Patrones de concentración de carbono negro y principales fuentes de emisión en Ciudad Juárez, Chihuahua
Patterns of black carbon concentration and determination of its main emission sources in Ciudad Juarez, Chihuahua, Mexico
Resumen
El carbono negro (CN) es un contaminante atmosférico producido de forma natural y como resultado de la combustión incompleta de combustibles fósiles, biocombustibles y biomasa. La región Paso del Norte (México-Estados Unidos) no cuenta con monitoreo continuo de CN, aun cuando México tiene la meta internacional de reducir sus emisiones en 51% para el 2030. El objetivo este estudio fue evaluar el patrón de comportamiento del CN y su correlación con óxido de nitrógeno (NOx) y carbono (CO) por su asociación a emisiones vehiculares a diésel. El monitoreo fue de octubre de 2018 a marzo de 2019 por ser los meses del año más fríos y de mayor estabilidad atmosférica en la región. Las concentraciones de CN, todos los contaminantes criterio y la meteorología se determinaron mediante etalómetro, analizadores Teledyne y estación meteorológica Campbell Scientific en la estación de referencia científica IIT-01 en Ciudad Juárez, Chihuahua, México. La correlación de Spearman arrojó una CO y NOx de R=0.735 y entre CO y CN de R=0.704. Los resultados apoyan la relación significativa entre CN y NOx de R=0.794. Los resultados apoyan la posibilidad de que la fuente del CN está asociada al tráfico vehicular y a su patrón típico de comportamiento. Además de que la correlación significativa entre el CO y CN permitirá realizar estimaciones sobre el comportamiento del CN en base a las concentraciones de CO registradas por otras estaciones.
Citas
Baca-Santini, C. E. y Vázquez-Galvez, F.A. (2015). Estudio comparativo de la influencia de las zonas arboladas urbanas en la calidad del aire de Ciudad Juárez, Chihuahua, México. Tecnociencia Chihuahua 9(3):171-179.
Blackman, A., Shih, J. S., Evans, D., Batz, M., Newbold, S. y Cook, J. (2006). The benefits and costs of informal sector pollution control: Mexican brick kilns. Environment and Development Economics 11(5):603–627. http://doi.org/10.1017/S1355770X06003159
Bond, T. C., Doherty, S. J., Fahey, D. W., Forster, P. M., Berntsen, T., DeAngelo, B. J.,Flanner, M. G., Ghan, S., Karcher, B., Koch, D., Kondo, Y., Quinn, P. K., Sarofim, M. C., Schultz, M., Venkataraman, C., Zhang, H., Zhang, S., Bellouin, N., Guttikunda, S. K., Hopke, P. K., Jacobson, M. Z., Kaiser, J. W., Klimont, Z., Lohmann, U., Schwarz, J. P., Shindell, J. D., Storelvmo, T. y Warren, S. G., Zender, C. S. (2013). Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 118(11):5380-5552. http://doi.org/10.1002/jgrd.50171
Cape, J. N., Coyle, M. y Dumitrean, P. (2012). The atmospheric lifetime of black carbon. Atmospheric Environment 59:256–263. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.05.030
Carslaw, D. C. y Ropkins, K. (2012). Openair — An R package for air quality data analysis. Environmental Modelling and Software 27(28):52–61. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2011.09.008
Centro Mario Molina (CMM). (2006). Medición de emisiones vehiculares en Ciudad Juárez Chihuahua. https://bit.ly/3traptg
Chand, M., Kumar, V., Kumar, R., Umer, S., Chakrawarthy, E. y Acharya, P. (2018). Urban Climate Seasonal characteristics of black carbon aerosol mass concentrations and influence of meteorology, New Delhi (India). Urban Climate 24:968–981. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2017.12.002
Diario Oficial de la Federación (DOF). (1994). Norma Oficial Mexicana NOM-021-SSA-1994, Salud ambiental. Criterio para evaluar la calidad del aire, monóxido de carbono (CO), Valor permisible para la concentración de monóxido de carbono en el ambiente, como medida de protección a la salud de la población. https://bit.ly/3NXAaZQ
Diario Oficial de la Federación (DOF). (2014). Norma Oficial Mexicana NO-025-SSA1-2014, Salud ambiental. Valores límites permisibles para la concentración de partículas suspendidas PM10 y PM2.5 en el aire ambiente y criterios para su evaluación. https://bit.ly/3zrodrj
Díaz Hernández, C.G. (2016). Estudio del Carbono Negro (Black Carbon) contenido en partículas suspendidas en ambientes urbanos (tesis de posgrado), Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. México. http://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1004/2244
Dumka, U. C., Kaskaoutis, D. G., Tiwari, S., Safai, P. D., Attri, S. D., Soni, V. K., Singh, N.y Mihalopoulos, N. (2018). Assessment of biomass burning and fossil fuel contribution toblack carbon concentrations in Delhi during winter. Atmospheric Environment 194:93–109. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.09.033
Gramsch, E., Catalán, L., Ormeño, I. y Palma G. (2000). Traffic and seasonal dependence of the light absorption coefficient in Santiago de Chile. Applied Optics, 39(27):4895–901. http://doi.org/10.1364/AO.39.004895
Grundström, M., Hak, C., Chen, D., Hallquist, M. y Pleijel, H. (2015). Variation and co-variation of PM10, particle number concentration, NOx and NO2 in the urban air -Relationships with wind speed, vertical temperature gradient and weather type. Atmospheric Environment 120(2):317-327. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2015.08.057
Hussain, S. N., Rao, T. C., Balakrishnaiah, G., Rama, G. K., Reddy, K. R. O., Reddy, N. S.K., Reddy, T. L., Kumari, S. P., Reddy, P. E. y Reddy, R. R. (2018). Investigation of black carbon aerosols and their characteristics over tropical urban and semi-arid rural environments in peninsular India. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 167:48–57. http://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.10.010
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). 2014. Climate change 2014. Synthesis report. Versión inglés. Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 169 p. https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/
Ježek, I., Blond, N., Skupinski, G. y Močnik, G. (2018). The traffic emission-dispersion model for a Central-European city agrees with measured black carbon apportioned to traffic. Atmospheric Environment 184:177–190. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.04.028
Jones, A. M., Harrison, R. M. y Baker, J. (2010). The wind speed dependence of the concentrations of airborne particulate matter and NOx. Atmospheric Environment 44(13):1682–1690. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2010.01.007
Kalluri, R. O. R., Gugamsetty, B., Kotalo, R. G., Nagireddy, S. K. R., Rao, C. R., Tandule, L. R., Thotli, L., Shaik, N. H., Maraka, V. R., Rajuru, R. R. y Nair, S.B.S. (2017). Seasonal variation of near surface black carbon and satellite derived vertical distribution of aerosols over semi-aridstation in India. Atmospheric Research 184:77–87. http://doi.org/10.1016/j.atmosres.2016.09.003
Kelly, K., Wagner, D., Lighty, J., Núñez, M. Q., Vazquez, F. A., Collins, K. y Barud-Zubillaga, A. (2006). Black carbon and polycyclic aromatic hydrocarbon emissions from vehicles in the United States-Mexico border region: pilot study. Journal of the Air and Waste Management Association 56(3):285–293. http://doi.org/10.1080/10473289.2006.10464465
Krecl, P., Johansson, C., Targino, A. C., Ström, J. y Burman. L. (2017). Trends in black carbon and size-resolved particle number concentrations and vehicle emission factors under real-world conditions. Atmospheric Environment165:155–168. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2017.06.036
Kotu, V. y Bala, D. (2019.) Chapter 3 - Data Exploration. En Data Science: Concepts and Practice (pp. 39–64). Morgan Kaufmann.
Kutzner, R. D., von Schneidemesser, E., Kuik, F., Quedenau, J., Weatherhead, E. C. y Schmale, J. (2018). Long-term monitoring of black carbon across Germany. Atmospheric Environment 185:41–52. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.04.039
Lim, S., Faïn, X., Zanatta, M., Cozic, J., Jaffrezo, J., Ginot, P. y Laj. P. (2014). Refractory black carbon mass concentrations in snow and ice: method evaluation and inter-comparison with elemental carbon measurement. Atmospheric Measurement Techniques 7(10):3307–3324. http://doi.org/10.5194/amt-7-3307-2014
Long, C. M., Nascarella, M. A. y Valberg, P.A. (2013). Carbon black vs. black carbon and other airborne materials containing elemental carbon: Physical and chemical distinctions. Environmental Pollution 181:271–286. http://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.06.009
Magee Scientific. (2018). Operation Manual Black Carbon Photometer. https://twobtech.com/docs/manuals/model_BCP_revA-2.pdf
Molina, L. T. (2010). Policy Case Study: Ciudad Juarez Brick-makers’ Project (tesis de posgrado), University of London.
Molina, M., Zaelke, D., Sarma, K. M., Andersen, S. O., Ramanathan, V. y Kaniaru, D. (2009). Reducing abrupt climate change risk using the Montreal Protocol and other regulatory actions to complement cuts in CO2 emissions. Proceedings of the National Academy of Sciences 106(49):20616–20621. https://doi.org/10.1073/pnas.0902568106
Novakov, T. y Hansen. J.E. (2004). Black carbon emissions in the United Kingdom during the past four decades: an empirical analysis. Atmospheric Environment 38 (25): 4155–4163. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.04.031
Pepelko, W., y Ris, C. (1992). Update on U.S. Environmental Protection Agency Activities in the Assessment of Mobile Sources Air Toxics. En Toxic Air Pollutants from MobileSources: Emissions and Health Effects (pp. 193–200). Pitsburg: Air and Waste Management Association.
Peralta, O., Ortínez-Alvarez, A., Basaldud, R., Santiago, N., Alvarez-Ospina, H., De la Cruz, K., Barrera, V., Espinosa, M. L., Saavedra, I., Castro, T., Martínez-Arroyo, A., Páramo, V. H., Ruíz-Suárez, L. G., Vázquez-Gálvez, F. A. y Gavilán, A. (2019). Atmospheric blackcarbon concentrations in Mexico. Atmospheric Research 230: 104626. http://doi.org/10.1016/j.atmosres.2019.104626
Raju, M. P., Safai, P., Rao, P. S. P., Devara, P. C. S. y Budhavant, K.B. (2011). Seasonal characteristics of black carbon aerosols over a high altitude station in Southwest India. Atmospheric Research 100(1):103–110. http://doi.org/10.1016/j.atmosres.2011.01.006
Ramos-Herrera, S., Bautista-Margulis, R. y Valdez-Manzanilla, A. (2010). Estudio estadístico de la correlación entre contaminantes atmosféricos y variables meteorológicas en la zona nortes de Chiapas, México. Universidad y Ciencia, Trópico Húmedo 26(1):65-80. https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=15416251005
Resquin, M. D., Santágata, D., Gallardo, L., Gómez, D., Rössler, C. y Dawidowski, L. (2018). Local and remote black carbon sources in the Metropolitan Area of Buenos Aires. Atmospheric Environment 182:105–114. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.03.018
Restrepo, L. F., González, J. (2007). De Pearson a Spearman, Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias 20(2): 183-192. https://revistas.udea.edu.co/index.php/rccp/article/view/324135
Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT). 2015. Intended Nationally Determinded Contribution: Mexico. Ciudad de México. 21 p. https://bit.ly/3xzxV9Y
Secretaría de Salubridad y Asistencia (SSA) (1994). Norma Oficial Mexicana NOM-023.SSA1-1993. salud ambiental. Criterio para evaluar la calidad del aire ambiente, con respecto al bióxido de nitrógeno (NO2). Valor normado para la concentración de bióxido de nitrógeno (NO2) en el aire ambiente, como medida de protección a la salud de la población. http://www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/023ssa13.html
Sharma, M. C., Pandey, V. K., Kumar, R., Latief, S. U., Chakrawarthy, E. y Acharya, P. (2018). Seasonal characteristics of black carbon aerosol mass concentrations and influence of meteorology, New Delhi (India). Urban Climate 24: 968-981. http://doi.org/10.1016/j.uclim.2017.12.002
Singh, V., Ravindra, K., Sahu, L. y Sokhi, R. (2018). Trends of atmospheric black carbonconcentration over United Kingdom. Atmospheric Environment 178:148–157. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.01.030
Subramanian, R., Kok, G. L., Baumgardner, D., Clarke, A., Shinozuka, Y., Campos, T. L., Heizer, C. G., Stephens, B. B., de Foy, B., Voss, P. B. y Zaveri, R. A. (2010). Black carbon over Mexico: the effect of atmospheric transport on mixing state, mass absorption cross- section, and BC/CO ratios. Atmospheric Chemistry and Physics 10(1):219–237. https://doi.org/10.5194/acp-10-219-2010
TELEDYNE API. (2018). Operation Manual Model T300/T300M Carbon Monoxide Analyzer. http://www.teledyne-ml.com/support_/hardware/Documents/T300_M.pdf
TELEDYNE API. (2020). Model T200. http://www.teledyne-api.com/products/nitrogen-compound-instrument/t200
Valenzuela, A., Arola, A., Antón, M., Quirantes, A. y Alados-arboledas, L. (2017). Black carbon radiative forcing derived from AERONET measurements and models over an urban location in the southeastern Iberian Peninsula. Atmospheric Research 191:44–56. http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2017.03.007
Vanderstraeten, P., Forton, M., Brasseur, O. y Offer, Z. Y. (2011). Black Carbon Instead of Particle Mass Concentration as an Indicator for the Traffic Related Particles in the Brussels Capital Region. Journal of Environmental Protection 2(5): 525–532. http://doi.org/10.4236/jep.2011.25060
Young, H. D. (1962). Statistical Treatment of Experimental Data. McGraw-Hill Company, New York. https://doi.org/10.1002/bimj.19650070123
Derechos de autor 2020 TECNOCIENCIA Chihuahua
Esta obra está bajo licencia internacional Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0.
