequeñas (del orden de los ug/m3 o mg/m3) y no tienen influencia en la
radiación, el campo de vientos, o el perfil de temperatura.
La resolución del sistema de ecuaciones requiere de unas condiciones iniciales y de contorno.
La ecuación anterior describe los diferentes mecanismos que son responsables de la variación
en los campos de concentración:
•
Transporte turbulento y difusión. En la ecuación en derivadas parciales aparecen dos
terminos relacionados con el transporte, uno relativo a la advección, encargado del
transporte de contaminantes con el flujo de viento; y un termino relativo a la dispersión,
que representa el transporte turbulento. La advección horizontal puede resolverse
mediante el algoritmo de Bott (1989) o el algorimo Piecewise Parabolic Method (PPM) de
Colella y Woodward (1984) en la implementación de Odman y Ingram (1993). Ambos
proporcionan una gran precisión y un mínimo de difusión numérica.
•
Química cinética. Los contaminantes reaccionan químicamente entre ellos, dando lugar a
diferentes transformaciones químicas. Las reacciones químicas son función de parametros
tales como la intensidad solar, la transferencia radiativa, la temperatura, las
concentraciones de otras especies presentes, etc. Algunos modelos, tales como el CAMx,
incluyen química heterogénea, de gran importancia para la deposición ácida y la
formación de aerosoles (McMurry, 2000). Los mecanismos químicos del CAMx están
basados en el Carbon Bond version 4 (CB4; Gery et al., 1989) y SAPRC99 (Carter, 2000).
El CAMx soporta actualmente cuatro mecanismos específicos, y tiene la posibilidad de
que el usuario incluya un mecanismo propio.
7-24
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
•
Versión 2.0
Fuentes y sumideros. El modelo considera tanto las fuentes de emisión (tráfico rodado,
industrias, vegetación, etc.) como los sumideros: deposición seca y humeda. La
deposición seca se parametriza generalmente a partir de la velocidad de deposición
(Wesely and Hicks, 2000). La deposición humeda es debida a que la lluvia, la nieve y las
nubes pueden absorver gases, capturarlos o formar partículas, promoviendo así las
reacciones químicas. La deposición húmeda es uno de los módulos con mayor
incertidumbre en la modelización fotoquímica, debido a que existe dificultad en la
simulación de la formación de nubes y en la precipitación (Seaman, 2000).
En la tabla 7.6 adjunta se resume de forma esquemática la formulación técnica del modelo
fotoquímico CAMx.
Tabla 7.6: formulación técnica del modelo fotoquímico CAMx.
Modulo
Modelo Físico
Método numérico
Advección/difusión horizontal
Ecuación continuidad euleriana
PPM para la advección, difusión
explícita.
Transporte/difusión vertical
Ecuación continuidad euleriana
teoría K
advección y difusión implícitas
Química
Mecanismo Carbon Bond IV
Environ CMC solver, IEH solver,
LSODE (Environ, 2004)
Deposición seca
Modelos de resistencia
separados para gases y
aerosoles
La velocidad de deposición se
considera condición de contorno en
superficie para la difusión vertical
Deposición húmeda
Modelos de limpieza separados Actualizada en función de la
para gases y aerosoles
precipitación, contenido en agua de
las nubes, solubilidad y difusividad
del gas, tamaño particulado.
Entradas del Modelo Fotoquímico.
Como ya se ha comentado, el modelo fotoquímico requiere de diferentes entradas para la
correcta descripción del campo de concentraciones. Los datos de entrada pueden agruparse en
cinco grandes apartados, tal y como se muestra en la tabla 7.7, que incluyen la meteorología,
las fuentes de emisión, las condiciones iniciales y de contorno y otros datos como los usos de
suelo, las constantes de fotólisis, etc.
Para los datos meteorológicos se ha tomado como entrada las salidas del modelo de
pronóstico MM5. Este modelo proporciona las entradas en la resolución y proyección
geográfica correctas, por lo que no es necesario ninguna transformación.
Para los datos de calidad del aire (condiciones iniciales y de contorno) se han utilizado
valores constantes para el caso de la malla que cubre la Península Ibérica. Para las mallas de
Extremadura y entorno de Badajoz se utiliza el tratamiento de mallas anidadas, de forma que
las condiciones de contorno vienen establecidas por las calculadas en la malla inmediatamente
superior.
7-25
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Para los datos de emisiones se han empleado las salidas del modelo de emisiones, que como
se ha mencionado, incluye tanto las emisiones biogénicas como antropogénicas para cada una
de las mallas anidadas.
Los usos de suelo como entrada para el CAMx se han tomado del modelo meteorológico,
ajustándolos a las 11 categorías que incluye el modelo fotoquímico.
Las características de la atmósfera se toman de las medidas satelitales del sensor TOMS, y se
procesan con un modelo de transferencia radiativa.
Tabla 7.7: resumen de los datos de entrada que debe proporcionarse al modelo fotoquímico CAMx.
Clasificación
Meteorológicos:
Datos entrada
Campos 3D:
- Componentes horizontales del viento
- Temperatura
- Presión
- Vapor de agua
- Difusividades verticales
- Cobertura nubosa/Precipitación
Calidad del aire
- Concentraciones iniciales
- Concentraciones de contorno
- Concentraciones en el techo (constantes)
Emisiones:
- Fuentes puntuales elevadas.
- Industria (fuentes no elevadas);
- Tráfico;
- Biogénicas.
Geográficos:
- Usos de suelo.
- UV albedo.
- Elevación del terreno
Otros:
- Estructura vertical
Columna de ozono del satélite TOMS
- Propiedades radiactivas de la atmósfera:
Ratios de fotólisis del modelo radiactivo
- opacidad, neblina;
- columna de ozono;
- ratios de fotólisis.
7-26
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Generalidades de la Ejecución. Descripción de la Malla Dominio.
Con el objetivo de considerar la interacción entre las diferentes escalas que participan en la
dinámica atmosférica se emplearon mallas anidadas, tanto en el modelo meteorológico como
en el fotoquímico. De hecho, el CAMx partió de las mallas definidas en el MM5 para la
modelización meteorológica.
La malla para la descripción del escenario fotoquímico ha de cumplir una serie de condiciones
impuestas por el modelo fotoquímico. Tomando en consideración dichas condiciones y
partiendo de la definición de las mallas meteorológicas, la simulación se llevó a cabo en 3
dominios anidados con resoluciones horizontales de 24km, 6km y 2km. En la tabla 7.8 puede
verse una descripción de las mismas. Se utilizó la proyección Lambert conformal con latitud y
longitud central en 37.5º y -6.0º, respectivamente. El número de celdas en cada malla es de
54x42 en el dominio madre, 86x86 para el segundo dominio y 86x86 para el tercer dominio,
donde el primer número se refiere a la dirección oeste-este y el segundo número a la dirección
sur-norte. Para la descripción vertical se tomaron 15 capas, desde la superficie hasta una
altura de 4025 m por encima del nivel del suelo. La altura de la primera capa es de 10 metros.
Tabla 7.8: descripción de las 3 mallas o dominios empleados en el modelo fotoquímico.
Dominio
Tamaño (km)
Número de celdas Resolución (km)
1
1296 x 1008
54 x 42
24
2
516 x 516
86 x 86
6
3
172 x 172
86 x 86
2
La figura 7.12 muestra el esquema general de gestión de calidad del aire mediante el uso de
un modelo fotoquímico acoplado a un modelo meteorológico. Las fases de ejecución de las
que consta son tres: un preprocesado de la información inicial, un procesado de los datos, y un
postprocesado de los resultados obtenidos. En el preproceso se realiza la definición del
dominio de trabajo, el tamaño del mismo y la resolución de celda que interese en función del
tipo de estudio. También se especifican las características del suelo y los usos de suelo. Una
vez realizada la definición de las mallas se procede a la preparación de la información
atmosférica disponible. Al acabar el preprocesado de los datos se dispone de una malla con
las condiciones iniciales y de contorno de la simulación. En el caso del modelo fotoquímico, a
parte de las condiciones iniciales y de contorno son necesarias también condiciones de
presión, velocidad y dirección del viento, temperatura, radiación, humedad, emisiones, etc.
que se introducirán en el modelo para cada paso temporal (generalemente, una hora).
El siguiente paso es la ejecución del modelo numérico. Para cada celda de la malla se
resuelven las ecuaciones que rigen el comportamiento de la atmósfera. En el uso de modelos
acoplados, en primer lugar se ejecuta el modelo meteorológico, cuyas salidas de radiación y
temperatura servirán de entrada al modelo de emisiones biogénicas. Una vez realizadas las
simulaciones meteorológicas y estimadas las emisiones, biogénicas y antropogénicas, se
ejecuta el modelo de dispersión fotoquímico.
7-27
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Por último, a partir de los resultados horarios pronosticados por el modelo se calculan las
magnitudes de interés para el estudio (valores normativos de calidad del aire, incrementos
esperados, etc.), y se procede, en muchos casos, a la representación gráfica de los mismos.
Figura 7.12: esquema general de la gestión de la calidad del aire mediante el uso de un modelo
fotoquímico, al que se ha acoplado un modelo de emisiones y un modelo meteorológico.
Ajuste del Modelo Fotoquímico.
En el ajuste del modelo fotoquímico, y concretamente para el ajuste de los campos de
concentración de ozono, hay que tener en consideración dos puntos importantes, ambos
relacionados con las características del ozono:
(1)La compleja química del ozono, con un comportamiento no lineal en las reacciones entre
NOx-VOC-O3, imposibilitan la comparación directa de las series temporales de ozono
modelizadas y las medidas, puesto que distintos escenarios de NOx y VOC pueden dar
lugar a un mismo valor de ozono; en cambio, según el escenario en el que nos
encontremos, el campo de concentraciones de ozono al añadir una fuente de contaminación
(en nuestro caso, una refinería) puede ser completamente distinto.
(2)Las concentraciones y dinámica del ozono varían sensiblemente en función de la ubicación
de la estación de medida. Así, por ejemplo, una estación situada en un entorno urbano o
7-28
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
industrial (con elevadas concentraciones de NOx) medirá concentraciones menores de
ozono que una estación de carácter rural (entorno sin fuentes de contaminación). Del
mismo modo, la dinámica de una estación situada en el litoral será diferente a la dinámica
de una estación situada a cierta altura sobre el nivel del mar.
En la zona de estudio se dispone de dos estaciones con medidas en continuo de O3, NO y
NO2. Se ha comparado las salidas del modelo para los dos episodios meteorológicos, con los
datos recogidos en ambas cabinas. Los resultados se consideran aceptables, tanto desde el
punto de vista de “aproximación cuantitativa” (valores máximos, promedios, percentiles, y
onda diaria comparable entre observado y simulado), como desde el punto de vista del
“comportamiento físico” (la onda diaria, y la evolución a lo largo de los días simulados
recogen las características meteorológicas que acontecen en el área).
No obstante, y con objeto de minimizar los errores e incertidumbres, por un lado, se trabaja
con diferencias y no con valores absolutos, es decir, se realizará una simulación sin considerar
la refinería en proyecto, caso actual, y una simulación considerando la refinería, caso futuro.
Trabajando con la diferencia entre el caso futuro y el caso actual, de forma que todas las
conclusiones derivadas de la simulación se formularan en términos de
incrementos/decrementos en la concentración de ozono y no en términos de concentraciones
absolutas. Por otro lado, se gestiona la incertidumbre mediante una matriz de escenarios, es
decir, tanto sobre el caso actual como sobre el caso futuro (considerando la refinería en
proyecto) se realizan una batería de simulaciones que son inicializadas con distintas
concentraciones de NOx y VOC.
7.3.3 Gestión de la Incertidumbre.
La química del ozono y de sus dos precursores principales, óxidos de nitrógeno (NOx) y
compuestos orgánicos volátiles (VOC) representa una fuente importante de incertidumbre en
la química atmosférica y en la modelización fotoquímica (Atkinson, 2000). Se conoce, que
bajo ciertas condiciones, las concentraciones de ozono aumentan cuando aumentamos los
NOx y se mantienen insensibles a los VOC, mientras que bajo otras condiciones el ratio de
formación de ozono aumenta cuando aumenta la concentración de VOC y se mantiene sin
cambios o incluso decrece, al incrementar los NOx. Esta complejidad química afecta al diseño
de estrategias y también a la estimación del impacto que puede suponer la introducción de una
nueva fuente de emisiones en una zona determinada.
El mayor problema a la hora de estudiar la sensibilidad del sistema químico formado por el
ozono y sus precursores, se encuentra en la dificultad de una correcta calibración/ajuste del
modelo fotoquímico, lo que hace necesario recurrir a una correcta gestión de la incertidumbre,
que tenga en cuenta los errores asociados a la cuantificación de las emisiones y la química no
lineal del ozono.
En la química O3-NOx-VOC se distinguen regiones diferenciadas entre ellas. Dos regiones
diferenciadas son la NOx-sentive (sensibilidad a NOx) y la VOC-sensitive (sensibilidad a
VOC). La primera se da en condiciones con una concentración relativamente alta de VOC y
baja de NOx, en ella el ozono se incrementa cuando aumentamos los NOx, y permanece
relativamente insensible a los cambios en las concentraciones de VOC. La segunda aparece
7-29
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
cuando tenemos concentraciones relativamente bajas de VOC y altas de NOx, en ella el ozono
aumenta cuando incrementamos los VOC y decrece al aumentar los NOx.
Figura 7.13: matriz de casos para acotar las incertidumbres en las emisiones y la relación no lineal entre el
ozono y sus precursores principales: óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles. El factor por el que
se multiplican o dividen las concentraciones iniciales tiene en cuenta las incertidumbres en la estimación de
emisiones; para este estudio se ha tomado un factor de 2.
Para la gestión de la incertidumbre se ha realizado una simulación para un escenario con y sin
refinería, calculándose posteriormente la diferencia entre ambos escenarios. Las simulaciones
se han realizado para 9 casos, que difieren entre ellos acorde con las concentraciones iniciales
de NOx y VOC, tal y como se muestra en la figura 7.13.
Las variaciones en las concentraciones iniciales de NOx y VOC, se realizan a partir del caso
base (emisiones obtenidas a partir de los mejores datos disponibles), al que se van
multiplicando y dividiendo las concentraciones de NOx y VOC según un factor 2. Este factor
se ha fijado atendiendo a la estimación de los errores en las emisiones, que como se comenta
en el apartado anterior, puede llegar al 300%.
7.3.4 Gestión de la Información.
La última parte del diagnóstico fotoquímico, y no menos importante que la modelización, es
la gestión de la información. Como resultado de la modelización fotoquímica se obtienen una
serie de campos de ozono (junto con otros contaminantes) con una resolución horizontal de 2
km (86 x 86 celdas) que cubren el entorno de Badajoz, una resolución vertical de 15 niveles
(con los respectivos campos de ozono y otros contaminantes para cada nivel), y todo ello con
una resolución temporal horaria.
Es decir, teniendo en cuenta que se han realizado dos ejecuciones (con y sin refinería) y que
los episodios tienen un total de 6 días, se obtienen 288 mapas de distribución de ozono
7-30
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
superficial para cada uno de los episodios. Pero, hay que considerar también, que para
gestionar la incertidumbre se realizó una matriz de escenarios con 9 casos diferentes, por lo
que el número de mapas de ozono alcanza los 2592 para cada episodio. De ahí la importancia
de una buena gestión de la información.
Por otro lado, la gestión de la información debe tomar en consideración la legislación actual
en materia de calidad ambiental, y en el caso del proyecto que nos ocupa, la legislación
relativa al ozono troposférico. En lo referente a la legislación de niveles permitidos de
concentración ambiente de ozono, se encuentra en vigor el Real Decreto 1796/2003, resultado
de la adaptación a la legislación española de Directiva Europea 2002/3/CE. En la presente
normativa se establecen con carácter general unos niveles limitantes de las concentraciones de
ozono, formulados en términos de valores objetivo y objetivos a largo plazo, así como unos
umbrales de información y alerta a la población, susceptibles de ser superados pero en cuyo
caso se prevén una serie de actuaciones, entre las que se incluye siempre la necesidad de
informar a la población. Puesto que la legislación aparece formulada entorno a valores
máximos horarios y octohorarios, la gestión de la información deberá incluir dichos valores.
Finalmente, con la información generada a partir de las simulaciones fotoquímicas, se
confeccionaron dos tipos de resultados, en forma de matriz de escenarios, relativos a los
promedios horarios y octohorarios de concentración superficial de ozono:
●
estimaciones puntuales sobre los campos de diferencias, donde se resumen (siempre en
forma matricial para los distintos escenarios) algunos parámetros estadísticos (máximos
absolutos, medias, percentiles, etc.);
●
distribución espacial de algunos de los campos de diferencias considerados más
representativos (en concreto las diferencias de los máximos horarios y octohorarios).
A continuación se describe de forma más detallada en que consiste cada uno de estos dos
tipos de resultados.
Matrices de Diferencias Puntuales.
Para compendiar los resultados obtenidos de cada simulación con la ingente cantidad de
información generada según el tratamiento descrito, se procedió al cálculo de diferentes
estadísticos simples sobre distintas poblaciones de datos obtenidas a partir de las series de
promedios horarios y octohorarios.
El procedimiento seguido consistió en la preparación de diferentes series temporales horarias
de niveles de incrementos de ozono a partir de las salidas del modelo fotoquímico, calculadas
por diferencia hora a hora entre los resultados obtenidos incluyendo las emisiones de la
refinería en proyecto y aquellos sin considerar dichas emisiones. De entre todas las
posibilidades que ofrecían las salidas numéricas matriciales, se seleccionaron algunas que
podían aportar un mayor valor interpretativo, como son las que se recogen en la tabla anterior.
7-31
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Tabla 7.9: distintos tipos de series temporales horarias puntuales obtenidas a partir de las
simulaciones de los incrementos de la concentraciones de ozono.
Tipo de Magnitud
Significado
máximo (max_abs):
valor máximo de uno de los nodos del dominio.
media (media_abs):
promedio de todo el dominio.
media dominio Badajoz (med_bad):
promedio en el área de Badajoz.
media dominio Almendralejo (med_alm):
3
promedio en el área de Almendralejo.
3
media valores superiores a 2 ug/m (Mval > 2ug/m ):
3
3
media valores inferiores a –2 ug/m (Mval < -2ug/m ):
promedio en todo el dominio únicamente de las celdas cuya diferencia
3
sea superior a 2 ug/m .
promedio en todo el dominio únicamente de las celdas cuya diferencia
3
sea inferior a –2 ug/m .
Se dispuso así de un total de nueve series de diferencias horarias y octohorarias para cada una
de las magnitudes anteriores y para los nueve escenarios de emisión que configuran la matriz
de incertidumbre sobre la que se trabaja. Con objeto de resumir y poder manejar esta
información, se estimaron una serie de estadísticos sobre cada una de las series, de acuerdo a
la tabla siguiente. En todos los casos los parámetros se calcularon para el periodo completo,
descartándose el primer día de simulación, por corresponder a la inicialización de los
modelos, y el último, que en ambos episodios coincide con una limpieza drástica de la
atmósfera por irrupción de una situación advectiva a gran escala, y por lo tanto de poco
interés desde el punto de vista del impacto fotoquímico.
Tabla 7.10: estadísticos utilizados para la caracterización de cada una de las series.
Tipo de Estadístico
Significado
max(max_abs):
máximo absoluto de la serie temporal de máximos horarios.
max(media_abs):
máximo absoluto de la serie temporal horaria de promedios.
max(med_bad):
máximo absoluto de la serie temporal horaria de promedio en el área de Badajoz
max(med_alm):
máximo absoluto de la serie temporal horaria de promedio en el área de Almendralejo.
3
máximo absoluto de la serie temporal horaria de los promedios para valores superiores a 2 μg/m .
min(Mval < -2 μg/m ):
3
mínimo absoluto de la serie temporal horaria de promedios para valores inferiores a -2 μg/m .
media(max_abs):
promedio de la serie temporal de máximos horarios.
media(media_abs):
promedio de la serie temporal horaria de valores promedios.
media(med_bad):
promedio de la serie temporal horaria de valores medios en el área de Badajoz.
max(Mval > 2 μg/m ):
3
3
media(med_alm):
promedio de la serie temporal horaria de valores medios en el área de Almendralejo.
3
media(Mval > 2 μg/m ):
3
promedio de la serie temporal horaria de valores medios superiores a 2 μg/m .
3
media(Mval < -2 μg/m ):
promedio de la serie temporal horaria de valores medios inferiores a -2 μg/m .
P95(max_abs):
percentil 95 de la serie temporal de máximos horarios.
P95(media_abs):
percentil 95 de la serie temporal horaria de valores medios.
P95(med_bad):
percentil 95 de la serie temporal horaria de promedios sobre el área de Badajoz.
P95(med_alm):
percentil 95 de la serie temporal horaria de promedios sobre el área de Almendralejo.
3
P95(Mval>2 g/m ):
3
P5(Mval<-2 g/m ):
7-32
3
percentil 95 de la serie temporal horaria de valores medios superiores a 2 μg/m .
3
percentil 95 de la serie temporal horaria de valores medios inferiores a -2 μg/m .
3
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
En el caso de los promedios horarios el cómputo se restringió al periodo diurno (6 a 20 horas
solares) dado que el interés se centra en el incremento de la producción fotoquímica de ozono,
descartándose posibles efectos debidos a la dinámica atmosférica durante el periodo nocturno
(que pudiesen representar incrementos relativos significativos de los niveles, aunque
registrados sobre valores absolutos poco relevantes).
Matrices de Distribuciones Espaciales de Diferencias.
El segundo tipo de productos que se elaboró consistió en mapas de distribuciones espaciales,
correspondientes al dominio de simulación de mayor detalle, centrado sobre el área de interés.
En este caso se pretendía caracterizar el comportamiento de los incrementos producidos
precisamente sobre los valores máximos, evaluando tanto su magnitud como la zona de
ocurrencia. Así, para cada punto del espacio se presenta la diferencia entre los máximos
horarios, calculado como la diferencia entre el mapa espacial de máximos (nivel máximo
absoluto de las concentraciones de ozono durante todo el periodo del episodio en cada celda
del dominio) obtenidos para las simulaciones con y sin refinería. Se obtiene así, para cada
escenario de emisión, una representación espacial de los incrementos esperables que
experimentarían precisamente los valores máximos.
El cálculo se realiza tanto para las series temporales de ozono de promedios horarios, como
para las series temporales de ozono de promedios octohorarios, y de nuevo para cada uno de
los nueve escenarios de emisión considerados.
La escala de los gráficos en las presentaciones ha sido ajustada de forma que los mapas de
ozono para los distintos casos tengan idéntica amplitud, facilitando de este modo las
comparaciones.
Evaluación de los Resultados.
Siguiendo las directrices de la metodología propuesta, es sobre las simulaciones numéricas
que recaerá la responsabilidad de proporcionar una estimación significativa de los
incrementos esperables en el campo de concentraciones de ozono. Dada la formulación sobre
una matriz de escenarios (‘dos episodios meteorológicos’ X ‘nueve escenarios de emisión’),
se puede plantear una aproximación probabilística de los resultados en términos de rangos de
confianza.
Con objeto de proporcionar una base de decisión objetiva, los resultados numéricos
(obtenidos con una resolución horaria) se transformarán en términos de valores máximos
diarios de los promedios horarios y promedios octohorarios, parámetros sobre los que se
apoya la actual normativa para definir los umbrales legales de información/alerta a la
población y protección a la salud respectivamente. Estos umbrales se encuentran definidos en
el Real Decreto 1796/2003 en 180/240 y 120 μg/m3 respectivamente.
7-33
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
7.4. Resultados.
7.4.1 Modelización de las Emisiones.
Como se ha comentado anteriormente, el modelo de emisiones considera las emisiones
biogénicas, las emisiones de tráfico y las emisiones industriales. En las figuras 7.14 y 7.15 se
ha representado el máximo, durante el episodio del 10 al 15 de agosto de 2003, para diferentes
compuestos químicos.
La primera de la representaciones gráficas muestra las emisiones biogénicas, concretamente
las emisiones de isopreno y terpeno. Las emisiones biogénicas son una fuente importante de
compuestos reactivos, tales como aldehídos e isopreno.
La figura 7.15 contiene una representación de las emisiones antropogénicas. Las emisiones
debidas al tráfico representan una fuente importante de óxidos de nitrógeno. Las emisiones
industriales cubren áreas muy concretas de la región de Badajoz, entre las que destacan, la
ciudad de Badajoz, Azuaga, y Vilafranca de los Barros.
Figura 7.14: emisiones biogénicas máximas para el periodo del 10 al 15 de agosto de 2004.
Izquierda: Emisiones de isopreno. Derecha: Emisiones de terpeno.
Figura 7.15: emisiones antropogénicas máximas. Izquierda: Emisiones de tráfico de NO. Derecha:
emisiones
industriales
de
NO.
7-34
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
7.4.2 Modelización de la Fotoquímica.
Se presentan a continuación los resultados obtenidos sobre la distribución de incrementos
esperables en el campo de concentraciones de ozono a partir de las simulaciones ejecutadas
para los dos episodios meteorológicos. Se ha procurado compactar estos resultados, que
siempre presentan un formato matricial (de acuerdo a los escenarios de emisión descritos),
organizándolos por episodio meteorológico, por tipo de explotación (diferencias puntuales y
matrices espaciales) y finalmente por parámetro de control (valores máximos horarios y
máximos octohorarios). Ello supone una vasta colección de tablas y figuras, que se muestran
secuencialmente sin mayor información (para facilitar también su intercomparación se
presentan en las mismas posiciones en páginas sucesivas), incluyéndose al final un
comentario resumen de los aspectos más destacables de los resultados.
En la presentación de valores numéricos se ha seguido la recomendación de mantener una
cifra decimal (al menos en procesos intermedios), y en algunas ocasiones se muestran con dos
con objeto de resaltar la existencia de variaciones numéricas en los resultados (aunque no
sean representativas). Todos los valores de concentración están expresados en unidades de
μg/m3.
Las distribuciones espaciales se muestran según una escala de colores, que en cada caso ha
sido elegida para resaltar la resolución de los resultados. No obstante, este tipo de
presentación puede limitar la lectura de los valores extremos, por lo que se ha añadido para
cada escenario una tabla con los valores máximos y mínimos de los campos de diferencias
obtenidos para los nueve escenarios de emisión.
De acuerdo a la metodología aplicada, se elaboró un mapa de emisiones a partir de la
información disponible, denominado "escenario base", a partir del cual se confeccionaron
otros ocho escenarios complementarios obtenidos mediante una combinación de intervalos de
emisión de las principales familias de precursores (VOCs y NOx) propuestos
discrecionalmente a partir de las incertidumbres habituales en la estimación de dichas
emisiones. Ello proporciona un amplio rango de variación de los resultados (recuérdese que se
trabaja sobre matrices de valores superficiales de 86x86 elementos) y permite un tratamiento
probabilístico de los mismos. Siendo el escenario base el más realista (por estar calculado a
partir de la mejor información disponible), habitualmente se referirán los resultados
correspondientes al mismo como aquellos más probables. En la caracterización de las
diferentes poblaciones se elegirá normalmente el percentil 95 como parámetro significativo
del límite superior, y como tal se utilizará en la estimación de los márgenes de confianza. No
obstante, para la obtención del valor central o más probable, correspondiente al caso base, se
ha optado de forma conservativa por utilizar el percentil 98.
7-35
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Episodio I; 10 al 15, Agosto de 2003. Matrices de Diferencias Puntuales
Tabla 7.11: matrices de diferencias horarias para el ozono, en el periodo diurno comprendido entre el
11 y el 14 de agosto de 2003. Se presentan los resultados con dos cifras significativas para una mejor
apreciación de la variación.
max(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
9,15
14,63
18,62
voc
11,36
16,59
20,72
voc * 2
14,53
19,73
23,79
media(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
1,48
2,52
3,40
voc
1,82
2,89
3,93
voc * 2
2,44
3,63
4,71
P95(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
4,77
8,76
11,03
voc
6,66
10,03
12,53
voc * 2
8,89
12,29
15,04
max(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,17
0,29
0,38
voc
0,22
0,33
0,42
voc * 2
0,27
0,38
0,47
media(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,02
0,05
0,08
voc
0,03
0,07
0,10
voc * 2
0,05
0,09
0,12
P95(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,14
0,26
0,34
voc
0,18
0,29
0,37
voc * 2
0,23
0,33
0,40
max(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,57
2,27
3,79
voc
1,03
2,73
4,20
voc * 2
1,71
3,25
4,91
media(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,01
0,04
0,08
voc
0,02
0,05
0,08
voc * 2
0,03
0,06
0,10
P95(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,04
0,08
0,16
voc
0,04
0,10
0,17
voc * 2
0,05
0,12
0,19
max(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,02
0,19
0,74
voc
0,04
0,26
0,98
voc * 2
0,09
0,52
1,35
media(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-0,06
-0,13
-0,18
voc
-0,06
-0,13
-0,17
voc * 2
-0,06
-0,12
-0,14
P95(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,02
0,04
0,09
voc
0,01
0,04
0,16
voc * 2
0,02
0,05
0,31
max(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
4,24
5,21
5,45
voc
4,76
5,36
5,69
voc * 2
5,12
5,61
6,19
media(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,57
2,95
3,23
voc
2,76
3,05
3,44
voc * 2
2,94
3,33
3,60
P95(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
3,10
4,00
4,50
voc
3,49
4,25
4,82
voc * 2
4,01
4,74
5,35
min(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-3,90
-3,94
-3,96
voc
-3,94
-3,94
-3,99
voc * 2
-3,94
-3,95
-3,96
media(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-2,57
-2,61
-2,59
voc
-2,53
-2,55
-2,60
voc * 2
-2,53
-2,58
-2,67
P5(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-3,20
-3,36
-3,44
voc
-3,19
-3,36
-3,47
voc * 2
-3,18
-3,36
-3,45
7-36
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Tabla 7.12: matrices de diferencias octohorarias para el ozono, en el periodo comprendido entre el
11 y el 14 de agosto de 2003. Se presentan los resultados con dos cifras significativas para una mejor
apreciación de la variación.
max(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
3,53
6,18
7,55
voc
4,64
6,78
8,26
voc * 2
5,85
7,74
9,39
media(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,93
1,61
2,17
voc
1,17
1,88
2,61
voc * 2
1,57
2,32
2,94
P95(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
3,00
5,61
7,33
voc
3,98
6,57
8,02
voc * 2
5,49
7,53
9,14
max(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,15
0,26
0,33
voc
0,18
0,29
1,86
voc * 2
0,23
0,33
0,41
media(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,02
0,06
0,09
voc
0,04
0,07
0,13
voc * 2
0,05
0,09
0,12
P95(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,11
0,20
0,27
voc
0,14
0,23
0,32
voc * 2
0,19
0,27
0,34
max(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,13
0,45
0,72
voc
0,22
0,52
0,79
voc * 2
0,34
0,61
0,93
media(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,01
0,04
0,08
voc
0,02
0,05
0,08
voc * 2
0,03
0,06
0,10
P95(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,13
0,45
0,72
voc
0,22
0,52
0,79
voc * 2
0,34
0,61
0,93
max(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,02
0,07
0,26
voc
0,02
0,09
0,34
voc * 2
0,03
0,17
0,46
media(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-0,06
-0,13
-0,18
voc
-0,06
-0,13
-0,17
voc * 2
-0,06
-0,12
-0,14
P95(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,01
0,05
0,19
voc
0,02
0,06
0,26
voc * 2
0,02
0,13
0,37
max(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,49
3,37
3,52
voc
2,93
3,43
3,73
voc * 2
3,30
3,61
3,98
media(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,35
2,46
2,54
voc
2,47
2,51
2,65
voc * 2
2,45
2,66
2,76
P95(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,40
3,17
3,37
voc
2,78
3,29
3,58
voc * 2
3,13
3,45
3,82
min(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-2,50
-2,50
-2,53
voc
-2,53
-2,51
-2,72
voc * 2
-2,52
-2,50
-2,54
media(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-2,22
-2,25
-2,25
voc
-2,23
-2,25
-2,30
voc * 2
-2,27
-2,24
-2,25
P5(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-2,34
-2,31
-2,25
voc
-2,34
-2,30
-2,38
voc * 2
-2,34
-2,28
-2,25
Episodio I; 10 al 15, Agosto de 2003. Matrices de Distribuciones Espaciales de Diferencias.
Tabla 7.13: máximos y mínimos absolutos de la diferencia entre máximos horarios y máximos
octohorarios, en el periodo comprendido entre el 10 y el 15 de agosto de 2003.
Caso
1
2
3
4
BASE
5
6
7
8
Máximos promedio
horario (ug/m3)
9,15
10,02
12,66
13,68
14,52
13,82
15,74
15,33
18,21
Mínimo promedio
horario (ug/m3)
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Máximos promedio
octohorario (ug/m3)
3,27
4,47
5,59
5,59
6,72
7,7
7,47
8,17
9,33
Mínimo promedio
octohorario (ug/m3)
-0,02
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
7-37
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.16: mapa espacial de diferencias de máximos horarios, en el periodo comprendido entre el
10 y el 15 de agosto de 2003.
7-38
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.17: mapa espacial de diferencias de máximos octohorarios, en el periodo comprendido entre
el
10
y
el
15
de
agosto
de
2003.
7-39
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Episodio I; 10 al 15, Agosto de 2003. Distribución de los Incrementos sobre Valores
Máximos en Función de la Distancia.
Se presenta a continuación una valoración del impacto debido a la nueva actividad industrial
en función de la distancia al potencial foco emisor. A partir de los resultados anteriores de
distribuciones espaciales de incrementos esperados sobre los valores máximos, se
confeccionaron las figuras que se muestran a continuación, en las que cada nodo de la malla
del dominio espacial (el de mayor resolución) se presenta frente a su distancia al punto de
emisión. El valor de ordenadas asignado a cada punto se obtuvo como el mayor valor del
incremento registrado en cada una de las horas de simulación, y ello tanto para los máximos
horarios como octohorarios. Se puede obtener así una idea de la mayor o menor proximidad a
la fuente de las regiones con un mayor impacto.
Tabla 7.14: estadísticos de los máximos incrementos en los niveles de ozono.
(ug/m3)
Percentil98
Percentil95
Moda
Media
Mediana
Máxim o
Mínim o
Máximos Horarios
Episodio 1
MAX
MIN
15,44
6,34
13,61
4,59
0,00
0,00
4,71
1,60
4,67
1,57
18,20
9,15
0,00
0,00
Máximos 8-horarios
Episodio 1
MAX
MIN
8,19
2,54
6,47
2,18
0,00
0,00
2,63
0,90
2,47
0,86
9,33
3,26
0,00
-0,03
Figura 7.18: distribución de los máximos incrementos en los niveles de ozono sobre los valores
máximos horarios en función de la distancia a la fuente.
7-40
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.19: distribución de los máximos incrementos en los niveles de ozono sobre los valores
máximos octohorarios en función de la distancia a la fuente.
Episodio II; 14 al 19, Junio de 2004. Matrices de Diferencias Puntuales.
Tabla 7.15: matrices de diferencias horarias para el ozono, en el periodo diurno comprendido entre el
14 y el 19 de Junio de 2004. Se presentan los resultados con dos cifras significativas para una mejor
apreciación de la variación.
7-41
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
max(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
7,53
10,85
13,18
voc
8,72
11,96
18,19
voc * 2
11,06
17,38
22,32
media(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
1,05
1,91
2,83
voc
1,38
2,49
3,57
voc * 2
2,15
3,38
4,52
P95(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
4,08
6,60
10,51
voc
5,21
9,31
11,61
voc * 2
8,18
11,59
14,90
max(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,08
0,13
0,19
voc
0,10
0,16
0,24
voc * 2
0,13
0,22
0,31
media(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,02
0,04
voc
0,01
0,03
0,05
voc * 2
0,02
0,04
0,07
P95(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,06
0,11
0,16
voc
0,07
0,13
0,17
voc * 2
0,11
0,15
0,20
max(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,01
0,02
voc
0,01
0,01
0,02
voc * 2
0,01
0,01
0,02
media(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,00
0,00
voc
0,00
0,00
0,00
voc * 2
0,00
0,00
0,00
P95(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,00
0,01
voc
0,00
0,00
0,01
voc * 2
0,00
0,01
0,01
max(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,04
0,07
0,11
voc
0,05
0,08
0,38
voc * 2
0,06
0,28
1,42
media(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,00
0,00
voc
0,00
0,00
0,01
voc * 2
0,00
0,01
0,05
P95(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,01
0,02
0,03
voc
0,01
0,02
0,07
voc * 2
0,01
0,05
0,32
max(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
4,03
5,21
5,83
voc
4,50
5,58
6,24
voc * 2
5,14
6,25
6,66
media(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,78
2,97
3,21
voc
2,77
3,12
3,43
voc * 2
3,03
3,34
3,70
P95(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,98
3,72
4,23
voc
3,30
3,92
4,67
voc * 2
3,64
4,44
5,16
min(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-4,30
-4,81
-4,64
voc
-4,93
-5,42
-4,71
voc * 2
-6,03
-4,70
-4,71
media(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-2,66
-2,82
-2,79
voc
-2,78
-2,79
-2,84
voc * 2
-2,79
-2,78
-2,75
P5(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-3,56
-3,71
-3,69
voc
-3,69
-3,77
-3,73
voc * 2
-3,83
-3,65
-3,62
Tabla 7.16: matrices de diferencias octohorarias para el ozono, en el periodo comprendido entre el
14 y 19 de Junio de 2004. Se presentan los resultados con dos cifras significativas para una mejor
apreciación de la variación.
max(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
3,74
5,10
5,80
voc
4,33
5,58
8,65
voc * 2
5,24
8,28
11,71
media(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,73
1,27
1,96
voc
0,96
1,70
2,52
voc * 2
1,47
2,37
3,25
P95(max_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
3,10
4,15
5,48
voc
3,57
4,77
6,85
voc * 2
4,22
6,56
9,40
max(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,05
0,10
0,14
voc
0,06
0,12
0,18
voc * 2
0,09
0,16
0,23
media(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,01
0,03
voc
0,00
0,03
0,05
voc * 2
0,02
0,04
0,06
P95(media_abs)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,05
0,08
0,13
voc
0,06
0,10
0,15
voc * 2
0,08
0,14
0,19
max(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,00
0,01
voc
0,00
0,01
0,01
voc * 2
0,00
0,01
0,01
media(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,00
0,00
voc
0,00
0,00
0,00
voc * 2
0,00
0,00
0,00
P95(media_bad)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,00
0,01
voc
0,00
0,00
0,01
voc * 2
0,00
0,01
0,01
max(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,01
0,03
0,05
voc
0,02
0,03
0,14
voc * 2
0,02
0,09
0,49
media(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,00
0,00
0,00
voc
0,00
0,00
0,01
voc * 2
0,00
0,01
0,05
P95(media_alm)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
0,01
0,01
0,03
voc
0,01
0,01
0,12
voc * 2
0,01
0,05
0,45
max(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,68
3,18
3,60
voc
2,88
3,43
3,68
voc * 2
3,20
3,68
4,08
media(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,37
2,57
2,79
voc
2,39
2,67
2,84
voc * 2
2,53
2,80
3,02
P95(Mval>2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
2,49
2,92
3,21
voc
2,59
3,07
3,52
voc * 2
2,88
3,46
3,79
min(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-2,77
-2,94
-3,00
voc
-2,86
-2,94
-3,07
voc * 2
-2,76
-2,96
-3,02
media(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-2,49
-2,49
-2,59
voc
-2,51
-2,58
-2,57
voc * 2
-2,48
-2,59
-2,78
P5(Mval<2ug/m3)
nox * 2
nox
nox / 2
voc/ 2
-2,73
-2,66
-2,68
voc
-2,75
-2,62
-2,66
voc * 2
-2,65
-2,64
-2,66
7-42
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Episodio II; 14 al 19, Junio de 2004. Matrices de Distribuciones Espaciales de Diferencias.
Tabla 7.17: máximos y mínimos absolutos de la diferencia entre máximos horarios y máximos
octohorarios, en el periodo comprendido entre el 14 y el 18 de junio de 2004.
Caso
1
2
3
4
BASE
5
6
7
8
Máximos promedio
horario (ug/m3)
4,57
5,19
9,26
6,94
10,59
16,03
10,22
17,89
22,27
Mínimo promedio
horario (ug/m3)
-5,96
-6,22
-4,65
-2,5
-3,53
-0,42
-2,89
-0,34
-0,2
Máximos promedio
octohorario (ug/m3)
3,67
4,21
5,00
4,89
5,30
8,25
5,51
6,52
9,12
Mínimo promedio
octohorario (ug/m3)
-3,64
-3,4
-1,52
-0,94
-1,25
-0,89
-0,99
-0,94
-0,86
7-43
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.20: mapa espacial de diferencias de máximos horarios, en el periodo comprendido entre el
14 y el 18 de junio de 2004.
Figura 7.21: mapa espacial de diferencias de máximos octohorarios, en el periodo comprendido entre
el 14 y el 18 de junio de 2004.
Episodio II; 14 al 19, Junio de 2004. Distribución de los Incrementos sobre Valores Máximos
en Función de la Distancia.
Se presenta a continuación una valoración del impacto debido a la nueva actividad industrial
en función de la distancia al potencial foco emisor. Se puede obtener así una idea de la mayor
o menor proximidad a la fuente de las regiones con un mayor impacto.
Tabla 7.18: estadísticos de los máximos incrementos en los niveles de ozono.
7-44
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
(ug/m3)
Percentil98
Percentil95
Moda
Media
Mediana
Máxim o
Mínim o
Máximos Horarios
Episodio 2
MAX
MIN
16,71
4,19
14,96
3,94
0,00
0,00
3,86
1,46
2,48
0,79
22,27
4,57
0,00
0,00
Versión 2.0
Máximos 8-horarios
Episodio 2
MAX
MIN
7,71
3,31
6,37
2,03
0,01
0,00
2,20
0,74
1,17
0,29
9,12
3,67
0,00
-0,09
Figura 7.22: distribución de los máximos incrementos en los niveles de ozono sobre los valores
máximos horarios en función de la distancia a la fuente.
7-45
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Figura 7.23: distribución de los máximos incrementos en los niveles de ozono sobre los valores
máximos octohorarios en función de la distancia a la fuente.
Episodios I y II. Recapitulación de Resultados.
A continuación se enumeran algunos de los puntos más destacados del impacto sobre el ozono
de la refinería en proyecto, para los episodios meteorológicos del 10 al 15 de agosto de 2003
y del 14 al 19 de junio de 2004:
→
Considerando el 95% de la población de máximos horarios, es decir, dejando fuera los
valores picos de ozono, los incrementos en los niveles de ozono abarcan una horquilla de
5 a 15 ug/m3. Siendo 10 ug/m3 el valor calculado para el escenario base. Para el caso de
la población de máximos octohorarios, el rango se encuentra entre 3 y 9 ug/m3, siendo 7
ug/m3 el incremento para el escenario base. Los incrementos más altos se sitúan en los
escenarios en los que se ha reducido la emisión de NOx y se han incrementado los VOCs.
Es necesario recalcar que estos incrementos no se producen necesariamente sobre el valor
máximo diario de ozono.
→
El promedio de los incrementos sobre todo el dominio de estudio (172x172 km), no
alcanza 1ug/m3 en ninguno de los escenarios de emisiones analizado. Esto es indicativo
de que el impacto de la refinería se da en áreas concretas, no abarcando todo el dominio.
→
El promedio de los impactos viene mejor definido por la media de las diferencias (consin refinería) superiores a 2ug/m3. Para este caso los incrementos se sitúan en una
horquilla de 3 a 5 ug/m3, siendo 4ug/m3 el incremento sobre el escenario base. Para los
máximos octohorarios la horquilla comprende el rango entre 2 y 4 ug/m3, siendo 3 ug/m3
el incremento para el escenario base.
7-46
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
→
La inclusión de la refinería supone también que en algunas celdas exista un descenso en
los niveles de ozono, que se sitúa entorno a los 4 ug/m3 para todos los escenarios de
emisión, para los máximos horarios; y entorno a 2-3 ug/m3 para los octohorarios.
→
El impacto sobre la urbe de Badajoz se sitúa entre 1 y 5 ug/m3 como valor máximo
(3ug/m3 en el escenario base) en el escenario de agosto de 2003. Sin embargo se trata de
un impacto puntual en el tiempo, ya que el P95 indica un impacto despreciable para los
diferentes escenarios analizados. En el escenario de junio de 2004, en el que la dirección
de viento tiene una componente principal de Oeste, el impacto en el área de Badajoz es
desdeñable.
→
En el casco urbano de Almendralejo, los impactos horarios se sitúan entre 0 y 1ug/m3,
como máximo, aunque como en el caso de Badajoz, se trata de un impacto puntual.
→
En cualquier caso, los impactos sobre cascos urbanos deben tener una lectura cuidadosa,
ya que son zonas con un predominio del consumo de ozono debido a las elevadas
concentraciones de NO2. Por lo que los impactos se sitúan, por lo general, a sotavento de
las urbes.
→
Los mapas espaciales de diferencias sobre máximos horarios y octohorarios permiten
analizar la localización geográfica del impacto debido a la introducción de la refinería.
→
Se observan dos zonas de impacto, una situada al norte de la refinería, y otra situada al
sur. Los impactos están estrechamente ligados a las condiciones meteorológicas, y su
localización depende del régimen de vientos. De ahí que existan zonas de impacto
diferenciadas según el escenario meteorológico considerado.
→
En el escenario de agosto de 2003, los impactos se localizan en el norte y sudeste de la
refinería. Mientras que en el escenario de junio de 2004 estos se focalizan en el Sudoeste.
→
Dentro de las zonas de impacto, el máximo incremento sobre máximos horarios y
octohorarios se distribuye en diferentes sub-zonas, no necesariamente próximas al
entorno de la refinería. El ozono es un compuesto secundario, por lo que su formación
puede darse en zonas en las que las condiciones presentes (radicales, escasa deposición,
etc.) favorezcan su formación fotoquímica.
→
En el escenario de agosto de 2003, las zonas en la que el incremento sobre máximos
horarios se sitúa por encima de los 12 ug/m3 se encuentran localizadas al sur de
Villafranca de los Barros, y norte de Mérida en dirección a Cáceres. En estas mismas
zonas, el impacto sobre máximos octohorarios alcanza y llega a superar los 8 ug/m3.
→
En el escenario de junio de 2004, las zonas en las que el incremento sobre máximos
horarios se sitúa por encima de los 12 ug/m3 se localizan en el área entre Villafranca y
Almendralejo, y el Sudoeste de Villafranca de los Barros.
→
En cuanto a la distribución de los incrementos con la distancia al foco, en el escenario I
se observan dos zonas, una de mayor impacto entre 10 y 40km del foco, y una segunda
zona de impacto moderado que llega a extenderse hasta 110km de distancia al foco. Para
el segundo episodio meteorológico la distribución es ligeramente diferente, aparece una
zona entre 0 y 10 km con incrementos de hasta 6ug/m3 <1h>, una segunda zona entre 10
y 40 km, con incrementos por encima de 12ug/m3 <1h>, y una tercera zona entre 40 y 80
km con impactos moderados.
7-47
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
7.4.3 Evaluación del Impacto por Ozono.
De acuerdo a la metodología propuesta, la evaluación de los resultados consiste en la
obtención de un intervalo de variación significativo de los incrementos esperables en el
campo de concentraciones de ozono (referidos respectivamente a los máximos horarios y
octohorarios, en consonancia con la legislación vigente).
Impacto del ozono relativo a la Directiva de Ozono sobre Niveles de Información y Objetivos:
Estimación de los Rangos de Incrementos.
Para evaluar el impacto sobre los niveles de ozono se trabajó con los incrementos esperables
sobre los niveles máximos diarios de las concentraciones medias horarias y octohorarias tal y
como fueron proporcionados por las simulaciones numéricas.
Se obtienen de esta forma, para ambos parámetros (máximos horarios y octohorarios), una
serie de 9 valores (percentil 95), tomándose como límite superior del intervalo de confianza el
máximo, y como límite inferior el mínimo. Como valor más probable se eligió el percentiles
98 del escenario base, considerándose este como una cota superior más probable.
En la tabla 7.19 se muestran los estadísticos, considerando los incrementos sobre máximos
para todo el dominio. Se marcan en rojo los valores que se toman como horquilla probable de
incremento para máximos horarios y 8-horarios, considerando los dos escenarios
meteorológicos para los que se ha realizado el estudio de impacto atmosférico.
Para los máximos horarios la horquilla de incremento se sitúa entre 1 y 4 ug/m3 con un valor
más probable de 4 ug/m3. Para los máximos 8-horarios, queda situada entre 1 y 2 ug/m3, con
un valor más probable de 2 ug/m3.
Si se restringen los estadísticos a un círculo de 50km de radio entorno al foco emisior,
coincidiendo con la zona en la que se encuentran las estaciones de medida de calidad del aire,
los máximos horarios se sitúan en una horquilla entre 2 y 6ug/m3, con un valor más probable
de 6ug/m3. Y para los máximos 8-horarios entre 1 y 4ug/m3, con un incremento más probable
de 3ug/m3.
7-48
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
Versión 2.0
Tabla 7.19: estadística de los incrementos sobre máximos horarios y octohorarios (arriba)
considerando los 9 escenarios de emisión, y estadística de los incrementos sobre máximos horarios y
octohorarios para el escenario base, tomado como el más probable (abajo).
Percentil98
Percentil95
Moda
Media
Mediana
Máxim o
Mínim o
Episodio 1
MAX
5,94
3,64
0,00
0,51
0,00
18,20
-0,06
Máximos Horarios
Episodio 2
MIN
MAX
1,76
5,20
1,14
2,88
0,00
0,00
0,15
0,36
0,00
0,00
9,15
22,27
-1,30
-0,20
(ug/m3)
Percentil98
Percentil95
Moda
Media
Mediana
Máxim o
Mínim o
MIN
1,40
0,51
0,00
0,10
0,00
4,57
-6,22
Horarios
8-horarios
Epsd. 1 Base
4,04
1,96
2,39
1,20
0,00
0,00
0,33
0,22
0,00
0,00
14,52
6,71
-0,24
-0,29
Episodio 1
MAX
3,29
1,80
0,00
0,33
0,00
9,33
-0,11
Máximos Octohorarios
Episodio 2
MIN
MAX
1,03
3,64
0,61
1,33
0,00
0,00
0,11
0,21
0,00
0,00
3,26
9,12
-0,96
-0,86
MIN
0,70
0,27
0,00
0,05
0,00
3,67
-3,64
Horarios
8-horarios
Epsd. 2 Base
3,63
2,30
2,04
0,79
0,00
0,00
0,26
0,14
0,00
0,00
10,59
5,30
-3,53
-1,25
Tabla 7.20: estadística de los incrementos sobre máximos horarios y octohorarios (arriba)
considerando los 9 escenarios de emisión, y estadística de los incrementos sobre máximos horarios y
octohorarios para el escenario base, tomado como el más probable (abajo), restringidas a un círculo
de 50km entorno a la refinería.
7-49
DIAGNÓSTICO Y VIGILANCIA DEL IMPACTO POR VÍA
ATMOSFÉRICA DE UN COMPLEJO REFINERO EN
EXTREMADURA.
INFORME FINAL. Abril 2007.
7-50
Versión 2.0