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Programa de investigación de aerosoles del Observatorio Atmosférico de Izaña

Objetivo

Programa de medidas

Investigación

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Fotos

Objetivo

El objetivo es realizar un seguimiento a largo plazo (décadas) de las propiedades fisicoquímicas de las partículas atmosféricas que afecta a la calidad del aire y al clima, en la troposfera libre del Atlántico Norte Subtropical. Para alcanzar este objetivo, se realiza una monitorización en continuo de la distribución de tamaño, la composición química y de las propiedades ópticas de las partículas. Este proyecto forma parte del programa de Vigilancia Atmosférica Global (siglas en ingles GAW = Global Atmospheric Watch) de la Organización Mundial de Meteorología.

Programa de medidas

PARTILAB

La instrumentación usada para realizar las medidas de aerosoles in-situ se encuentran en el PARTILAB (laboratorio de partículas):


PARTILAB.

TUBOS DE MUESTREO

Actualmente, se utilizan tres tubos para la toma de muestra. Dos tubos para el muestreo de partículas TSP, PM10 y PM2.5, y un tercer tubo de muestreo (el tubo principal) para portar la muestra a la instrumentación que opera en continuo.
Tubos para la toma de muestra en el PARTILAB.

RACKS

Dos de los captadores que se utilizan para el muestreo de partícula en filtro están instalados en racks independientes:

Dos de los captadores instalados en el PARTILAB.

 

 

 


La instrumentación que mide en continuo se encuentra instalada en un tercer rack. Este rack se encuentra ubicado debajo del tubo principal de muestreo. El flujo laminar en este tubo es isocinéticamente divido para portar la muestra a cada instrumento:

Tubo principal de muestreo del PARTILAB.

Rack e instrumentación usada para las medidas en continuo.
INSTRUMENTACIÓN
Parámetro
Instrumento

El número de partículas con tamaño superior a 3 nm es monitorizado con un Contador de Partículas Condensables TSI™ modelo 3025A.


La distribución de tamaño de partículas entre 9 y 437 nm es monitorizada mediante un clasificador electrostático SMPS de TSI™ utilizando un CPC modelo 3010 y un DMA modelo 3081.


La distribución de tamaño de partículas entre 0.5 y 20 µm es monitorizada mediante un Clasificador Aerodinámico de Tamaños (Aerodynamic Particle Sizer (APS) modelo 3321.


La concentración y composición química de las partículas en suspensión totales (TSP) y de las partículas con tamaño inferior a 10micras (PM10) y a 2.5micras (PM2.5) se determina mediante muestreo en filtro de micro fibra de cuarzo.

La concentración en masa se determina mediante gravimetría en nuestro laboratorio.

Las determinaciones químicas permiten cuantificar las concentraciones de material mineral, sal marina, sulfato, nitrato, amonio, materia orgánica, black carbón y un amplio número de elementos traza (V, Ni, As, Co…).


El coeficiente de absorción a 630 nm, de las partículas inferiores a 10 micras, se determina mediante un fotómetro de absorción multiángulo Thermo™ (MultiAngle Absorption Photometer: MAAP). El instrumento dispone de un impactador de PM10 en la entrada.

Los coeficientes de dispersion total (7-170 grados) y retrodispersión (90-170 grados) de las partículas inferiores a 10 micras, son determinados en 3 longitudes de onda: azul (450 nm), verde (550 nm) y rojo (700 nm). Se utiliza un Nefelómetro de Integración TSI™ modelo 3563. El instrumento dispone de un impactador de PM10 en la entrada.

Ver detalles sobre las medidas en GAWSIS

Investigación

Los estudios sobre aerosoles en el Observatorio de Izaña se focalizan en varias líneas de investigación: transporte y climatología del polvo Sahariano, propiedades ópticas de la materia mineral, formación de nuevas partículas y aerosoles en la troposfera libre.

Los episodios de polvo Sahariano en el Observatorio de Izaña tienen lugar en verano. En esta época la exportación de polvo hacia el Atlántico Norte tiene lugar a latitudes más altas que en invierno, y afectan a las Islas Canarias a altitudes superiores a los 1000 metros sobre el nivel del mar. Las concentraciones de partículas TSP, PM10 y PM2.5 (en adelante PMx) en Izaña son generalmente muy bajas, debido a las condiciones de aire extremadamente limpio en la troposfera libre (por ejemplo, la mediana de PM10 y PM2.5 en el periodo 2004-2008 es de 3.5 and 2.2 µg/m3, respectivamente). En Izaña, tan solo se registran niveles de PMx relativamente altas (>10 µg/m3) durante episodios de transporte de polvo Sahariano, cuando las concentraciones de TSP y PM10 pueden superar los 500 µg/m3.

 

Promedios mensuales de partículas PM10 y PM2.5.

Mapa Global de espesor óptico de aerosoles. El circulo rojo indica la ubicación del Observatorio de Izaña, en el extreme Norte de la denominada Capa de Aire Sahariano (Saharan Air Layer).

 

Propiedades Ópticas. Las partículas pueden absorber y/o dispersar luz, en función de su composición química. Esta interacción con la radiación afecta a la distribución de energía en la atmósfera. En el ejemplo que se muestra en la Figura inferior se muestran dos situaciones. En el episodio que tuvo lugar a mitad de Junio de 2008, se observan partículas que dispersan preferentemente luz azul. Se trata de partículas muy pequeñas (partículas Aitken), características del aire limpio de la troposfera libre (concentración de partículas < 5 µg/m3). El segundo caso comenzó a finales de Junio 2008, cuando la presencia de partículas de polvo "rojizas" Sahariano produjo una alta dispersión de radiación visible.
Valores horarios de coeficiente de dispersión (700, 550 and 450 nm) y de concentración de partículas PM10.
La formación de nuevas partículas (nano-partículas) se observa casi todos los días, durante el periodo diurno, en presencia de flujos de aire ascendentes. Estos flujos de aire verticales (que se desarrollan en el entorno del relieve montañoso de la isla de Tenerife) favorecen el transporte de vapor de agua y de precursores gaseosos de partículas a la parte baja de la troposfera libre. Este transporte de gases da lugar a la formación nuevas partículas. Inicialmente estas tienen un tamaño de unos pocos nanómetros (nano-partículas), sin embargo al cabo de unas pocas horas su diámetro ha alcanzado valores de entre 50 y 100 nanómetros. Estas partículas participan en los procesos de formación de nubes e influyen en la transferencia de radiación en la atmósfera.
Evolución diaria para cada mes de la humedad relative (RH), concentraciones de vapor de agua (H2O), temperatura (ºC) y concentración de partículas con tamaño de 3-10nm (N3-10), mayores que 10nm (N10) y mayors que 3 nm (N3).

Imagen del lado Norte de Tenerife (desde el Observatorio de Izaña). Obsérvese como el terreno de la Isla emerge sobre la capa de estratocúmulo marino y entra en la parte baja de la troposfera libre.

Valores medios de 5-minutos de las distribuciones de tamaño de partícula dN/dlogD durante un episodio de formación de nuevas partículas registrado en el Observatorio de Izaña.

Investigadores en régimen de Visita (since 2003)

Nombre
Institución
Periodo
Grupo de Científicos del proyecto MINATROC
Agosto 2003
Dr. S. Castillo
Instituto de Ciencias de la Tierra "Jaume Almera", CSIC

Agosto 2003

Prof. J. M. Prospero
RSMAS-University of Miami
Agosto 2005
Dr. K. Kandler
Darmstadt University of Technology
Julio 2005
Dr. M. Gil y J.F. López
INTA
Julio 2005
Dr. M. Gil y J. Andrey
INTA
Julio 2006
Dr. T. Tuch y A. Nowak
World Calibration Centre for Aerosol Physics
November 2006
Isabel García Alvarez
Universidad de La Laguna
Enero – Junio 2009
S. Scheidt
University of Pittsburgh
Julio 2009
Fluvio Amato
IDAEA-CSIC
Julio 2010
Yvonne Boose , Larissa Lacher, Berko Sierau
IInstituto de ciencias de la atmósfera y clima de Zürich (ETH)
Julio-Agosto 2013
Susan Schmidt
Instituto Max Planck de Química(MPI-Q)
Julio-Agosto 2013
Yvonne Boose , Fabian Mahrt, Berko Sierau
Instituto de ciencias de la atmósfera y clima de Zürich (ETH)
Julio-Agosto 2014

Publicaciones basadas en observaciones de aerosoles en Izaña

 

Querol, X., A. Alastuey, M. Viana, T. Moreno, C. Reche, M.C. Minguillón, A. Ripoll, M. Pandolfi, F. Amato, A. Karanasiou, N. Pérez, J. Pey, M. Cusack, R. Vázquez, F. Plana, M. Dall’Osto, J. de la Rosa, A. Sánchez de la Campa, R. Fernández-Camacho, S. Rodríguez, C. Pío, L. Alados-Arboledas, G. Titos, B. Artíñano, P. Salvador, S. García Dos Santos, R. Fernández Patier. Variability of carbonaceous aerosols in remote, rural, urban and industrial environments in Spain: Implications for air quality policy. Atmospheric Chemistry and Physics 13, 6185-6206, 2013. DOI: doi:10.5194/acp-13-6185-2013

García, M. I., S. Rodríguez, Y. González, R. D. García. Climatology of new particle formation events in the subtropical North Atlantic free troposphere at Izaña GAW observatory. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 13, 24127–24169, 2013

Rodríguez, S. A. Alastuey, X. Querol. A review of methods for long term in-situ characterization of aerosol dust. Aeolian Research, 6, 55-74, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.aeolia.2012.07.004

Schulz, M., J. M. Prospero, A. R. Baker, F. Dentener, L., Ickes, P.S. Liss, N. M. Mahowald, S. Nickovic, C. Pérez García-Pando, S. Rodríguez, M. Sarin, I. Tegen, R. A. Duce. Atmospheric Transport and Deposition of Mineral Dust to the Ocean: Implications for Research Needs. Environmental Sciences and Technology, 46, 10390−10404, ,2012. DOI: dx.doi.org/10.1021/es300073u

Andrews, E., J.A. Ogren, P. Bonasoni, A. Marinoni, E. Cuevas, S. Rodríguez, J.Y. Sun, D.A. Jaffe, E.V. Fischer, U. Baltensperger, E. Weingartner, M. Collaud Coen, S. Sharma, A.M. Macdonald, W.R. Leaitch, N.-H. Lin, P. Laj, T. Arsov, I. Kalapov, A. Jefferson, P. Sheridan. Climatology of aerosol radiative properties in the free troposphere. Atmospheric Research, 102(4), 365-393, 2011. DOI: 10.1016/j.atmosres.2011.08.017.

Rodríguez, S., A. Alastuey, S. Alonso-Pérez, X. Querol, E. Cuevas, J. Abreu-Afonso, M. Viana, M. Pandolfi, and J. de la Rosa. Transport of desert dust mixed with North African industrial pollutants in the subtropical Saharan Air Layer. Atmospheric Chemistry and Physics, 11, 6663 – 6685.

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 !!! (download pdf)

Kandler, K., N. Benker, E. Cuevas, M. Ebert, P. Knippertz, S. Rodríguez, L. Schütz, S. Weinbruch, Chemical composition and complex refractive index of Saharan Mineral Dust at Izaña, Tenerife (Spain) derived by electron microscopy. Atmospheric Environment, 41, 8058–8074, 2007. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2007.06.047

Alastuey, A., Querol, X., Castillo, S., Escudero, M., Avila, A., Cuevas, E., Torres, C., P.M. Romero, Exposito, F., García, O., Díaz, J.P., Van Dingenen, R., Putaud, J.P.: Characterisation of TSP and PM2.5 at Izaña and Santa Cruz de Tenerife (Canary Islands, Spain) during a Saharan Dust Episode (July 2002). Atmospheric Environment 39, 4715–4728, 2005.

Maring, H., Savoie, D. L., Izaguirre, M. A., McCormick, C., Arimoto, R., Prospero, J. M., Pilinis, C.: Aerosol physical and optical properties and their relationship to aerosol composition in the free troposphere at Izaña, Tenerife, Canary Islands, during July 1995, Journal of Geophysical Research, 105, 14677–14700, 2000.

Chiapello, I., Prospero, J.M., Herman, J.R., Hsu, N.C., Detection of mineral dust over the North Atlantic Ocean and Africa with Nimbus 7 TOMS. Journal of Geophysical Research, 104, 9277-9291, 1999.

Raes, F., Van Dingenen, R., Cuevas, E., Van Velthoven, F.J.V., Prospero, J.M.: Observations of aerosols in the free troposphere and marine boundary layer of the subtropical Northeast Atlantic: discussion of processes determining their size distribution. Journal of Geophysical Research, 102, 21315-21328, 1997.

Prospero, J.M., Schmitt, R., Cuevas, E., Savoie, D.L., Graustein, W.C., Turekian, K.K., Volz- Thomas, A., Díaz, A., Oltmans, S.J., Levy, H., 1995. Temporal variability of summer-time ozone and aerosols in the free troposphere over the eastern North Atlantic. Geophysical Research Letters 22 (21), 2925–2928.

Abel, N., Jaenicke, R., Junge, C., Kanter, H., Rodríguez-García-Prieto, P., Seiler, W.. Luftchemische Studien am Observatorium Izaña (Teneriffa). Met. Rdsch., 22, p. 158, 1969.