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Programa de monitorización de gases reactivos en Izaña

PROGRAMA DE monitorización de GASES REACTIVOS DEL CENTRO DE INVESTIGACIÓN ATMOSFÉRICA DE IZAÑA

Objetivo

Programa de medidas

Actividades de investigación

Investigadores

Visitantes relacionados con el estudio de gases reactivos

Publicaciones

Objetivo

El objetivo de este programa es el desarrollo de un programa de monitorización continuo de gases reactivos relacionados con el forzamiento del clima y la calidad del aire a partir de la medida continua y en largo periodo de estos gases, en la región subtropical del Atlántico Norte. Para llevar a cabo este propósito, se realiza una monitorización continua de ozono, monóxido de carbono, dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno. Este proyecto se desarrolla dentro del marco del Programa de Vigilancia Atmosférica Global (VAG) de la Organización Meteorológica Mundial.

Programa de medidas

LOCALIZACIÓN

La instrumentación in situ utilizada en el desarrollo del programa de medidas de gases reactivos se distribuyen a lo largo de la torre del observatorio, concretamente en la segunda, tercera y sexta planta.

TOMA DE MUESTRAS

El programa de medidas utiliza dos tomas de muestra. Una de ellas recoge la masa de aire para la medida de la concentración de ozono, y la otra toma se utiliza en la medida de monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre. Los colectores (manifolds) son de flujo laminar vertical, y aseguran tiempos de residencia de la masa de aire a lo largo de la toma inferiores a 10 segundos.

Fig. 1. Toma de muestras y un ejemplo de colector vertical de la estación de gases reactivos de Izaña.

REVISIÓN DE LOS CEROS Y CALIBRACIONES

La revisión de los ceros de los distintos analizadores se realiza periódicamente cada día y tienen una duración de 15 minutos. En el caso del analizador de monóxido de carbono, esta revisión de ceros se realiza con una frecuencia de 30 minutos, lo que permite minimizar la influencia de las fluctuaciones térmicas en estos equipos.
Se realizan calibraciones multipunto cada tres meses o en un periodo inferior cuando los analizadores lo requieran, ya sea por fallo instrumental o deriva del equipo. Para la realización de las calibraciones de ozono se utiliza un estándar primario modelo 49C-PS, mientras que las calibraciones del resto de equipos se realiza mediante el proceso de dilución. En el caso de las medida de NO2, se añade un sistema GPT (Gas Phase Tritrator). La diferencia entre los analizadores empleados en Izaña y en Santa Cruz reside en el límite de detección y la precisión de cada unos de los equipos, siendo superior en Izaña.

Fig. 2. Filtros de cero (scrubbers) de los modelos 43C-TL, 48C-TL y 42C-TL, respectivamente.

INSTRUMENTACIÓN

Las metodologías y procesos físicos utilizados en los analizadores in situ han sido declarados métodos de referencia tanto por la Agencia de Protección Medioambiental de los EEUU (EPA) como por la Unión Europea.

Parámetros
Imágenes de los equipos
La concentración de ozono es medida mediante fotometría de absorción UV.
Modelo 49C (Thermo Electron Corporation).


El monóxido de carbono es medido con un analizador de correlación de filtro de gas.
Modelo 48C-TL (Thermo Electron Corporation).


El dióxido de azufre es medido con un analizador de fluorescencia pulsada.
Modelo 43C-TL (Thermo Electron Corporation).


Los óxidos de nitrógeno se miden mediante la técnica de quimiluminiscencia. En este analizador el conversor de molibdeno ha sido reemplazado por un conversos fotolítico para minimizar la posible interferencia de otras especies nitrogenadas.
Modelo 42C-TL (Thermo Electron Corporation).


Más detalles sobre las medidas en GAWSIS

Actividades de investigación

El programa de medidas de gases reactivos en el observatorio de Izaña se focaliza en el estudio de la caracterización de estos gases e la troposfera libre, sus tendencias, el análisis y detección de los mecanismos de transporte de largo recorrido de dichos gases, así como su influencia como precursores en los procesos de formación de nanopartículas.

Caracterización de gases reactivos en la troposfera libre

Las medidas de CO muestran un mínimo en verano y otoño (≈70 ppb) y un máximo en invierno y primavera (≈140 ppb):

Fig. 3. Serie temporal del monóxido de carbono de (2006-2008).

En un primer momento, se instaló en la estación de Izaña un analizador de óxidos de nitrógeno para niveles traza con un conversor de molibdeno. Sin embargo, estos conversores no son específicos para la medida de dióxido de nitrógeno (NO2), ya que responden a otros compuestos nitrogenados como el peroxiacetil nitrato (PAN), así como a una variedad de nitratos orgánicos y al ácido nítrico, lo que provoca una sobreestimación en las medidas de NO2, especialmente cundo se muestrea masas de aire químicamente envejecidas o en emplazamientos remotos, donde la cantidad de NOx es pequeña comparada con la de NOy (Winer et al., 1974, Steinbacher et al., 2007). Debido a esto, y durante este periodo, la lectura de este analizador se interpretó como una buena aproximación a los óxidos de nitrógenos totales en fase gaseosa (NOy). A continuación, se reemplazó el conversor de molibdeno por un conversor fotolítico de luz ultravioleta, que permite una mejor medida del NO2 en este emplazamiento remoto.

Los óxidos de nitrógeno no revelan un patrón estacional, lo que viene explicado por la conjunción de procesos opuestos: el transporte térmico vertical inducido y el tiempo de vida medio de los NOx (Zani et al., 2007). El SO2 tampoco revela un patrón estacional.

El flujo de aire que ascendente provoca el transporte masas de aire contaminadas desde niveles bajos, y que alcanzan el nivel de la estación entre las 10 y 18 horas diariamente. Este ascenso genera un aumento en los niveles de los ratios de mezcla de NOX y SO2, y un consecuente descenso de los ratios de mezcla del ozono.

Fuera de este periodo del día, cabría esperar medir niveles representativos de estos gases en la troposfera libre de la región subtropical, pero en el caso de la medida de los niveles de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, estos niveles están por debajo de los límites de detección de los equipos ( <60pptv y <50 pptv, respectivamente).

Tendencias del ozono superficial

El ozono juega un papel en los procesos de oxidación de la troposfera (Logan 1985; Thompson, 1992). Es un gas fitotóxico, puede llegar a afectar a la salud pública en áreas contaminadas (Tiao et al., 1975), y es un importante gas de efecto invernadero (Mitchell, 1989).
La distribución de ozono en la troposfera en muy variable tanto en la escala especial como en la temporal, debido al gran número de fuentes y sumideros y a las reacciones de producción/destrucción junto a otros constituyentes atmosféricos.
En la estación de Izaña, característica de la troposfera libre, se ha llevado a cabo un programa continuo de medidas de ozono y especies relacionadas desde el año 1987. Este largo y continuo registro nos aporta una visión única de los procesos meteorológicos que afectan a las concentraciones de ozono en esta región del Océano Atlántico Norte Subtropical.
Fig. 4. Serie temporal del ozono superficial (1987-2008).

La influencia de los gases reactivos como precursores de la formación de nanopartículas

El transporte de vapor de agua y de precursores gaseosos que asciende orográficamente desde la capa de mezcla hasta la estación de Izaña diariamente son los responsables de la formación de nanopartículas.

Fig. 5. Valores medios de 5-minutos de N3-10, SO2, vapor de agua y humedad relativa durante dos eventos (16 Noviembre 2007 y 1 octubre 2007)

 

Fig. 6. Valores medios horarios y percentiles para cada mes del año 2007 de: (A) humedad relativa (RH), vapor de agua (H2O) y temperatura (T), (B) Concentraciones de SO2 y NOy , (C) radiación global (G) y radiación UV-B (D) concentraciones N10, N3 y N3−10 , (E) percentiles 70, 90 y 85 de N3−10, y (F) percentiles 15 y 25 de N3−10.

Investigadores

Yenny González Ramos (Investigadora Principal, estudiante de doctorado)
Dr. Emilio Cuevas Agulló
Dr. Sergio Rodríguez González (página web personal)
Ramón Ramos López

Visitantes relacionados con el estudio de gases reactivos (desde 2004)

Nombre
Institución
Periodo
Dr. C. Zellweger
y Dr. J. Klausen
EMPA , Centro de Mundial de Calibración de ozono superficial,  monóxido de carbono y metano del Programa VAG
30/11/2004 - 4/12/2004
María Elena Barlasina

Estación VAG de Ushuaia

01/09/2008 - 01/10/2008
Ricardo Daniel Sánchez
Servicio Meteorológico Nacional de Argentina
01/09/2008 - 01/10/2008
Dr. C. Zellweger
EMPA , Centro de Mundial de Calibración de ozono superficial,  monóxido de carbono y metano de la VAG
4/03/2009 - 11/03/2009

Publicaciones basadas en las observaciones de gases reactivos en Izaña

Rodríguez, S., González, Y., Cuevas, E., Ramos, R., Romero, P.M., Abreu-Afonso, J., Redondas, A., Atmospheric nanoparticle observations in the low free troposphere during upward     orographic flows at Izaña Mountain Observatory. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, 9, 10913–10956, 2009. Still in open discussion period !!! (descargar pdf)

Gil; M., M. Yela, L. N. Gunn, A. Richter, I. Alonso, M. P. Chipperfield, E. Cuevas, J. Iglesias, M. Navarro, O. Puentedura, and S. Rodríguez, NO2 climatology in the northern subtropical region: diurnal, seasonal and interannual variability, Atmos. Chem. Phys., 8, 1635-1648, 2008.

Oltmans, S. J.., A. S. Lefohn, J. M. Harris, I. Galbally, H. E. Scheel, G. Bodeker, E. Brunke, H. Claude, D. Tarasick, B. J. Johnson, P. Simmonds, D. Shadwick, K. Anlauf, K. Hayden, F. Schmidlin, T. Fujimoto, K. Akagi, C. Meyer, S. Nichol, J. Davies, A. Redondas, E. Cuevas, Long-term Changes in Tropospheric Ozone, Atmos. Environ., 40, 3156-3173, 2006.

Rodríguez, C. Torres, J.C. Guerra, E. Cuevas, Transport Pathways to Ozone to Marine and Free-Troposphere Sites in Tenerife, Canary Islands, Atmos. Environ., 38, 4733-4747, 2004.

Oltmans, S.J., A.S. Lefohn, H.E. Scheel, J.M.   Harris, H. Levy II, I.E. Galbally, E.G. Brunke, C.P. Meyer, J.A. Lathrop, B.J. Johnson, D.S. Shadwick, E.Cuevas, F.J. Schmidlin, D.W. Tarasick, H. Claude, J.B. Kerr, O. Uchino, V. Mohnen, Trends of Ozone in the Troposphere, Geophys. Res. Lett., Vol. 25, 2, 139-142, 1998.