La meteorología de una atmósfera contaminada

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“Puro, Chile, es tu cielo azulado …”, ¿reconoces esta frase, verdad?. Es parte de nuestro himno nacional, sin embargo, en la época de otoño-invierno en algunos lugares del país no podemos entonarla tan fuerte como quisiéramos. Todos los años por estas fechas comenzamos a escuchar en los noticieros sobre heladas matinales, mala ventilación, aumento de las enfermedades respiratorias y restricción vehicular. El responsable son los denominados episodios críticos de contaminación. Pero, ¿cómo los podemos explicar desde un punto de vista meteorológico?.

Hablar de contaminación es hablar de un problema multidisciplinario que involucra emisiones, concentraciones, salud, planificación, etc. Además, existen distintos tipos de contaminación como la del suelo, acústica, hídrica, lumínica.  Siendo la contaminación ambiental la que más nos compete como meteorólogos.

Las condiciones geográficas y el desarrollo económico y demográfico que han tenido las principales ciudades de Chile, han propiciado además el desarrollo de eventos de contaminación del aire en nuestro país afectando principalmente la salud de las personas, lo que ha llevado a la promulgación de nuevas leyes que apuntan a disminuir el impacto de la contaminación del aire. 

Esquema de las principales fuentes contaminantes del aire en nuestro país que favorecen el desarrollo de episodios de contaminación y sus efectos.

El rol de la atmósfera en la contaminación

Cuando los contaminantes y aerosoles son emitidos a la atmósfera se mezclan con el aire, por lo que, para saber cuántos hay -flotando por allí- debemos medir su grado de concentración resultante. Cumpliéndose que, en un ambiente con buena dispersión los contaminantes no se concentran mucho a diferencia de un ambiente con poca dispersión.

La dispersión tiene relación con el factor de ventilación, que es la relación entre el viento y la altura de la capa de mezcla (es aquella capa superficial y turbulenta donde se transportan y dispersan los contaminantes). Por ejemplo, en un día en el que tenemos mucho viento, los contaminantes vuelan fácilmente, es decir, hay buena dispersión. Cosa contraria al caso de un día con poco viento. Este efecto es visible al mirar las chimeneas de las casas.

Las zonas que se ven bastante afectadas son los valles interiores de Chile, los cuales tienen una condición geográfica que conspira terriblemente contra el viento. La Cordillera de los Andes es una especie de muro gigante con alturas que superan fácilmente los 5.000 metros, a lo que hay que sumar la Cordillera de la costa que también actúa como un muro –aunque más bajo que el de Los Andes, con alturas de 1.200 metros-. 

Por otra parte, la capa de mezcla es la capa de la atmósfera más cercana al suelo. Es donde vivimos y donde desarrollamos buena parte de nuestras actividades. Se caracteriza por ser la capa más caótica y turbulenta de todas, es cosa de ver cómo vuela una bolsa plástica al viento, al más puro estilo de Una Belleza Americana, para darse cuenta que es una locura. Es justamente esa turbulencia la que juega un rol muy importante en términos de la contaminación.

La capa de mezcla tiene una altura típica de unos 1.000 metros, sin embargo, ésta es variable y depende en gran medida de la turbulencia. Uno puede mirar la turbulencia como esas corrientes de aire cálido que ascienden -llamadas termales- y que permiten a los planeadores surcar los cielos. A mayor energía (temperatura en la superficie) mayores serán las termales y mayor será la altura de la capa de mezcla. Por eso la capa de mezcla aumenta de altura a medida que calienta el Sol durante el día. El problema aparece cuando la capa de mezcla no logra crecer y los contaminantes se concentran cerca de la superficie. Esto ocurre durante el invierno, en el que hay menos energía del sol llegando a Chile central y también ocurre drásticamente durante las noches frías posteriores a la lluvia. En Santiago, por ejemplo, en invierno la capa de mezcla tiene una altura de unos 300 metros y por las noches frías no supera los 100 metros.

Es este crecimiento y decrecimiento de la capa de mezcla lo que provoca que la contaminación tenga un ciclo diario. Durante la mañana, nuestras actividades contaminantes comienzan antes de que esta capa logre crecer, porque el Sol ni ha salido y ya estamos tirando humo. Durante el día, si bien seguimos contaminando, la capa de mezcla crece gracias al calentamiento diurno y todo se dispersa con mayor facilidad, hasta que se esconde el Sol, en donde, las termales dejan de actuar, la capa baja su altura rápidamente y los contaminantes quedan confinados y se concentran en demasía. Por las noches, sin energía que la haga crecer, los contaminantes quedan sólo a merced del efecto del viento, que si es débil, deja un ambiente irrespirable.

Esquema comparativo de los procesos registrados durante un día sin episodio crítico de contaminación (imagen superior) y de uno con las condiciones para la generación de un episodio crítico (imagen inferior).

Un paréntesis para hablar de estabilidad

Un concepto meteorológico que sirve para cuantificar el grado de crecimiento de la capa de mezcla es la estabilidad. Una atmósfera estable será una atmósfera en que la temperatura aumenta con la altura y el crecimiento de la capa de mezcla se ve mermado. Pensemos en una noche de invierno en que el aire cerca del suelo se enfría mucho, mientras que el aire más arriba no se enfría tanto. Esa noche será una noche muy estable con una capa de mezcla muy baja.

Por otro lado, una atmósfera inestable será una en que la temperatura disminuye con la altura, como una tarde de verano. El aire cercano a la superficie se calienta mucho y el aire más arriba se calienta menos. Ese día, se generarán fuertes corrientes de aire caliente subiendo y la capa de mezcla crecerá mucho.

En un día estable el aire no sube con facilidad, mientras que en un día inestable el aire sí asciende con facilidad. Por eso en un día de lluvias uno dice que el ambiente está inestable, porque el aire sube, se enfría y forma nubes.

 

¿Por qué algunos días son peores que otros?

Hay ciertos días en que el ambiente se vuelve muy estable, el viento más débil y la capa de mezcla no crece, por lo tanto, el factor de ventilación se reduce dramáticamente. En estos días las concentraciones de contaminantes aumentan fuera de los límites aceptados y es necesario tomar medidas para reducirlos. A estos días los conocemos como episodios críticos.

Se han estudiado las condiciones de gran escala (la famosa escala sinóptica) que provocan estos días de mala ventilación y se han logrado identificar las configuraciones sinópticas que se asocian a condiciones de mala ventilación en la zona central del país.

Por ejemplo, las condiciones de ventilación mejoran considerablemente cuando tenemos el paso de sistemas frontales o sistemas asociados a lluvias, sin embargo, todo se complica cuando el frente ha pasado y el frío se apodera de los valles. Es común que en estos días una masa de aire frío cruce Chile hacia Argentina por el sur del país lo que favorece el viento del Este, los días despejados y más secos de lo normal, lo que a su vez lleva al nacimiento de una vieja conocida en la zona centro: la vaguada costera

La vaguada costera no es más que una pequeña baja presión que se forma en la costa y que se desplaza de norte a sur. Es conocida por ocasionar días nublados en la costa arruinando el viaje de fin de semana a la playa de muchos, sin embargo, su cara menos famosa está asociada con los episodios de contaminación.

Cuando hay una vaguada costera, los vientos del Este (de cordillera a mar) se intensifican dando paso al conocido viento Raco o Puelche. Este viento cálido provoca que sobre los valles centrales el aire descienda sobre la capa de mezcla haciendo que a esta se le haga más difícil crecer. Esta condición es muy estable y por lo tanto es el peor de los escenarios para las contaminadas ciudades de los valles centrales.

Patrón sinóptico típico durante un episodio crítico de contaminación del aire en los valles centrales de Chile. (1) Alta presión con temperaturas bajas. (2) Baja presión costera ubicada al norte de los valles centrales, de tal manera que el sector sur de la baja quede sobre los valles. (3) Viento del Este que ayuda al descenso de la altura de capa de mezcla. (4) Viento intenso en el borde costero. (5) Viento del Noroeste en el sector norte de la baja presión que aporta al ingreso de nubosidad al continente.

 

La comprensión de los fenómenos meteorológicos que ocurren a una escala muy pequeña y que modulan el factor de ventilación es fundamental para un buen entendimiento del problema de la contaminación y la mejor predicción de los eventos críticos en las ciudades de Chile, para de esta forma, aportar en la prevención y manejo de estos episodios.

 

Escrito por: Juan Crespo y Diego Campos. Editado por: Ricardo Vásquez. Periodista: Paz Galindo.

 

Referencias

“Contaminación Atmosférica Urbana” (pp 121-209) , Santiago, Chile, Editorial Universitaria y Centro de Química Ambiental, Facultad de Ciencias, Universidad de Chile, ISBN: 956-11-1835-1.

Juan Crespo

Meteorólogo perteneciente a la oficina de Servicios Climatológicos de la Dirección Meteorológica de Chile.

2 Responses

  1. Ricardo Abarca H. dijo:

    Muy buen artículo. Contingente con el inicio de los episodios de contaminación atmosférica típicos de muchas ciudades chilenas, en la temporada invernal.

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