La zona metropolitana del Valle de México, ZMVM, es la metrópoli más grande y poblada del país, así como una de las más grandes del mundo. Debido a la cantidad de personas que habitan en el área es de gran importancia estudiar las condiciones ambientales que influyen en la conectividad de las masas de aire de la región y cómo los patrones de movimiento de los vientos pueden influir en el transporte y dispersión de  gases o partículas durante periodos de tiempo determinados, por lo que este trabajo se enfocó en determinar de qué zonas provienen las masas de aire con mayor probabilidad de llegar a la Ciudad de México, CDMX, en tres puntos de interés representados por las coordenadas de ubicación de las estaciones de monitoreo atmosférico de Centro de Ciencias de la Atmósfera (CCA) ubicada al sur de la metrópoli;   Merced (MER) ubicada al centro y VIF, al norte la ZMVM y de la red de monitoreo atmosférico.  

El caso de estudio utiliza datos correspondientes a los los meses de febrero a mayo de 2019 y se utilizan distintos períodos de anticipación para determinar qué zonas tienen mayor probabilidad de aportar masas de aire con llegada a los puntos de interés y cuál es el tiempo que les toma llegar.

Para el desarrollo se implementó un modelo lagrangiano de dispersión de partículas inertes considerando la componente zonal y meridional de los vientos provenientes de las salidas del pronóstico WRF-UNAM, utilizando un esquema de solución de ecuaciones diferenciales ordinarias con el método de Runge-Kutta de 2° orden para un paso de tiempo de 360 segundos, estimando trayectorias hacia atrás en el tiempo; las simulaciones se llevaron a cabo para determinar la posición y concentración de las parcelas a diferentes pasos de tiempo utilizando los campos de viento a diferentes alturas dentro de la capa límite.

Se encontró que en niveles cercanos a los sitios de referencia; las parcelas de aire provienen principalmente de lugares dentro de la cuenca de la ZMVM y de municipios colindantes, principalmente de Morelos para la estación de CCA y el Estado de México para MER y VIF con vientos cercanos a la superficie, sin embargo, a medida que se analizaron los movimientos de las parcelas de aire de niveles correspondientes a mayor elevación vertical respecto a la superficie en el modelo se encontró que estados alejados del Valle de México como Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Michoacán, Puebla y Veracruz presentan un importante y recurrente aporte de parcelas  de aire en los cuatro meses estudiados en todas las estaciones.

La dirección predominante del origen de las masas de aire que llegan a las ubicaciones de interés presentan cambios importantes dependiendo de la hora del día, de igual manera existen cambios entre los meses estudiados siendo febrero y marzo los que presentan similitudes con dirección noreste dominante para los niveles del modelo más cercanos a la topografía mientras que dirección suroeste predominante a partir de 1000 metros de altura en las tres ubicaciones estudiadas.

En general, para la temporada analizada se puede destacar que los vientos predominantes que arriban a las diferentes estaciones analizadas son del sur por la madrugada y en las primeras horas de la mañana; cerca del mediodía tienen mayor presencia las masas de aire provenientes del noroeste para las estaciones de CCA y MER, mientras que para VIF del noreste; entre las 13:00 y 17:00 horas las los vientos presentan poco movimiento y las masas de aire son más bien locales, mientras que a partir de medianoche reinician nuevamente los vientos con origen en el sur. 

OBJETIVO

Identificar las zonas con mayor probabilidad de aportar parcelas de aire a la Ciudad de México e identificar los tiempos que tardan en llegar a la zona, mediante la aplicación de un modelo de retrotrayectorias.

ESTACIONES

Para el análisis del comportamiento de las masas de aire se eligieron tres estaciones de monitoreo atmosférico dentro de la ZMVM.

Tabla 1. Coordenadas de ubicación de las estaciones utilizadas para el análisis

Figura 1. Ubicación de las estaciones utilizadas en el estudio, CCA-Sur, MER-Centro, VIF-Norte

RESULTADOS

En relación al analisis de masas de intercambio de aire las simulaciones realizadas nos permiten identificar las zonas con mayor probabilidad de aporte de masas de aire en diferentes intervalos de tiempo. Si bien se habla de concentraciones es importante tener presente que estas concentraciones no corresponden a una partícula específica, sino más bien a las zonas cuyos vientos y por tanto emisiones arriben a las estaciones de llegada en los diferentes tiempos de recorrido.

Para una hora de anticipación tenemos que las masas de aire que llegan a la estación CCA provienen principalmente de las alcaldías de Coyoacán, Juárez, Magdalena Contreras y Tlalpan. Para la estación MER de las alcaldías de Iztacalco, Cuauhtémoc y Madero; finalmente para la estación VIF hay presencia de masas de aire provenientes únicamente del estado de México y del estado de Hidalgo.  

Para 2, 3 y 4 horas de anticipación; las estaciones MER y CCA presentan una bifurcación  en la dirección de las masas de aire dominantes, siendo de los municipios del sur del Estado de México y del norte de Morelos los que presentan mayor aporte, es decir, suroeste y noroeste a partir de la CDMX. Por su parte la estación VIF sigue presentando registro de vientos provenientes del estado de Hidalgo y Edo. Mex. siendo el noreste la dirección predominante.

A partir de 6 horas de recorrido previo, es muy clara la presencia de vientos de los estados de Hidalgo y Morelos para las tres estaciones, teniendo CCA y MER mayores concentraciones para el estado de Morelos que VIF y por el contrario, VIF presenta sus máximos para el estado de Hidalgo y los mínimos en el estado de Morelos.

Con respecto a los resultados por mes a diferentes intervalos de tiempo se puede visualizar el máximo alcance espacial al que llegan las partículas durante todos los intervalos de tiempo, también se muestra una disminución en la concentración de partículas por km2, haciendo notar que mientras más atrás se integra en tiempo, menor es la concentración máxima por área cubierta.

Cuando se trata de 24 horas atrás, la probabilidad de que las partículas provengan dentro de la Ciudad de México es baja, sin embargo; la mayor concentración se encuentra al sur-oeste del estado de Morelos y las concentraciones medias a bajas se distribuyen dentro del oeste del mismo estado, asimismo alrededor del este del estado de Hidalgo, esto siendo general para las tres ubicaciones de liberación de partículas.

A medida que se analizaron los niveles correspondientes a mayor elevación vertical respecto a la topografía en el modelo se encontró que estados alejados del Valle de México como Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Michoacán, Puebla y Veracruz presentan un importante y recurrente aporte de masas de aire en los cuatro meses estudiados. También se encontró que a mayor altura en la atmósfera los vientos provenientes del sur, es decir, del estado de Morelos empiezan a ser mucho más recurrentes para las tres estaciones. Con los resultados encontrados podemos concluir que dependiendo la ubicación de monitoreo que se seleccione para el estudio del origen de los vientos la dirección predominante de origen cambia, sin embargo, tanto en norte, centro y sur se encuentra presencia de masas de aire tanto de estados que se encuentran al norte de la ZMVM como del sur.

Con respecto al analisis diurno realizado, se observa que una disminución del área de alcance de fuentes potenciales de ubicaciones de las partículas para las horas con radiación solar, de 6:00 a 20:00. También se muestra un cambio en la dirección de las partículas cambiando de noroeste a noreste a lo largo de las horas con luz para las tres estaciones. 

En general para la temporada analizada se puede destacar que los vientos predominantes que arriban a Ciudad Universitaria son dominantes del sur por la madrugada y primeras horas de la mañana, cerca del mediodía tienen mayor presencia las masas de aire provenientes del noroeste, entre las 13:00 y 17:00 horas existe una clara presencia de las direcciones provenientes del norte mientras que a partir de las 18 horas es del noreste. 

Para las estaciones MER y VIF las variaciones de dirección de origen son sobre todo entre  el sureste y noreste. Permaneciendo constantes y con altas concentraciones en las horas luz sobre todo entre 9:00 y 17:00 horas.

Puedes consultar el informe completo en el siguiente enlace: PDF