Diseñando una Red de Monitoreo de la Calidad del Aire para Zonas Urbanas

STI-908078.03-3596

Elaborada por:Joey V. Landreneau, Hilary R. Hafner,

Paul T. Roberts, Alison E. Ray Sonoma Technology, Inc.

Petaluma, California

Para el:Curso Regional sobre Aseguramiento de la Calidad de las

Mediciones de Inmisiones y Emisiones de Contaminantes de AireUniversidad Nacional, Costa Rica

30 Marzo – 03 Abril 2009

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Objetivo y Metas

• ObjetivoPresentar una perspectiva general del diseño de redes de monitoreo de la calidad del aire.

• Temas– Objetivos del Monitoreo– Escala del Monitoreo– Características de la Red– Criterios de Ubicación– Contaminantes y Metadatos

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Objetivos Típicos de una Red de Monitoreo (1 de 2)

• Evaluar la exposición de la población.• Determinar el cumplimiento o bien los avances logrados

hacia el cumplimiento con las normas para la calidad del aire ambiental.

• Activar procedimientos para el control de emergencias que previenen o mitigan los episodios de contaminación atmosférica (p.ej., avisos públicos, pronósticos, AQI).

• Observar las tendencias de contaminación en la región.

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Objetivos Típicos de una Red de Monitoreo (2 de 2)

• Proporcionar datos para la investigación y evaluación (p.ej., modelos de la calidad del aire, inventarios de emisiones, efectos sobre la salud).

• Rastrear fuentes específicas (p.ej., cerca de una carretera, fuentes puntuales).

• Caracterizar las concentraciones transportadas o de fondo.

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Otras Consideraciones

• Determinar las concentraciones representativas en zonas de alta densidad poblacional.

• Determinar las concentraciones más altas que se esperen detectar en el área cubierta por la red.

• ¿Colocar monitores en cada jurisdicción?

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Escalas de Monitoreo

La escala de monitoreo se refiere al área cubierta o representada por los datos capturados en el sitio (se puede variar según el contaminante objeto del monitoreo).Ubicación Conjunta de Equipos 1 a 10 mMicro-Escala (cerca de la fuente) 10 a 100 mEscala Media (gradientes referentes a fuentes como una carretera)

100 a 500 m

Escala Vecindario 500 m a 4 kmEscala Urbana 4 a 100 kmEscala Regional 100 a 1000 km

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Objetivos del Monitoreo a Escala Vecindario y Escala Urbana

• Evaluar la exposición de la población.

• Determinar el cumplimiento con las normas de calidad del aire.

• Capturar datos para pronosticar la calidad del aire y para emitir avisos.

• Evaluar la relación entre fuente y receptor.

• Evaluar los efectos a la salud y los efectos radiativos y ecológicos.

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Ejemplo Ubicación Diferente según la Población Meta

Densidad Poblacional Total Población Sensible: Niños Menores de 5 Años

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Características de una Red Urbana y/o una Red de Monitoreo para la Salud

• Muestreo continuo durante varios años.• Area representativa a escala urbana cerca de

poblaciones expuestas.• Frecuencia de muestreo horaria y/o diaria y

períodos promediados.• Mide concentraciones de partículas por tamaño

y composición.• Monitorea gases contaminantes y factores

meteorológicos, ya que ambos parámetros contribuyen a los niveles de PM y afectan a la salud.

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Características Adicionales de una Red

Para cumplir con los objetivos de monitoreo a escala urbana, una red regional también debe:

• Representar las condiciones de fondo urbanas.

• Representar las condiciones de transporte viento abajo (la influencia del área urbana).

• Operar durante varios años sin interrupciones.

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Características de las Escalas Espaciales en Relación con el Material Particulado (1 de 3)

• Micro-Escala– Areas donde la población puede estar expuesta a las concentraciones PM

máximas (p.ej., calles encerradas por edificios altos, corredores de tránsito vehicular, puntos de monitoreo cerca de fuentes fijas).

• Escala Media– La mayor parte de la exposición pública de corta duración es a escala

media o escala vecindario.– Las personas que transitan por un centro urbano o que viven cerca de

una carretera principal o una fuente fija pueden ser expuestas a la contaminación PM que caracteriza la escala media.

• Escala Vecindario– Se refiere tanto a concentraciones PM como al uso del suelo.– Subregiones urbanas relativamente homogéneas de varios kilómetros

de extensión y de forma más regular que la escala media.– Características superficiales homogéneas.

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Características de las Escalas Espaciales en Relación con el Material Particulado (2 de 3)

• Escala Urbana– Utilizada para caracterizar la concentración PM en toda una área

metropolitana o rural con una extensión de 4 a 50 km.

– Es útil para evaluar tendencias y la eficacia de las estrategiasde control.

• Escala Regional– Utilizada para caracterizar las condiciones en áreas cuya extensión

puede abarcar cientos de kilómetros.

– Se aplica más en áreas escasamente pobladas.

– Proporciona información sobre los procesos PM a escala mayor.

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Características de las Escalas Espaciales en Relación con el Material Particulado (3 of 3)

Retiro de Muestreadores de PM10 y PM2.5 desde el Primer Carril de Tránsito (m)Trán

sito

Dia

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de

las

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x 10

3

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Consideraciones de Ubicación

Para toda escala de monitoreo hay que tomar en cuenta:

• La influencia de fuentes cercanas de emisiones.• La densidad poblacional.• El relieve del terreno.• Los patrones meteorológicos.• Las mediciones existentes de los parámetros de

calidad del aire y los parámetros meteorológicos.

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Consideraciones de Ubicación – Escala Vecindario o Mayor

• Amplia exposición. Mínima presencia de barreras cercanas y superficies que acumulan partículas.

• Ausencia de fuentes cercanas. El equipo de monitoreo debe quedar fuera de la zona de influencia de fuentes específicas.

• Mediciones con equipos complementarios. La ubicación de equipos complementarios para medir otros parámetros relacionados con la calidad del aire y factores meteorológicos puede ayudar con la interpretación de niveles PM altos o variantes.

• Disponibilidad del Sitio a Largo Plazo. Suficiente espacio de operación, accesibilidad, seguridad, fuente(s) de poder y control del ambiente.

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Logística de Ubicación

Un sitio para monitorear el aire ambiental debe:• Ser accesible con vehículo sin importar las condiciones

climatológicas.• Ser ubicado en un lugar seguro sobre terreno plano y

rodeado de vegetación natural o áreas enzacatadas.• Tener acceso al servicio público de electricidad y

telemetría de alta velocidad.• Tener espacio suficiente para una plataforma que

acomode a los equipos muestreadores complementarios.• Ser plano o con pendiente no superior a los 20 grados.

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Criterios para la Ubicación de la Toma de Aire

La toma de aire para el muestreo debe:• Estar ubicada a un mínimo de 20 metros de cualquier árbol.• Estar retirada de cualquier obstáculo a una distancia equivalente

a dos veces la altura del obstáculo.• Tener un radio mínimo de dos metros completamente libre de

cualquier estructura de soporte horizontal.• Permitir el flujo irrestricto de aire dentro de un arco de 270

alrededor de la toma.

h

L > 2h

Vientos Predominantes

270º

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Contaminantes y Metadatos

• Ubicar un monitor de meteorología superficial junto al equipo muestreador.

• Ubicar juntos los equipos de filtración y medición continua.

• Documentar la descripción del sitio, fotografías, etc.

• Incluir otras mediciones complementarias según el objetivo (p.ej., conteo vehicular para un sitio cerca de una carretera).

• Considerar el monitoreo de múltiples contaminantes.

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Informes Anuales para cada Sitio

Los informes anuales deben documentar:• El historial de monitoreo (indicar la fecha de instalación,

los contaminantes medidos, los tipos de instrumentos, los períodos de muestreo, etc.).

• La suficiencia de los datos capturados.

• Un resumen anual de las estadísticas.

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Resumen del Diseño de una Red

• Determinar los objetivos principales del monitoreo.

• Identificar la escala de monitoreo adecuada.

• Observar los criterios de ubicación.

• Ubicar juntos los equipos de medición complementarios.

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Enlaces de Referencia

• Lineamientos de la EPA: “Guidance for Network Design and Optimum Site Exposure for PM2.5 and PM10” (EPA-454/R-99-022)

• Datos sobre la Calidad del Aire publicados por la EPAhttp://www.epa.gov/air/data

• Aspectos técnicos del Programa AIRNow de la EPAhttp://www.airnowtech.org

• Sistemas de información geográfica (GIS) http://www.esri.comhttp://www.mapinfo.comhttp://usa.autodesk.com

• Software para aplicaciones estadísticas y bases de datoshttp://www.systat.comhttp://www.goldensoftware.com/products/grapher/graph.shtmlhttp://www.sas.com/software

• Nota: Todos los sitios de referencia están en inglés.

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Fuentes BibliográficasCimorelli A.J., Chow A.H., Stahl C.H., Lohman D., Ammentorp E., Knapp R., y Erdman T. (2003).

Region III Ozone Network Reassessment (Reevaluación de la Red de Ozono de la Región III). Presentado por la EPA en el Taller sobre Aseguramiento de Calidad del Aire y Monitoreo (Región III) en Philadelphia, Pennsylvania, 9-11 de septiembre del 2005. Disponible en: http://www.epa.gov/ttn/amtic/files/ambient/pm25/workshop/atlanta/r3netas.pdf (accesado el 9 de septiembre del 2005).

Hafner H.R., Penfold B.M., y Brown S.G. (2005). Using Spatial Analysis Techniques to Select Monitoring Locations (Técnicas de Análisis Espacial para la Selección de Sitios de Monitoreo) . Presentado en la Conferencia Nacional de la EPA sobre la Calidad del Aire: Calidad del Aire Significa Calidad de Vida, San Francisco, California, 12-13 de febrero del 2005 (STI-2645).

Knoderer C.A. y Raffuse S.M. (2004). CRPAQS Surface and Aloft Meteorological Representativeness Representatividad Meteorológica Superficial y Aérea). Estudio Regional de la Calidad del Aire en California – PM10/PM2.5, Tarea 1.3 del Análisis de Datos. Página web elaborada por Sonoma Technology, Inc. (Petaluma, CA) para la Comisión de Recursos Atmosféricos de California. Disponible en: http://www.sonomatechdata.com/crpaqsmetrep/ (STI-902324-2786).

Schmidt M. (2001). Monitoring Strategy: National Analysis (Estrategia de Monitoreo: Análisis Nacional). Presentado por la EPA en el Taller de Estrategias de Monitoreo, Research Triangle Park, NC, octubre del 2001.Disponible en: http://www.epa.gov/ttn/amtic/netamap.html.

Watson, J.G., Chow, J.C., DuBois, D.W., Green, M.C., Frank, N.H., y Pitchford, M.L. (1997). Guidance for Network Design and Optimal Site Exposure for PM2.5 and PM10 (Lineamientos para el Diseño de Redes y la Exposición Optima del Sitio para PM2.5 and PM10). Informe No. EPA-454/R-99-022. U.S. Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, NC. http://www.epa.gov/ttn/amtic/pmstg.html.