Estudio de las propiedades en columna y superficie del aerosol atmosférico en la zona centro-norte de la Península Ibéricaénfasis en aerosol desértico

Abstract

El impacto de los efectos directos e indirectos de los aerosoles atmosféricos en el balance radiativo del sistema Tierra-Atmósfera genera una enorme problemática de aspectos climáticos con consecuencias tanto en el campo científico como social que hace necesaria su monitorización y análisis global a largo plazo. Los diferentes trabajos que componen esta tesis doctoral se basan, fundamentalmente, en las siguientes magnitudes: Espesor Óptico de Aerosoles (AOD) y Exponente de Ångström (AE) proporcionadas por la red AERONET (AErosol RObotic NETwork) que ofrecen información sobre toda la columna atmosférica, y las diversas fracciones de Materia Particulada (PMx, x=10 o 2.5 µm) obtenidas de la red EMEP (European Monitoring and Evaluation Programme) que dan información de lo que ocurre a nivel de superficie. Las magnitudes AOD y PM10 dan cuenta de la carga de aerosol mientras que AE y la fracción PM2.5/PM10 (PM ratio) indican el tamaño de las partículas. Además, aplicando un algoritmo de inversión a los datos de radiancia de cielo y AOD de la red AERONET se genera una serie de parámetros como la distribución de tamaños, el radio efectivo, el volumen de concentración, la esfericidad, el albedo de dispersión simple o el factor de asimetría, que representan las propiedades microfísicas y ópticas de los aerosoles. Todas estas magnitudes han sido analizadas en este trabajo de tesis doctoral a fin de obtener su completa caracterización en la zona de estudio. Con objeto de ampliar el conocimiento sobre los aerosoles atmosféricos en la zona centro norte de la Península Ibérica (PI), se analizan, bajo un enfoque climatológico que abarca 12 años de medidas (2003-2014), las dos bases de datos mencionadas que nos ofrecen información complementaria en columna y superficie. Una de las principales características del área en la que se centra esta tesis doctoral es que presenta una estación de AERONET (Palencia, de la cual es responsable el Grupo de Óptica Atmosférica de la Universidad de Valladolid desde el año 2003) y otra de EMEP (Peñausende, Zamora) muy cercanas y que permiten la realización de un estudio de este tipo. Cabe destacar que pocas regiones en la península e incluso en Europa poseen series de datos simultáneas de estas características y duración. Ambas estaciones han sido caracterizadas como estaciones de fondo regional limpio alejadas de grandes núcleos urbanos o industriales por lo que además de ser representativas del área, permiten la detección de eventos de alta turbiedad atmosférica. Debido a la localización geográfica de la zona de estudio y a su cercanía con la mayor fuente de aerosol de origen natural desértico del hemisferio Norte, el desierto del Sahara, el trabajo aquí presentado se ha centrado en la detección, estudio y caracterización de este tipo de aerosol. La relación entre las concentraciones a nivel de superficie y los datos en columna ha mostrado ser de especial interés a la hora de realizar estudios de caracterización de aerosoles desde un punto de vista climatológico. Por tanto, en este trabajo hemos caracterizado en primer lugar la zona de estudio obteniendo sus principales características: ciclo anual de intensidad y parámetro de tamaño de las partículas, estadísticas básicas, promedios anuales y tendencias. Una vez caracterizadas las principales magnitudes de aerosoles en el área de estudio, se ha desarrollado y aplicado una metodología para la detección de intrusiones de aerosol desértico a partir de una inspección visual de la información principal AOD-AE-PM10 y el análisis de cierta información complementaria. La metodología cuenta con la ventaja de que permite la clasificación de los días con intrusión de aerosol desértico en dos grupos, el “D” (Desert) que corresponde a aquellos con un fuerte carácter desértico, y el “MD” (Mixed Desert), en los que el aerosol desértico presenta mezcla, en mayor o menor medida, con otros tipos de aerosoles. Gracias a la evaluación de este inventario, se han podido establecer los ciclos anuales y la evolución temporal de la ocurrencia de días y episodios de intrusión desértica así como la contribución de éstos a los valores totales de la carga de aerosol en columna (AOD) y superficie (PM10). Los escenarios sinópticos que propician la llegada de dichas intrusiones también han sido analizados. En último lugar, y para caracterizar completamente las intrusiones desérticas en el área de estudio, se han analizado en detalle sus propiedades microfísicas y ópticas así como las relaciones entre ellas, mostrando que establecer distintos tipos de intervalos en función del peso de la fracción fina mejora la interpretación de las relaciones entre todas estas propiedades.