Assesing variations in urban air quality when introducing on-road traffic management strategies by means of high-resolution modellingapplication to Barcelona and Madrid urban areas

Resumen

La contaminación del aire urbano tiene efectos negativos en la salud humana, los ecosistemas y se asocia con el transporte de contaminantes a larga distancia. La región del sur del Mediterráneo y en concreto la Península Ibérica se ven sometidos frecuentemente a episodios de contaminación fotoquímica. Los niveles de O3 troposférico y, en zonas urbanas, las concentraciones de NO2 y material particulado, superan frecuentemente los niveles establecidos por la legislación europea. El tráfico rodado constituye la mayor fuente de emisiones antropogénicas en el entorno urbano. Actualmente, se están ensayando distintas alternativas para reducir su contribución. El pronóstico cuantitativo de sus efectos es fundamental y proporciona la base para la toma de decisiones. La herramienta más adecuada para llevar a cabo este tipo de evaluaciones es la modelización atmosférica. Esta tesis propone el uso del modelo mesoescalar WRF-ARW/HERMES/CMAQ con alta resolución para pronosticar el efecto de distintas estrategias de reducción de emisiones de tráfico. Se centra en las dos mayores ciudades de España: Barcelona y Madrid, representativas de un entorno costero y un entorno continental. Como caso de estudio se ha seleccionado el 17 y 18 de Junio de 2004, que se corresponde simultáneamente con altos niveles de contaminación y con un patrón de circulación de tráfico habitual (días laborables) Se han seleccionado distintas estrategias realizables a corto plazo, que incluyen: el uso de combustibles alternativos: como gas natural o biodiesel, la introducción de nuevas tecnologías en vehículos, como el uso de vehículos híbridos, o sistemas de planificación urbana, como la introducción de un límite de velocidad. Se han evaluado en términos de cambio de emisiones, consumo de combustible y calidad del aire, no sólo en las zonas urbanas si no a escala regional (en el Noreste y Centro de la Península Ibérica) Los efectos de dichas estrategias dependen de la zona de aplicación. Los factores principales que condicionan dichas diferencias son: (1) la composición específica de la flota, teniendo la de Barcelona mayor número de vehículos pesados diesel y menor número de turismos que la de Madrid, (2) el peso de los distintos sectores de actividad en el balance de emisiones total, que en Barcelona y el noreste peninsular refleja una mayor actividad industrial frente a Madrid y el centro de la Península, (3) las distintas contribuciones de los procesos atmosféricos a la concentración final de contaminantes, la cuantificación de dichos procesos permite definir patrones de circulación característicos de zonas costeras y con una orografía muy compleja en el área de Barcelona, mientras que en Madrid, el comportamiento es más simple, (4) el régimen de sensibilidad química, que es diferente en ambas ciudades, determina la respuesta del O3 troposférico a la disminución de emisiones de NOx. El efecto de las estrategias estudiadas es positivo en términos de concentración de NO2, SO2 y PM10, siendo éstas menores que en el escenario base (sin cambios). Sin embargo, el alcance depende en gran medida de las flotas específicas afectadas y del área urbana que se considere. La introducción de vehículos a gas natural constituye una medida eficaz para reducir los niveles de SO2 y PM10 en las ciudades. El uso de biodiesel B20 disminuye fundamentalmente la concentración de SO2, aunque puede conllevar un ligero incremento de concentración de NO2. El uso de vehículos híbridos reduce fundamentalmente las emisiones de NOx, lo que produce una disminución de los niveles de NO2 urbanos. En Madrid este hecho tiene efectos positivos en la concentración de O3 local, sin embargo en Barcelona la disminución de emisiones de NOx supone un incremento del O3 local en todos los casos. La limitación de velocidad a 80 km h-1 en el área de Barcelona reduce los niveles de NO2 y PM10, sobre todo en las zonas directamente afectadas por la medida. La introducción en el modelo de velocidades de circulación horarias, en lugar de la velocidad constante previamente considerada, ha permitido determinar estos cambios en calidad del aire de manera más precisa, teniendo en cuenta patrones de circulación reales y el efecto de la congestión. En general las estrategias seleccionadas tienen efectos positivos en zonas a sotavento de las ciudades, incluso en el caso del O3. La aplicación de modelización atmosférica con alta resolución es una herramienta útil para determinar cuantitativamente los efectos de estrategias de reducción de emisiones de tráfico. Los inventarios de emisiones detallados y la disponibilidad de factores de emisión para nuevas tecnologías o combustibles alternativos son un factor clave para este tipo de desarrollos.