efecto de los incendios forestales sobre la calidad...
Post on 23-Jun-2020
15 Views
Preview:
TRANSCRIPT
EFECTO DE LOS INCENDIOS FORESTALES SOBRE LA CALIDAD
DEL AIRE EN DOS CIUDADES COLOMBIANAS
Lina María Chacón Rivera
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Bogotá D.C., Colombia
2015
Efecto de los Incendios forestales sobre la calidad del aire en dos
ciudades colombianas
Lina María Chacón Rivera
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Ingeniería Ambiental
Director:
Ph.D., Luis Carlos Belalcázar C.
Línea de Investigación:
Ingeniería ambiental- calidad del aire
Grupo de Investigación:
Calidad del aire
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Bogotá D.C., Colombia
2015
A Dios por hacerlo todo perfecto en nuestra
existencia, a mi Madre porque me ha acompañado
durante toda mi vida, a mi esposo por ser mi pilar en
todos los momentos difíciles y a mis hijos que con su
sonrisa se constituyen en una razón más para hacer
todos los días lo que hago.
Agradecimientos
Debo agradecer de forma especial al Profesor Luis Carlos Belalcázar director de este
trabajo de grado, pues gracias a él y a su paciencia y asesoría logré culminar este
proyecto, sus conocimientos y apoyo incondicional fueron muy importantes para culminar
con éxito esta etapa.
A mis amigos de maestría Msc. Luis Elkin Guzmán, Msc. Jennifer Pedraza y Msc. Oscar
Guerrero de quienes aprendí muchas experiencias y conocimientos.
De forma especial quiero a gradecer a: la Secretaria Distrital de Ambiente SDA por
brindarnos las bases de datos de calidad del aire para Bogotá, Al laboratorio Calaire de la
Universidad Nacional de Medellín quien administra los datos de la red de calidad del aire
del Valle de Aburrá y que me facilitó los datos de la red de Medellín para los períodos de
estudio.
Finalmente al profesor del Departamento de Ingeniería química y ambiental de la
Universidad Nacional de Colombia Ph.D. Néstor Yesid Rojas quien hizo la gestión y nos
facilitó también los datos de la red de monitoreo de la Corporación Autónoma Regional
para la defensa de la meseta de Bucaramanga – CDMB.
VIII Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
Resumen y Abstract IX
Resumen
Los incendios forestales son una fuente importante de gases de efecto invernadero,
afectan los ecosistemas y emiten grandes cantidades de contaminantes que pueden
afectar la calidad del aire urbano. En los últimos años se ha observado una gran
cantidad de incendios forestales que se presentan en la época de verano (noviembre a
abril) en el Norte de Sur América (NSA) y en particular en la Orinoquia colombo-
venezolana. A la fecha, el impacto de estos incendios forestales en la calidad del aire
urbano no ha sido evaluado. Por tanto, el objetivo de este estudio es evaluar el impacto
de los incendios forestales que ocurren en el Norte de Sur América en la calidad del aire
de tres ciudades colombianas.
Para este estudio se utilizaron los datos de calidad del aire registrados por las redes de
calidad del aire instaladas en Bogotá, Medellín y Bucaramanga. Se utilizaron los datos
promedio diarios de PM10, PM2.5 y CO registrados en estas ciudades desde el año
2002 hasta el 2013. De igual modo, se utilizaron los datos de incendios forestales
registrados diariamente por MODIS (NASA) en el mismo periodo, y los datos de
precipitación diaria acumulada disponibles en TRIM (NASA). Con esta información se
analizaron las tendencias del número diario de incendios forestales ocurridos en un
dominio de 2000x2000 Km, junto con la precipitación y las concentraciones de
contaminantes registradas en las ciudades. Finalmente, se utilizó el modelo Híbrido
Lagrangiano de Trayectoria Integrada de Partícula (HYSPLIT) para determinar los
orígenes y las trayectorias de las masas de aire que llegan a las tres ciudades.
El análisis de tendencias indica que hay una relación clara entre número de incendios
forestales y las concentraciones de PM10 y PM2.5 registradas en Bogotá, Medellín y
Bucaramanga. Por otro lado, no se observa relación entre las concentraciones de CO y
el número de incendios forestales, probablemente esto se debe a que los incendios
forestales no emiten cantidades significativas de esta substancia. Los resultados de las
modelaciones con HYSPLIT indican que las masas de aire que llegan a estas tres
ciudades provienen de la Orinoquía colombo-venezolana, por tanto existe una alta
probabilidad de que la quema de biomasa que se produce en la época seca en esa
región del NSA esté afectando la calidad del aire a nivel urbano. Es necesario determinar
las causas de estos incendios forestales y en particular se requiere realizar estudios más
detallados para confirmar los hallazgos de esta investigación.
Palabras clave: Emisiones de partículas; contaminación atmosférica transfronteriza;
quema de biomasa
X Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
Abstract
Wildfires are an important source of greenhouse gases, affecting ecosystems and
emitting large amounts of pollutants that affect the quality of urban air. In recent years
there has been a lot of wildfires that occur in the summer season (November to April) in
northern South America (NSA), particularly in the Colombian-Venezuelan Orinoco. Up to
date, the impact of these wildfires on urban air quality has not been evaluated. Therefore,
the aim of this study is to evaluate the effect of wildfires on the air quality in three
Colombian cities.
For this study we used air quality data from the automatic air quality monitoring stations
installed in Bogota, Medellin and Bucaramanga. We took daily average data from PM10,
PM2.5 and CO registered in these cities from 2002 to 2013. In the same way, we used
MODIS Active Fire Data from the NASA Earth-Data website that uses the records of the
wildfires per day in the same period, and the TRMM daily precipitation data available on
the Giovanni website (NASA). With this information, the trends of the daily number of
wildfires in a domain of 2000X2000KM, precipitation and pollutant concentrations
registered in the cities observed were analyzed. Finally, the Hybrid Single Particle
Lagrangian Integrates Trajectory Model (HYSPLIT) was used to determine the origins
and trajectories of the air masses that arrive in the three cities.
Trend analysis indicates that there is a clear relationship between wildfires and the
concentrations of PM10 and PM2.5 registered in Bogota, Medellin and Bucaramanga. On
the other hand, there is no relationship observed between the concentrations of the other
pollutant analyzed (CO) and wildfires, probably because the wildfires do not emit
significant amounts of this substance. The HYSPLIT back trajectory analysis indicates
that air masses arriving in these three cities come from the Colombian-Venezuelan
Orinoco; therefore there is a high probability that the biomass burning, which occurs
during the dry season in the NSA region, affects air quality at the urban level. It is
necessary to find the causes of these fires and in particular requires more detailed
studies to confirm the conclusions of this research.
Keywords: Aerosol Emission, Biomass Burning, Trans-boundary Air Pollution,
long-range transport.
Contenido XI
Contenido
Pág.
Resumen ......................................................................................................................... IX
Lista de figuras ............................................................................................................. XIII
Lista de tablas ............................................................................................................. XIV
Lista de Símbolos y abreviaturas ................................................................................ XV
Introducción .................................................................................................................... 1
1. Marco Teórico ................................................................ ¡Error! Marcador no definido. 1.1 Incendios forestales y su efecto sobre la atmosfera¡Error! Marcador no definido.
1.2 Antecedentes en Asia ...................................................................................... 7 1.3 Antecedentes en Europa…….………………………………………………………………………..…….8
1.4 Antecedentes en Norte y centro América ......................................................... 9 1.5 Antecedentes en sur América ........................................................................ 10 1.6 Antecedentes en Colombia ............................................................................ 13 1.7 Sistemas de vigilancia y monitoreo de la calidad del aire en las zonas de estudio ..................................................................................................................... 17
1.7.1 Área metropolitana de Bucaramanga .................................................. 18 1.7.2 Red de monitoreo de calidad del aire del Valle de Aburrá ................... 19 1.7.3 Red de monitoreo de calidad del aire de Bogotá RMCAB ................... 22
1.8 MODIS (Espectro radiómetro de imágenes de media revolución) .................... 23 1.9 Modelo de simulación lagrangiana HYSPLIT ......................................................... 24
2. Metodología ............................................................................................................ 27 2.1 Análisis de los datos de las redes de monitoreo de calidad del aire .............. 28
2.1.1 Análisis de los datos de la red para la meseta de Bucaramanga ......... 28 2.1.2 Análisis de los datos de la red del valle de Aburra AMVA ................... 29 2.1.3 Análisis de los datos de la red de Bogotá ............................................ 30 2.1.4 Suavización de los datos de las redes de monitoreo ........................... 31
2.2 Incendios para el periodo de estudio ............................................................. 31 2.3 Determinación de las trayectorias de las masas de aire mediante HYSPLIT . 33
2.4 Determinación de la correlación entre los contaminantes y los incendios ...... 36
3. Resultados .............................................................................................................. 39
3.1 Incendios forestales en los dominios de estudio ........................................... 39 3.2 Incendios forestales y precipitación ............................................................... 40
XII Efecto de los incendios forestales en la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
3.3 Incendios forestales y concentraciones de contaminantes ............................43
3.3.1 Material Particulado (PM10) ..................................................................43 3.3.2 Material Particulado inferior o 2.5 micras (PM2.5) .................................46 3.3.3 Monoxido de carbono (CO) .................................................................48
3.4 Trayectorias de las masas de aire hacia las ciudades de estudio ..................51
4. Conclusiones y Recomendaciones .......................................................................57
4.1 Conclusiones ..................................................................................................57 4.2 Recomendaciones ..........................................................................................59
A. Anexo: Incendios forestales y precipitación años 2003, 2004 y 2010 .................63
B. Anexo: Focos activos para marso de 2009 y febrero de 2010 .............................67
C. Anexo: Trayectorias de las masas de aire para el 2002, 2009, 2010 ...................68
Bibliografía .....................................................................................................................78
Contenido XIII
Lista de figuras
Pág. Figura 1-1: Incendios anuales observados en Colombia a través de MODIS para los
años 2004 y 2007 (McCarty,2013). ................................................................................. 14
Figura 1-2: Mapa de ubicación de las estaciones de monitoreo del Valle de Aburrá. 20
Figura 2-1: Página de ingreso de los datos sobre WFM (MODIS, 2015). ................. 32
Figura 2-2: Trayectoria simple para Bogotá enero 29 de 2007. ................................ 35
Figura 2-3: Trayectoria simple para Bucaramanga enero 29 de 2007. ..................... 35
Figura 2-4: Trayectoria múltiple para Medellín enero 29 de 2007. ........................... 35
Figura 3-1: Incendios producidos en el periodo 2002-2013 (MODIS, 2015). ............ 39
Figura 3-2: Incendios del 29 de enero al 12 de febrero de 2007 (MODIS, 2015)...... 40
Figura 3-3: Precipitación anual acumulada en la zona de influencia (NASA). .......... 41
Figura 3-4: Incendios forestales y precipitación diaria año 2007 (NASA; MODIS).... 42
Figura 3-5: Incendios forestales y PM10 Bogotá, Medellín y Bucaramanga. ............. 45
Figura 3-6: Incendios forestales y PM2.5 Bogotá y Medellín (MODIS; SVCA, 2015). 47
Figura 3-7: Incendios forestales y CO Bogotá y Bucaramanga (MODIS; SVCA, 2015). . 50
Figura 3-8: Trayectorias desde el 29 de enero al 12 de febrero de 2007
Bogotá(HYSPLIT). .......................................................................................................... 53
Figura 3-9: Trayectorias desde el 29 de enero al 12 de febrero de 2007 Medellín
(HYSPLIT). .............................................................................................................. 54
Contenido XIV
Lista de tablas
Pág. Tabla 1-1: Monitoreo calidad del aire en las ciudades de estudio (IDEAM,2012). ¡Error!
Marcador no definido.
Tabla 1-2: Sistema de calidad del aire para Bucaramanga (IDEAM,2012). .......... ¡Error!
Marcador no definido.
Tabla 1-3: Sistema de vigilancia de calidad del aire para Medellín (IDEAM,2012). ..... 20
Tabla 1-4: Sistema de vigilancia de calidad del aire para Bogotá D.C (IDEAM,2012). 22
Tabla 2-1: Porcentaje de datos disponibles para la red de Bucaramanga. .................. 28
Tabla 2-2: Porcentaje de datos disponibles en la red del Valle de Aburra. .................. 29
Tabla 2-3: Porcentaje de datos disponibles para la red de monitoreo de Bogotá. ....... 30
Tabla 2-4: Parámetros ingresados HYSPLIT para Bogotá (Draxler et al.,2015). ........ 30
Contenido XV
Lista de Símbolos y abreviaturas
Subíndices Subíndice Término
PM10 Material particulado inferior a 10 micras PM 2.5 Material particulado inferior a 2.5 micras
XVI Efecto de los incendios forestales en la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Abreviaturas Abreviatura Término
AOD Aerosol optical depth AGL Sobre el nivel del suelo AMVA Área Metropolitana del valle de Aburrá CAR Corporación autónoma Regional de Cundinamarca
CDMB Corporación Autónoma Regional para la defensa de la meseta de Bucaramanga
CMM Valor suavizado media móvil CE Carbono elemental CO Monóxido de carbono CORANTIOQUIA Corporación Autónoma Regional de Antioquia CORPOBOYACA Corporación autónoma regional de Boyacá CORPONOR Corporación Autónoma Regional de la Frontera Nororiental FLEXPART Modelo Lagrangiano de dispersión de partículas FRP Fire radiative power
GIOVANNI Geospatial Interactive Online Visualization ANdaNalysisInfrastructure
HMS Hazard Mapping System HYSPLIT Hibrid Single Particle Lagrangian Integrates Trajectory Model
IDEAM Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia
K Potasio MODIS Moderate resolution Imaging spectro radiometer NH4 Ión amonio NASA National aeronautics and space Administration NOAH National Oceanic Atmospheric Administration NOx Óxidos de Nitrógeno O3 Ozono PM10 Material particulado inferior a 10 micras PM2.5 Material particulado inferior a 2.5 micras PST Partículas suspendidas totales RMCAB Red de monitoreo de la calidad del aire de Bogotá R Coeficiente de correlación SeaWif Sea-viewing wide fiel- of-view sensor SIAC Sistema de información ambiental de Colombia SDMA Secretaria Distrital de medio ambiente SVCA Sistema de Monitoreo y vigilancia de la calidad del aire TOMS Total Ozone Mapping Spectrometer TRMM Tropical Rainfall Measuring Mission WFM Web Fire mapping WRF Weather Research and forecasting model with chemistry ZCIT Zona de convergencia intertropical
Contenido XVII
Introducción
La contaminación atmosférica es una de las problemáticas ambientales que causa
mayor preocupación para los colombianos. Cuando se analiza el problema a nivel de las
grandes ciudades se encuentra que se usan metodologías, mediciones y procedimientos
para encontrar cuales son las fuentes que generan la mayor contaminación. Es así, que
para Bogotá por ejemplo se encontró que las fuentes móviles y la producción no
tecnificada de ladrillo (seguida por las calderas que utilizan carbón como combustible)
son unas de las más importantes fuentes de contaminación por material particulado en la
ciudad (SDA, 2009). Para la ciudad de Medellín las fuentes antropogénicas y los aportes
de los procesos de combustión son los causantes de las altas concentraciones de
material particulado que se registran. (AMVA, 2010).
De acuerdo con los estudios llevados a cabo por el IDEAM en colaboración con todos los
sistemas de vigilancia y monitoreo de la calidad del aire en Colombia se identificó que el
material particulado es el contaminante que más deteriora la calidad del aire en
Colombia al superar los límites máximos permisibles tanto anuales como diarios entre
2007 y 2010 en las estaciones operadas por AMVA, CORPONOR, CORANTIOQUIA,
SDA, CAR y CORPOBOYACÁ, entre otras (IDEAM, 2012). Por tanto este requiere ser
estudiado cada vez de forma más profunda a nivel del país y sobretodo en las ciudades
que son altamente afectadas no solo por los niveles en que se encuentra sino por los
efectos que causa sobre la salud.
Los incendios forestales son una fuente contaminante importante que debe ser
considerada pues tiene incidencia directa sobre el aumento del material particulado y
contaminantes como el CO2, SOX, NOX, CH4 y N2O (Wayne, 2000). Un incendio forestal
puede producirse de forma natural cuando un ecosistema o bosque tropical pierden parte
de los contenidos de humedad superficial o interior, predisponiéndolo hacia la
combustión de la biomasa vegetal que lo compone (SIAC, 2014; Goldammer et al., 1989;
Sanford et al., 1985). Sin embargo no solamente se produce de forma natural ya que
2 Introducción
también de forma antropogénica se provoca la quema de biomasa para talar bosques y
matorrales, uso agrícola, control de plagas e insectos, producción de carbón vegetal
para uso industrial, movilización de nutrientes y otras variables pertenecientes a la cultura
de los habitantes de los lugares donde se efectúa la quema (Crutzen et al., 1990).
Para Sur América se ha analizado el efecto de los incendios forestales sobre el paisaje,
sus sistemas ecológicos, la salud humana y la actividad económica y sociocultural;
desarrollando modelos predictivos que representan de forma espacial y temporal la
liberación de gases a la atmósfera y que afectan la ecología, ciclo hidrológico y suelo
(Castillo et al., 2003; Archer-Nichollset al., 2014; portillo et al.,2012, Armenteras et
al.,2011). También se ha encontrado que las emisiones producidas en los incendios
forestales son transportadas a través del aire a distintas zonas y por grandes distancias,
causando aumento en las concentraciones de los distintos contaminantes sobretodo en
centros urbanos. (Phuleria et al., 2005; Hodzic et al., 2007; Garcia-Hurtado et al., 2014).
De tal manera que la contaminación del aire no es un problema local si los contaminantes
que son emitidos viajan grandes distancias afectando regiones que incluso se pueden
encontrar a cientos o miles de kilómetros de la fuente. Por tanto; la problemática de
contaminación del aire no se puede tratar de forma aislada más cuando esta produce
efectos graves no solo para la población sino para los seres vivos y para los bienes de
cualquier naturaleza. Lo que obliga a tratar el tema no solo como lo que pasa en una
ciudad o en una localidad determinada, sino como un sistema interconectado, en donde
las emisiones generadas en un lugar geográfico tienen implicaciones negativas en zonas
alejadas.(SDA, 2009).
Incluso se ha encontrado recientemente que las emisiones de contaminantes producidas
en las sabanas venezolanas durante la estación seca que es el periodo donde más se
producen incendios y quemas de biomasa son transportadas a distintas zonas de Sur
América, como por ejemplo el norte de los Andes y las islas Galápagos (Hambuerger et
al., 2013). También para la ciudad de Bogotá se realizó un estudio en el cual se encontró
una relación entre los incendios forestales producidos en un área de 2000X2000 Km y el
aumento de las concentraciones de material particulado PM10 detectadas por la red de
monitoreo de la ciudad. (Beckert et al., 2015).
Introducción 3
Por tanto se hace necesario continuar este análisis del efecto de los incendios forestales
sobre la calidad del aire de las ciudades. De esta manera en el presente trabajo se
determina el posible efecto que tienen las emisiones producidas por los incendios
forestales producidos en el norte de sur América cubriendo básicamente Colombia y
Venezuela, sobre la calidad del aire de dos ciudades colombianas: Medellín y
Bucaramanga y se comparan con los resultados obtenidos para Bogotá.
Para el análisis se tomaron los datos de PM10, PM2.5, y CO suministrados por las redes
de monitoreo de calidad del aire de las ciudades de estudio y se compararon con la
cantidad de incendios forestales producidos en la zona durante el período de análisis.
Los registros de los incendios se tomaron haciendo uso de las imágenes y los datos de
incendios obtenidos por el espectro radiómetro de imágenes de resolución moderada de
la NASA (MODIS) ubicado en el satélite Terra, cuyo acceso es a través de la web. Se
determinan además la procedencia de las masas de aire mediante el uso del modelo
Lagrangiano HYSPLIT.
Finalmente, se espera que los resultados obtenidos en este trabajo sirvan como un
punto de partida para entener esta problemática. Y que estos resultados sirvan para que
las autoridades ambientales tenga en cuenta este problema y adopten las medidas
necesarias para mejorar la calidad del aire.
1. Marco Teórico
En este capítulo se dará una mirada global a las investigaciones hechas a nivel mundial
sobre el efecto de los incendios forestales en las concentraciones de diferentes
contaminantes, el uso de los satélites para detección de focos activos y las herramientas
de modelación para trazar las trayectorias de las masas de aire desde la fuente hacia las
zonas afectadas.
1.1 Incendios forestales y su efecto sobre la atmósfera
Varios estudios a través del tiempo han demostrado que una contribución importante a la
concentración de partículas en la atmósfera es ocasionada por la quema de especies
vegetales (Nance et al. 1993). Un incendio forestal está descrito como una propagación
del fuego, en áreas mayores a 0.5 hectáreas que sean de actitud forestal y que cumplan
una función ambiental (SDA,2013).
Un incendio forestal normalmente se presenta cuando los ecosistemas tropicales
húmedos, pierden parte de los contenidos de humedad superficial o interior,
predisponiéndolos hacia la combustión de la biomasa vegetal que los compone (SIAC,
2014). Esta predisposición también depende de las condiciones climáticas de las zonas
donde se presentan. De tal manera que se puede determinar de acuerdo a estas
características si hay mayor o menor predisposición a la ocurrencia de un incendio o
quema forestal.
Normalmente cuando las zonas tienen muchas especies vegetales y están dentro de los
períodos de verano la probabilidad de ocurrencia de incendios es mayor sobretodo en
áreas que no tienen protección; pues los bosques contienen gran cantidad de materia
orgánica acumulada debido a la lenta descomposición del material vegetal y durante las
temporadas de incendios, la precipitación es mínima por tanto las zonas son muy secas,
favoreciendo la quema.
6 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
Pero no solo se produce dentro de un incendio forestal la quema natural de las especies
vegetales sino que también hay participación del hombre en muchos de los eventos
especialmente cuando se produce la deforestación así como las quemas que se llevan
acabo, para el desarrollo de infraestructura, la agricultura y la cría de ganado. (Portillo et
al.2012).
Se ha determinado que a nivel global los incendios forestales son una fuente de emisión
significativa de partículas en la atmósfera (Lighty et al., 2000) representando no
solamente peligros inmediatos para las zonas y las personas cercanas a los lugares de
ocurrencia, sino que también; liberan gases nocivos y partículas que afectan los
ecosistemas y la química atmosférica, su grado de afectación depende de factores como:
La cantidad y composición de la biomasa quemada, el tipo de combustible, la fase hasta
la que llegue la quema, las condiciones climáticas y la distancia de la fuente. (Samsonov
et al., 2005). Esto último es de gran importancia para definir el tipo de contaminante, ya
que cerca a la fuente el aporte de carbono orgánico, carbono elemental y partículas es
mayor.
En un incendio forestal se emiten varios compuestos químicos a la atmósfera,
dependiendo de la etapa en que estos se den (encendido, llamarada, combustión lenta y
extinción) (Lobert et al., 1993). Los que se emiten en la etapa inicial cuando las
temperaturas son de 1800K y donde se rompen las moléculas vegetales convirtiéndose
en especies de menor peso molecular son óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y algunos
aerosoles. Durante la generación de la llamarada se producen compuestos como el CO
y luego en las etapas finales cuando se produce la combustión lenta y la extinción la
temperatura desciende y se emite CH4 y N2O (Ward et al., 1992; Wayne, 2000).
En un análisis de aerosoles que se presentaron a varios kilómetros de distancia de las
fuentes de incendios se encontró que las concentraciones de material particulado PM2.5
fueron 2.7 veces más grandes que las de material particulado de diámetro mayor o igual
a 10 micras PM10 y que su radio aumenta en la medida que se van alejando de las
fuentes, además se encontró que el PM2.5 contenía grandes concentraciones de
carbono orgánico (CO) y elemental (EC) y iones como potasio K+, amonio NH4+ y
sulfato, que en varios casos se usan como trazadores para poder identificar lejos de las
Marco teórico 7
fuente, que la contaminación producida esta dada por las masas de aire de los incendios
forestales.
Por tanto la importancia que tienen estudiar los efectos de los incendios forestales y su
relación con los contaminantes emitidos sobretodo cuando se ha encontrado que los
contenidos de contaminantes en las parcelas de aire también dependen de la zona del
mundo donde se produzca la quema, es decir; son distintas para la Amazonía, Asía,
Europa y África (Ryu et al., 2007)
1.2 Antecedentes en Asia
Hacia el año 1997 en la ciudad de Kuching (provincia de Sarawak, Malasia), se registró
un aumento en la concentración promedio de PM10 durante 24 horas de 930 μg/m3 que
es un aumento quince veces mayor al límite establecido por la regulación para ese lugar,
motivo por el cual el gobierno estuvo a punto de evacuar a 300.000 habitantes de la
ciudad (Brauer et al., 1998). Se demostró que las masas de aire contaminado viajaron a
través de todo el sudeste asiático y causaron la interrupción del tránsito aéreo local e
internacional, interrupción del tránsito marino e incluso se atribuye parcialmente también
un accidente aéreo con 234 víctimas mortales en Sumatra.
Otros eventos de gran importancia se han presentado sobre el hemisferio norte, en las
latitudes medias y altas de Norte América, Europa y Asia (Kasischke et al., 2005; Witham
and Manning, 2007; Turquety et al., 2009). Estos son llamados incendios boreales y la
mayor parte normalmente se presentan en Sibería donde se encuentra el 10% de los
bosques de este tipo a nivel mundial (Kasischke et al., 2000) este tipo de incendios son
los responsables de la mayor perturbación radiativa y química durante los meses de
verano en estas regiones (Val Martín et al., 2006).
En Rusia en abril de 2003 se presentaron incendios boreales a gran escala, la severidad
de estos aumentó en el mes de mayo cuando miles de incendios consumían más de
15X106 hectáreas de terrenos boscosos. Las regiones más afectadas fueron Chitinskaya,
Buryatiya Republic y Amurskaya Oblast. Las plumas de aire contaminado provenientes
de estas quemas masivas se desplazaron a lo largo de grandes zonas sobre el
8 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
hemisferio norte siendo observadas durante 17 días de forma continua y trazadas hasta
la zona oriental de Rusia, Norte América y Europa (Mattis et al., 2003).
El seguimiento de las quemas en este caso se realizó mediante MODIS (Moderate
Resolution Imaging Spectroradiometer). Con TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer)
se detectó los aerosoles a nivel troposférico. Y Para determinar el origen y transporte de
las plumas se utilizó el modelo Lagrangiano de dispersión de partículas FLEXPART
utilizando CO como trazador. Como resultado se encontró que Una parte de los
contaminantes cruzaron el estrecho de Bering hacia Alaska y el este de Canadá y otra
parte se dispersó a través del Atlántico hacia Europa, llegando hasta Alemania. Hacia
finales de mayo el penacho ya había sumido gran parte del hemisferio norte afectando la
calidad del aire de las zonas por las cuales cruzó la pluma de contaminantes.
Un nuevo estudio llevado a cabo en Rusia en el verano de 2012 comparó el efecto de los
incendios forestales ocurridos en el periodo de estudio sobre la calidad del aire de tres
puntos ubicados entre 400 y 800km de la zona de producción del fuego como resultado
se encontró que la variación del material particulado fue de 8 a 142 g/m3 lo que es el
mayor indicio que se tiene de que la quema de biomasa producida afectó la calidad del
aire de las zonas de estudio. Además fue corroborado en la determinación de PST y los
iones que caracterizan los aerosoles producidos en los incendios forestales. (Smolyakov
et al., 2014).
1.3 Antecedentes en Europa
El área mediterránea de Europa es catalogada como la de mayor impacto por los
incendios forestales, durante el 2006 se presentó un aumento de los niveles de
contaminación en el sur oeste de la península Ibérica en el este de la región de
Andalucía, sobre el golfo de Cádiz en el valle medio del Guadalquivir. Los Incendios
forestales que afectaron la calidad del aire de la zona de estudio se presentaron en la
región de Galicia y el norte de Portugal del 2 de agosto al 16 de agosto, la cantidad de
incendios que se detectaron a través de MODIS fueron más de 700 con un pico el 8 de
agosto correspondiente a 905 incendios. El episodio de contaminación que se manifestó
al sur de la península empezó a verse entre el 12 y 13 de agosto, el aumento del material
Marco teórico 9
particulado fue significativo, ya que en días previos al evento los valores reportados en
PM10 estaban entre 25 y 100 g/m3 y durante el episodio de contaminación se
reportaron valores de hasta 230 g/m3.
Las masas de aire viajaron hasta 1000 km a lo largo de la costa de Portugal sobre el
océano Atlántico, la pluma viajó paralela al golfo de Cádiz afectando entre 40 y 50 Km
hacia adentro de la costa, las trayectorias fueron modeladas a través de Hysplit. (Adame
et al, 2012).
1.4 Antecedentes en Norte y Centro América
En Canadá, durante las dos primeras semanas de junio de 2010 se presentaron cuatro
grandes incendios que consumieron más de 100000 hectáreas. Estos se produjeron en la
zona de Saskatchewan. Las plumas de contaminantes se desplazaron 2500 km hacia la
zona sur de Ontario, su desplazamiento se facilitó gracias a las condiciones
meteorológicas.
En estaciones de monitoreo de la calidad del aire en Toronto, Oshawa y Newmaket se
detectaron aumentos en las concentraciones de PM2.5 y O3 de forma anormal durante
este período y fueron asociadas directamente con los incendios producidos. El
seguimiento de la pluma de contaminantes fue detectado por la NOAH (National Oceanic
Atmospheric Administration) mediante el sistema HMS (Hazard mapping system) desde
el 13 al 17 de junio (Demsey, 2013).
Durante la primavera 1998 se presentaron miles de incendios forestales en la parte sur
de México, Guatemala y Honduras que se detectaron a través de los sensores espaciales
SeaWIFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor) de la NASA que observó el
movimiento de las masas sobre el océano y el satélite TOMS que observó la superficie
de las zonas y la topografía detectando la absorción de los aerosoles. Mediante las
herramientas satelitales se hizo un seguimiento durante un período de 10 días, de mayo
7 al 17, los episodios forestales en Centro América se produjeron desde el 10 de mayo y
se extendieron hasta el 12 del mismo mes.
Durante el período de visualización se encontró que la masa de aire contaminado se
movió hacia el norte de Estados Unidos y Canadá, causando aumento en las
10 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
concentraciones de material particulado inicialmente sobre el golfo de México, luego
sobre mayo 12 más al norte a lo largo del valle del rio del Mississippi, cerca del 15 de
mayo las masas contaminadas habían llegado a la bahía de Hudson al noreste de
Canadá.
El poder realizar este seguimiento permitió que las autoridades ambientales tomaran
medidas para prevenir y alertar a todas las zonas sobre las cuales se desplazaba la
masa de aire, al igual que permitió demostrar que la calidad del aire de muchas zonas
alejadas de los eventos forestales, se afectaron por estos lo que permitió organizar una
infraestructura que facilitara el seguimiento de los eventos para realizar gestión sobre
ellos (Husar et al, 2000)
Finalmente al fusionar los datos obtenidos de los dos sensores espaciales se logró tener
una ubicación espacio temporal de los contaminantes y sus propiedades ópticas con el
fin de caracterizar las plumas de contaminantes que se estaban visualizando lo que
permitió a largo plazo realizar los monitoreos preventivos de los incendios forestales
localizados en áreas distintas a Estados Unidos (Stefan et al., 2001).
1.5 Antecedentes en Sur América
La quema de Biomasa en Sur América constituye el 30% del total de la quema a nivel
mundial (Rissler et al., 2006) y en cuanto a emisiones constituye del 20 al 25%, y se
estima que el 50% de estos contaminantes cruzan las fronteras y se dispersan a lo largo
de todo el continente (Koch et al., 2007; Bond et al., 2004). Afectando el balance
radiativo, debido precisamente a los procesos de dispersión y absorción.
Durante 1999 se estudió el efecto que tiene la quema de biomasa en el trópico en la
formación de ozono troposférico, estos incendios producen grandes cantidades de
partículas que pueden influenciar los ciclos hidrológicos y la radiación a nivel terrestre
(Andreae, et al 1996). Mediante mediciones se detectó que la quema de biomasa en las
sabanas de Venezuela provoca grandes cantidades de gases contaminantes y partículas
en el aire (Sanhueza et al., 1996).
Marco teórico 11
Con el fin de seguir estudiando el efecto de los contaminantes causados por las quemas
se tomó una zona de la parte central del Orinoco Venezolano en el estado de Guárico, en
la cual se registraron las concentraciones de O3 y CO en horas del medio día en los
períodos húmedo y seco, encontrando una correlación lineal que sugiere que los altos
niveles de ozono observados durante la estación seca son producidos fotoquímicamente
durante la oxidación de hidrocarburos reactivos en presencia de NOx ambos emitidos
durante la quema de biomasa.
Adicionalmente, se estudió también la región de Cerrado en la zona central del Brasil.
Esta zona contiene el segundo ecosistema más grande de país. Las mediciones se
realizaron de 1 al 7 de septiembre del 2000; particularmente en este lugar, hay una
circulación de aire anticiclónica que se da en los períodos secos que normalmente son de
Julio a Septiembre. En este estudio se utilizó CO como trazador debido a que este tiene
un tiempo de vida en la atmósfera que va desde dos semanas hasta dos meses (Novelli
et al., 1998). Las mediciones se hicieron tanto en áreas donde se presentaba quema de
biomasa como en zonas apartadas y libres de estos eventos y se miró también la
trayectoria de las masas del aire a través de los puntos de análisis.
El principal logro del estudio fue correlacionar la cantidad de incendios producidos, el
origen de las masas de aire y las condiciones meteorológicas con las concentraciones de
CO medidas. Fue de gran interés el entender la dinámica de los movimientos
horizontales sobre la baja tropósfera de la región de estudio los cuales pueden
redistribuir los elementos contaminantes presentes en los incendios. Esta dinámica
incluye:
La zona de convergencia intertropical sobre los océanos Atlántico y Pacífico,
asociada con las actividades convectivas provenientes de la parte norte de sur
América (Colombia y Venezuela) y Centro América.
Los frentes cálidos transitorios provenientes de la zona tropical de Sur América.
Los sistemas de alta presión subtropical sobre el Océano Atlántico.
Al hacer el análisis se concluyó que el régimen de transporte durante la estación seca es
el causante del transporte de las masas de contaminantes producidos por la quema de la
biomasa desde la fuente hasta regiones distantes. (Boian et al., 2004).
12 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
Un nuevo análisis se realizó desde le año 2005 en gran parte de Sur América en el cual
se tuvo en cuenta que también hay aportes de aerosoles provenientes de África que
afectan de forma secundaria el norte de Suramérica y que han generado picos en las
épocas lluviosas (Schafer et al., 2008; Bevan et al., 2009).
Para demostrarlo se tomaron otras zonas que podrían estar influenciadas por los
contaminantes provenientes de los incendios, por eso se dividió la zona en cuatro
grandes regiones Venezuela y Colombia, La región de Cerrado en Brasil, La región
oriental de Brasil y las zonas de Paraguay y Argentina. Los años de estudio van desde el
2005 hasta el 2009. Cómo herramientas para el análisis se utilizaron MODIS-Terra
aerosol optical depth (AOD), MODIS-Terra fire counts y MODIS ‘Fire Radiative Power’
(FRP). Para trazar las trayectorias de las masas de aire a través del continente se utilizó
el modelo lagrangiano HYSPLIT.
Como resultado se encontró que debido a que el área de Venezuela y Colombia posee
una estacionalidad diferente a la del Brasil el efecto de los incendios forestales sobre la
contaminación del aire es significativo en los meses de verano, teniendo un pico alto del
90% sobre todas las lecturas de las cuatro zonas en los meses de Marzo durante los
años de estudio. Además también se tuvo en cuenta que la circulación de los vientos en
esta zona es distinta por tanto el aporte global de contaminantes hacia el sur del
continente ocasionado por Venezuela y Colombia es muy bajo, pero la influencia a nivel
local entre los dos países si es significativa y tiende a ser más crítica durante los meses
de febrero a abril. (Castro et al., 2013).
La conclusión anterior confirmó los análisis realizados por Menon et al., (2002) quien
descartó la teoría de que los contaminantes encontrados eran provenientes de Brasil que
es donde se presenta la mayor quema de biomasa en Sur América, debido a que la
estación seca en Venezuela corresponde a la estación húmeda en Brasil, por tanto el
nivel de quemas se disminuye y también el transporte de estas.
Al igual que se descartó la teoría de la procedencia de los contaminantes desde África,
pues las trayectorias de las masas de aire efectuadas en HYSPLIT, la correlación
hallada entre la cantidad de incendios forestales presentados en las sabanas
Marco teórico 13
venezolanas durante los años de análisis obtenidos a través de MODIS y el estudio de
las concentraciones de contaminantes durante las estaciones secas y húmedas durante
los años 2007 a 2009 sugirieron que las quemas estaban directamente asociadas a los
fenómenos del niño y la niña y las actividades realizadas sobre las sabanas que se
presentan en mayor escala durante la temporada seca y con presencia del fenómeno del
niño.(Hamburger et al., 2013)
1.6 Antecedentes en Colombia
Los aerosoles provenientes de las quemas de biomasa influencian el clima regional y
global, (Zhang et al., 2009) por sus reacciones directas con la radiación, e indirectamente
actúan como núcleos de condensación en las nubes, cambiando las propiedades ópticas
de estas, limitando su tiempo de vida y su capacidad de iniciar la precipitación
(McFiggans et al., 2006).
Las quemas de biomasa presentadas en Colombia contribuyen de manera importante a
todas las que se producen en sur América y estas a su vez son catalogadas como de
gran importancia a nivel mundial debido a que son fuente importante en la generación de
aerosoles y gases de efecto invernadero. (Streets et al., 2004).
Las zonas más vulnerables hacia la quema en Colombia provienen del análisis de las
coberturas vegetales, a partir de esto se ve que la mayor parte de la zona andina, la
región caribe y la parte alta de la zona de la Orinoquía presenta mayor vulnerabilidad
esto hace que en cualquier momento y en cualquier lugar del país se produzca uno o
varios incendios forestales de mayor o menor magnitud.
El factor antropogénico juega un rol importante en la producción de incendios en
Colombia ya que las quemas se producen principalmente porque los agricultores
necesitan grandes extensiones libres para la ganadería y la agricultura (Armenteras et
al., 2005; Castro et al., 2013) lo que ha causado alteración de la biodiversidad, ha
impactado el suelo, ha afectado el ciclo de los nutrientes y en muchos casos ha
producido desertificación (Díaz et al., 2003)
14 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
También se resalta que la vegetación de herbazales es la más afectada por las quemas y
luego los pastos y los bosques naturales. Y como segunda medida las zonas con
vegetación secundaría, agrícolas y cultivos. (Armenteras et al., 2009).
La cantidad de incendios producidos en Colombia año tras año se ha analizado de forma
puntual mediante el uso de la teledetección espacial ya que permite la reproducción,
homogeneidad y objetividad de la información que se obtiene de la superficie terrestre.
En la figura 1.1 se ilustran los incendios producidos para el año 2004 y 2007 obtenidos a
través de MODIS.
Figura 1.1: Incendios anuales observados en Colombia a través de MODIS para los
años 2004 y 2007 (McCarty,2013)
Año 2004 Año 2007
A partir de este tipo de censado a través del satélite, se ha detectado por ejemplo que
para Colombia los años 2004 y 2007 fueron años extensivos en quemas, lo que produjo
que se consumieran 19449 Km2 del territorio, esto corresponde; 12.7% del total de
quemas para ese mismo año en Sur América (Chuvieco et al., 2008). Se debe tener en
Marco teórico 15
cuenta también que hasta el año 2009 se habían quemado 32.446 km2 que representa
un 2.84% de la superficie terrestre total de Colombia.
El efecto de los incendios también está influenciado por clima de las regiones, este factor
tiene mucha influencia ya que no solamente determina el régimen de producción y
propagación de incendios, sin que también la distribución de la vegetación en las zonas
por tanto entender las interacciones entre clima vegetación y fuego tienen alto grado de
complejidad. (Van der Werf et al., 2008). Se ha detectado que la producción de incendios
asociada al clima tiene una variabilidad interanual y está totalmente determinado que los
aumentos en las quemas son totalmente estacionales encontrando los picos más altos en
las estaciones secas (Román-Cuesta et al., 2003; Alencar et al., 2006).
En Colombia por ejemplo los picos de incendios se han detectado durante las épocas de
diciembre a Abril (Romero-Ruiz et al.,2009). Y en un estudio hecho desde diciembre del
2002 y hasta febrero del 2009 donde se analizó las relaciones del cambio de clima, el
tipo de vegetación, las zonas geográficas e incluso los factores socio económicos que
influencian la ocurrencia de incendios forestales, se buscó correlacionar la climatología
incluyendo los fenómenos del niño y de la niña y el tipo de vegetación del país. Como
resultado se encontró que la mayor quema por tipo de vegetación se encuentra en los
pastizales del Orinoco siendo tres veces mayor que la quema producida en el mismo tipo
de vegetación en la zona de la Amazonía. En segundo lugar los bosques en la región
caribe. En la región pacífica no se encuentra mucha incidencia de incendios forestales.
En este mismo estudio se define que efectivamente la cantidad de incendios forestales
tiene relación directa con la estacionalidad y los periodos de lluvia en las zonas de
estudio, que tienen un régimen bimodal influido por la circulación atmosférica la Zona de
Convergencia Intertropical (ZCIT) y en donde se presentan temporadas de lluvia que
generalmente van de abril a julio y de octubre a diciembre y los meses de verano que
van de diciembre a febrero donde principalmente hay mayor presencia de puntos de
quemas en todo el país.
Cuando hay presencia del fenómeno del niño se ve que hay mayores puntos de quema,
sin embargo este no es un factor totalmente determinante porque también los factores
16 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
socio-económicos en el país están influenciando el número de incendios que se
producen por temporada (van der Werf et al., 2008).
La decisión de los dueños de las tierras de definir cuando talan, cuando siembran o
cuando usan los terrenos para ganadería es un factor preponderante en la cantidad de
incendios producidos y la alteración de los espacios naturales expandiendo la frontera
agrícola (Lauk y Erb, 2009). Tan es así que por ejemplo en la región pacífica donde las
actividades socioeconómicas están dadas por la minería y la extracción de madera hay
un número reducido de quemas ya que la actividad de la zona no implica el uso del fuego
para llevar a cabo los procesos productivos. (Armenteras et al., 2011).
Finalmente en un estudio hecho sobre la región de Cundinamarca en el año 2002 se
encontró también que La vegetación de páramo y subpáramo presenta el pico más alto
de afectación de todas las coberturas vegetales valoradas, convirtiéndose en la categoría
más representativa y directamente asociada a la intervención del hombre en áreas
naturales, con el fin de aumentar la frontera agropecuaria, sobre todo en áreas de baja
altitud como la parte centro y suroccidental, y la parte sur que rodea al Sumapaz y que
protege ecosistemas de páramo y subpáramo (Amaya et al., 2012).
El mismo comportamiento de origen antropogénico se encontró en las zona del norte de
la Amazonía perteneciente a Colombia donde la gran cantidad de incendios reportados
durante los años 2004 y 2007 no coincide con los periodos se extrema sequía
experimentados en la Amazonía en el periodo del 2005 al 2010 pero si se correlaciona
bien con un efecto de deforestación ocasionados por actividades antropogénicas,
principalmente agricultura a pequeña y medina escala (incluidos los cultivos ilegales) y
cría de ganado. Porque en esta zona hay bastantes frentes activos de colonización que
finalmente han causado un impacto en la frecuencia de los incendios y daños en los
bosques que históricamente han sido preservados. (Armenteras et al., 2012).
Por tal motivo es necesario Para realizar este tipo de análisis no solamente la
información obtenida de los radio sensores como MODIS (Moderate resolution Imaging
spectro radiometer) sino también los datos de las redes de monitoreo de calidad de aire
Marco teórico 17
de las zonas de estudio, para poder correlacionar los eventos forestales y las
concentraciones de los contaminantes detectados en las estaciones de monitoreo.
Para efecto de este trabajo se utilizó la información obtenida de la red de monitoreo de
calidad del aire de Bogotá, del Valle de Aburrá y de la meseta de Bucaramanga de las
cuales se hará una breve descripción.
1.7 Sistemas de vigilancia y monitoreo de la calidad del aire en las zonas de estudio
Con el fin de determinar el estado de la calidad del aire del país se tiene un sistema de
vigilancia y monitoreo de la calidad del aire (SVCA). Este sistema al 2010 estaba
conformado por 170 estaciones de monitoreo de las cuales 137 pertenecen al sistema y
son operadas por 19 autoridades ambientales y 33 son operadas por cinco entes
privados: Cerrejon, Drumond, Cenicaña y Cementos Argos. (IDEAM, 2012).
En las estaciones de monitoreo del país el contaminante más medido es el material
particulado menor a 10 micrómetros PM10 y luego los dióxidos de azufre y de nitrógeno.
En algunas estaciones también se monitorean variables meteorológicas como la
precipitación, la velocidad y dirección del viento, la temperatura, la presión atmosférica, la
radiación solar y la humedad relativa.
Para este estudio se utilizaron los datos de las estaciones de la secretaría distrital de
ambiente (SDA) en Bogotá, del área metropolitana del Valle de Aburrá (AMVA) en
Medellín y de la Corporación Autónoma Regional para la Defensa de la Meseta de
Bucaramanga (CDMB). Los parámetros medidos se resumen en la tabla 1.1 donde los
números consignados en los cuadros muestran la cantidad de estaciones que monitorean
cada parámetro.
18 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
Tabla 1-1: Monitoreo calidad del aire en las ciudades de estudio (IDEAM, 2012).
Autoridad
ambiental
Fecha
aproximada
de inicio de
operación
Parámetros Monitoreados
Contaminantes atmosféricos Variables Meteorológicas
SO
2
NO
2
O3
CO
PM
10
PM
2.5
PS
T
Dv
Vv
Pp
Rs
Pa
T
Hr
AMVA 1993 6 6 4 5 18 4 0 7 7 7 7 7 7 7
CDMB 2001 2 3 5 3 5 0 0 2 2 2 2 2 2 2
SDA 1997 11 11 13 11 14 6 1 16 16 16 6 6 16 5
Fuente:IDEAM a partir de la información de los SVCA, 2011.*DV: Dirección del Viento. VV: velocidad del Viento. PP: Precipitación. RS: Radiación Solar. PA:Presión atmosférica. T:Temperatura. HR:Humedad Relativa.
1.7.1 Área metropolitana de Bucaramanga
La corporación autónoma regional para la defensa de la meseta de Bucaramanga –
CDMB- cuenta con un sistema de calidad del aire conformado por ocho estaciones, fijas
y una móvil. El sistema de vigilancia y monitoreo mide de manera continua material
particulado menor a 10 micas PM10, dióxido de nitrógeno (NO2), Ozono troposférico (O3),
dióxido de azufre (SO2) y monóxido de Carbono (CO) (IDEAM,2012) distribuidos como se
muestra en la tabla 1.2.
Tabla.1-2: Sistema de calidad del aire para Bucaramanga (IDEAM, 2012)
Estación Fecha
aproximada
de inicio de
operación
Contaminantes Monitoreados
SO
2
NO
2
O3
CO
PM
10
PM
2.5
PS
T
Cemex 2007 Solo variables meteorológicas
Centro 2001 X X
Chimita móvil 2001 X X X X
Ciudadela 2001 X X X X
Florida 2001 X X X
Norte 2001 X X X
Marco teórico 19
Tabla 1-2: (Continuación)
1.7.2 Red de monitoreo de calidad del aire del Valle de Aburrá
La red de monitoreo del Valle de Aburrá tiene cobertura en los nueve municipios del área
Metropolitana. La red cuenta con 22 estaciones fijas y dos unidades móviles. Estas
estaciones tienen 18 equipos medidores de PM10, ocho medidores de PM2.5 cinco
medidores de NO2, un medidor automático de SO2, dos medidores de lluvia ácida, cuatro
medidores de monóxido de carbono (CO), 8 medidores de Ozono, dos estaciones
automáticas fijas con medición de PM10, PM2.5, O3, CO y pluviometría. Catorce estaciones
meteorológicas. Un analizador de partículas menores a una micra PM1.0., un medidor de
PST (AMVA, 2014). En la figura 1.2 se ilustra la ubicación de las estacones de monitoreo
de AMVA sobre el mapa de la zona metropolitana.
Estación Fecha
aproximada
de inicio de
operación
Contaminantes Monitoreados
SO
2
NO
2
O3
CO
PM
10
PM
2.5
PS
T
Ptar 2010 Solo variables meteorológicas
UIS 2002 Solo variables meteorológicas
20 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
Figura 1.2: Mapa de ubicación de las estaciones de monitoreo del Valle de Aburrá
Fuente: http://www.metropol.gov.co/CalidadAire/Paginas/default.aspx
La red de monitoreo es operada por la Universidad Nacional de Colombia sede Medellín.
En la tabla 1.3 se encuentra la distribución actual de las estaciones y los contaminantes
monitoreados.
Tabla 1-3: Sistema de vigilancia de calidad de aire para Medellín (AMVA,2014)
.
Estación Fecha
aproximada
de inicio de
operación
Contaminantes Monitoreados
SO
2
NO
2
O3
CO
PM
10
PM
2.5
PS
T
Barbosa 2001 X
Girardota 2007 X
Copacabana 2004 X
Bello 2007 X X
Aguinaga 2003 X X X X X
Marco teórico 21
Tabla 1-3: (Continuación)
Estación Fecha
aproximada
de inicio de
operación
Contaminantes Monitoreados
SO
2
NO
2
O3
CO
PM
10
PM
2.5
PS
T
Universidad
Nacional de
Colombia
2000 X X X X
Universidad de
Medellín
2001 X
Corantioquia 2002 X
Politécnico 1993 X X X X
Éxito San
Antonio
2007 X
Poblado los
Balsos
2008 X X X
Itagüí Ptar 2002 X X
La Estrella 2008 X
Sabaneta 2004 X
Caldas La Salle 2012 X
Caldas plaza de
Mercado
2007 X
Museo de
Antioquia
2013 X X X
Itagüí Colegio el
Rosario
2007 X
Itagüí Casa de
Justicia
2012 X X
Villa Hermosa 2013 X
Parque de las
Aguas
2014 X
22 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
1.7.3 Red de monitoreo de calidad de Bogotá RMCAB
La red de monitoreo de calidad del aire de Bogotá que es operada por la secretaría
distrital de ambiente cuenta con trece estaciones de monitoreo fijas automáticas y una
estación móvil. En la tabla 1.4 se encuentran las estaciones y los parámetro
monitoreados (IDEAM,2012)
Tabla 1-4: Sistema de vigilancia de calidad de aire para Bogotá D.C. (IDEAM, 2012)
Estación Fecha
aproximada
de inicio de
operación
Contaminantes Monitoreados
SO
2
NO
2
O3
CO
PM
10
PM
2.5
PS
T
Guaymaral 1997 X X X
Usaquén 1999 X X X X
Suba 1997 X X X X
Bolivia 2012
Las ferias 2002 X X X X X X
Parque Simón
Bolívar
2002 X X X X X X
Sagrado corazón 1997 X X
Fontibón 1997 X X X X
Puente Aranda 1997 X X X X X
Kennedy 2005 X X X X X
Carvajal 1997 X X X X X X
Tunal 2005 X X X X X X
San Cristóbal 2009 X X X X
Móvil 2008 X X X X X
Marco teórico 23
1.8 MODIS (Espectro radiómetro de imágenes de media resolución).
En la medida que va evolucionando el tiempo, también van mejorando las herramientas
de análisis y el uso de sistemas modernos y más completos de modelación, de esta
forma; se usan también las lecturas hechas por los satélites que observan los
comportamientos atmosféricos y la dispersión de los contaminantes en el aire además de
hacer seguimiento a los incendios a nivel global (Ichoku and Ellison, 2012, Kaiser et al.,
2012).
Una de estas herramientas es el espectroradiómetro de imágenes de media resolución
(MODIS) que fue lanzado por primera vez en el año 1999 a bordo del satélite Terra de la
NASA. Para el año 2004 también estaba montado sobre el satélite Aqua. Posee más de
treinta canales en resoluciones variables (250, 500 y 1000m) y fue diseñado para censar
la dinámica global de la tierra incluyendo los cambios en las coberturas de las nubes, los
procesos oceánicos, procesos terrestres y cambios en la atmósfera baja.
El sensor MODIS ya ha sido ampliamente usado a nivel mundial en diferentes estudios,
constituyéndose en uno de los teledetectores más importantes, sobretodo en el caso de
los focos activos de los incendios o Hotspot. La detección de estos es procesada en la
Collection 4 Active Fire dataset (FIRMS, 2007). y se realiza a través de un algoritmo
contextual que utiliza la fuerte de emisión de radiación en el infrarrojo medio de los
incendios detectados (Giglio et al., 2003).
La información obtenida del análisis de los datos del satélite, se puede integrar con
sistemas de información geográfica que permiten el almacenamiento procesamiento y
análisis de gran cantidad de registros. (Sunar y Özkan, 2001). Además; es perfecto para
modelar y entender los cambios ambientales, estimar las emisiones atmosféricas y
desarrollar valoraciones regionales y globales periódicamente porque no requieren
grandes inversiones para realizar las investigaciones, ni se necesitan hacer extensivos
trabajos de campo lo que permite tener mayor cobertura tanto temporal como espacial
de la biomasa consumida por el fuego (Kerr and Ostrovsky. 2003).
24 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire en dos ciudades
colombianas
1.9 Modelo de simulación lagrangiana HYSPLIT
HYSPLIT (Hibrid Single Particle Lagrangian Integrates Trajectory Model) es un modelo
de simulación lagrangiana que predice las trayectorias simples y complejas de las
parcelas de aire y la dispersión de contaminantes a través de distintas distancias
haciendo uso de las imágenes obtenidas a través de los sensores satelitales como
MODIS.
El programa utiliza registros meteorológicos históricos para generar los modelos
predictivos, delimitando las áreas de estudio mediante coordenadas de las zonas a
simular con el fin de obtener la trayectoria de los vientos para estudiar la procedencia
geográfica de los posibles contaminantes que viajan a través de las masas de aire
durante grandes distancias y que pueden formar parte de las inmisiones de las zonas
analizadas.
Para trabajar el modelo no es necesario instalar una aplicación en el ordenador, el
programa funciona directo desde la red y puede realizar simulaciones de ceniza
volcánica, modelos de dispersión y modelos de trayectoria, que utilizan las bases de
datos históricas para hacer las simulaciones determinadas.
La dispersión de un contaminante mediante el modelo se calcula ya sea como pluma de
contaminante o partícula en dispersión, si se trabaja como pluma el modelo asume que
esta se expande hasta superar los limites horizontales y verticales y se divide en varias
plumas nuevas conservando su masa. Para el modelo de partícula la configuración
asume una distribución en tres dimensiones y cada una de ellas es llevada a la
componente turbulenta a través del aire.
El modelo es muy útil ya que mediante su uso se ha podido determinar las trayectorias
de los contaminantes producidos en los incendios forestales, que es nuestro caso de
estudio sobre distintas zonas a nivel mundial, como por ejemplo en Rusia en el año 2003,
en la península Ibérica en el 2006 y en Ontario Canadá en el 2010 entre otros.
(Dempsey, 2013; Adame et al., 2012).
Marco teórico 25
2. Metodología
Dentro del análisis realizado en este trabajó fue necesario contar con los datos de las
redes de monitoreo de calidad del aire de las ciudades de interés, que fueron Bogotá
Bucaramanga y Medellín. El análisis se centró principalmente sobre el material
particulado menor a 10 micrómetros (PM10), pues es el contaminante que más se ha
monitoreado en todas las redes y del cual se disponen más datos y el que regularmente
ha excedido el límite máximo permitido en los monitoreos. Se incluye también el material
particulado inferior a 2.5 micras (PM2.5) y el monóxido de carbono (CO).
Con los resultados obtenidos de los contaminantes y la cantidad de incendios producidos
tomados a través de MODIS (Moderate resolution Imaging spectro radiometer) de la
NASA, se hizo una comparación para el periodo de estudio que se estableció desde el
año 2002 hasta el 2013 tomando un dominio de 2000X2000 Km con Bogotá en el centro.
Se analizó también la relación de los incendios y los datos de las redes con la
precipitación (TRIM) que se dio en los años de análisis, con el fin de corroborar lo ya
descrito por otros autores referente a la estacionalidad y al aumento de los incendios. Los
datos de precipitación media diaria se obtuvieron a través de Giovanni.
(Geospatial Interactive Online Visualization ANdaNalysisInfrastructure).
Finalmente para trazar las trayectorias de las parcelas de aire que transportan los
contaminantes provenientes de los incendios y determinar el origen de las masas de aire
para ver la influencia real que tienen los incendios sobre la calidad del aire de las ciudades
estudiadas se utilizó el modelo HYSPLIT (Hybrid Single-
ParticleLagrangianIntegratedTrajectory Model.
28 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
2.1 Análisis de los datos de las redes de monitoreo de calidad del aire de las ciudades de estudio
Cada red de monitoreo de calidad de aire cuenta con estaciones que miden distintos
parámetros. Para el análisis se tomaron todas las estaciones disponibles de cada red con
datos suficientes para los contaminantes escogidos durante el periodo de estudio. Es
decir, las estaciones que contaban con más del 75% de los valores válidos fueron las que
se seleccionaron.
2.1.1 Análisis de los datos de la corporación autónoma regional para la defensa de la meseta de Bucaramanga-CDMB
Los valores de la concentración de este contaminante se utilizan para calcular el
promedio diario (24 horas) durante todos los años de estudio. Los datos seleccionados
están por encima del 75% sobre el total para el periodo de estudio tomados desde el
momento en que las estaciones empiezan a reportar.
De la misma manera que para PM10 se hizo el análisis con el monóxido de carbono
(CO). Las estaciones que miden este contaminante y que cuentan con los suficientes
datos son: Ciudadela, Chimita Móvil y Florida. La estación de florida reportó datos hasta
mayo de 2007. También se tuvo en cuenta el promedio diario del contaminante que fue
reportado directamente por la red de monitoreo.
Tanto para PM10 como para CO se tomó el promedio aritmético diario de todas las
estaciones que cumplían con la cantidad mínima de datos. Para PM2.5 no se cuenta con
datos suficientes para realizar el análisis. La tabla 2.1 muestra la cantidad de datos
válidos de las estaciones tomadas por contaminante.
Tabla 2-1: Porcentaje de datos disponibles para la red de Bucaramanga
Contaminante Estaciones
CENTRO CHIMITA MOVIL
CIUDADELA FLORIDA
PM10 93% 93% 92% 98
CO N/A 94% 78% 94%
Fuente: el autor.
Metodología 29
2.1.2 Análisis de los datos de la red de monitoreo de calidad del aire del área metropolitana del Valle de Aburrá-AMVA
De acuerdo con los datos suministrados por el operador de la red en el área
metropolitana del Valle de Aburrá se encontró que hay mediciones de la concentración
de PM10 desde el año 2003. Sin embargo, las mediciones arrancaron de forma manual
en las estaciones de Centro, Corantioqua y Guayabal. La medición se hizo hasta el
2007.
A partir de este año, doce estaciones empiezan a reportar de forma automática, pero la
cantidad de datos que reportan no son superiores 75%. Solo cuatro estaciones de las
doce tienen el número necesario de datos para el análisis. Estas son: Politécnico, San
Antonio, Ditaires y Girardota Colegio. Con cada una de ellas se obtuvo el promedio diario
de PM10 y posteriormente se calculó el promedio aritmético diario de las cuatro
estaciones para obtener el valor general del material particulado.
No se pudo evaluar antes del año 2007 ya que la única estación que tiene una cantidad
de datos significativa es Guayabal, pero el porcentaje de datos funcionales no alcanza al
75%
Para PM2.5 se reportan datos a partir del año 2008 pero los valores reportados no
alcanzan al 75% de datos confiables. Por tanto para este contaminante se decidió
establecer un porcentaje del 70% para poder utilizar los valores de las estaciones
Poblado CES, Itagüí Casa de la Justicia (ITA CJUS), Aguinaga, Ditaires, Politécnico,
Universidad Nacional (UNFM) e Itagüí Colegio Concejo (ITA CONC) Con estas
estaciones se obtuvo el promedio diario de PM2.5 utilizado en el análisis.
Para monóxido de carbono (CO) no hay una cantidad de datos suficientes en la red para
realizar el análisis. En la tabla 2.2 se muestra la cantidad de datos disponibles para
AMVA
Tabla 2-2: Porcentaje de datos disponibles en la Red del Valle de Aburrá (Fuente: El
autor)
Contaminante
Estaciones
Politéc-nico
San Antonio
Ditaires Girardota Colegio
Poblado CES
Agui -naga
ITA CONC
UNFM ITA CJUS
PM10 78% 84% 75% 83% N/A N/A N/A N/A N/A
PM2.5 73% N/A 72% N/A 82% 70% 96% 96% 81%
30 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
2.1.3 Análisis de los datos de la red de monitoreo de calidad del aire de Bogotá
Para la ciudad de Bogotá el análisis se hizo sobre los tres contaminantes propuestos
para los cuales se tomó el promedio diario de todas las estaciones seleccionadas por
contaminante. Para el PM10 las estaciones seleccionadas bajo este criterio fueron
Carvajal, Fontibón, Las Ferias, Puente Aranda y Suba. Los datos para el análisis se
tomaron desde al año 2002 hasta el 2013.
Para el PM2.5 aunque desde al año 2004 hay reportes en la estación parque Simón
Bolívar, no se cuenta con datos suficientes para que esta estación complete el análisis.
En el año 2005 la estación Kennedy empezó a reportar también PM2.5 pero solo hasta al
año 2006 la cantidad de datos no reportados se vuelve inferior al 15%. Para el año 2014
seis estaciones (PSB, Suba, Kennedy, Tunal, Min ambiente Y San Cristóbal) estaban
reportando las concentraciones de este contaminante pero estos datos no forman parte
del análisis por encontrarse fuera del período de estudio y no ser suficientes. Al ser la
estación de Kennedy la única que a partir del año 2006 reporta una cantidad de datos
suficientes que permiten el estudio, es esta la única estación de la red de Bogotá que se
toma en cuenta para establecer la comparación para PM2.5.
En cuanto al monóxido de carbono CO se tomaron los datos a partir del 01 de enero de
2007 para cuatro estaciones, Carvajal, Fontibón, las Ferias, y Puente Aranda todas
tienen datos suficientes lo cual permitió realizar el análisis. En la tabla 2.3 Se resume el
porcentaje de datos disponibles para las estaciones de la red de monitoreo de calidad del
aire de Bogotá.
Tabla 2-3: Porcentaje de datos disponibles para la Red de monitoreo de Bogotá
Contaminante
Estaciones
Carvajal Fontibón Ferias Puente Aranda
Suba Kennedy
PM10 89% 83% 80% 93% 78% N/A
PM2.5 N/A N/A N/A N/A N/A 81%
CO 87% 75% 91% 75% N/A N/A
Fuente: el autor
Metodología 31
2.1.4 Suavización de los datos de las redes de monitoreo de calidad del aire de las distintas ciudades
Se calculó un promedio global diario para los contaminantes estudiados tomando los
datos de cada estación analizada por red. De esta forma, para cada día de cada año
dentro del periodo de estudio hay un valor global que le corresponde.
Bebido a que en las estaciones se presentan fluctuaciones y los datos tomadas están
influenciados por varios factores y para reducir el efecto que tienen las otras fuentes de
emisiones (fijas, móviles) en las concentraciones de calidad del aire se empleó la media
móvil como técnica de suavización. (Ver ecuación 2.1)
( )
∑ ( ) (2.1)
Donde
CMM: corresponde al valor suavizado media móvil para cada día desde t=1 hasta 7
t: día escogido para suavizamiento.
C (t): Valor promedio para el día del análisis sin suavizar.
2.2 Incendios para el periodo de estudio.
Para obtener la información de los puntos calientes causados por los incendios forestales
para analizar los efectos de las quemas producidas y su influencia en las tres ciudades.
Se definieron dos dominios. El primero comprende un área de 500KmX500Km con
Bogotá en la parte central y que cubre a Bucaramanga por el lado nororiental y a
Medellín por el límite noroccidental. Este dominio evalúa un efecto local a nivel Colombia
ya que está cubriendo las quemas ocurridas en territorio colombiano, y se miden los
efectos sobre Bogotá principalmente. El segundo dominio corresponde a un área de
2000KmX2000Km, este espacio ya cubre un efecto regional, pues comprende a toda
Colombia, parte de la selva del Brasil, y la zona del Orinoco incluyendo Venezuela que
de acuerdo con la literatura estudiada previamente es donde se produce la mayor quema
de biomasa que puede afectar las ciudades Colombianas en estudio.
La detección de focos activos y zonas de quema para cuantificar la actividad global de
los incendios forestales en términos de la cantidad de quemas que se presentaron
32 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
durante el periodo comprendido entre los años 2003 a 20013 se efectuó haciendo uso de
las imágenes obtenidas por medio del espectroradiómetro de imágenes de resolución
moderada de la NASA(MODIS) ubicado sobre el satélite Terra y cuyo acceso se realiza a
través de la web y que hace un barrido terrestre en el cual mediante múltiples canales
detecta las anomalías térmica ocurridas en la superficie de la tierra.
MODIS contiene la información actualizada desde los últimos siete días hasta las
veinticuatro horas anteriores al presente, y se pueden consultar a través de la
herramienta Active Fire Data. También a través de sus herramientas y el barrido terrestre
que realiza puede generar imágenes que incluyen la nubosidad, el área terrestre, el agua
y los incendios forestales si es necesario todo este detalle.
Si se quieren datos anteriores a 7 siete días la herramienta permite localizar puntos hasta
de dos meses e incluso años atrás a través de los archivos contenidos en la base de
datos sobre los satélites Terra y Aqua solamente se debe ingresar en la zona de Web
Fire mappere (WFM) los datos de las fechas en las que se desea ver los puntos calientes
producidos por los incendios. La fuente base (Data Source) es FIRMS Near Real Time y
la fuente satelital (satellite source) es Aqua y Terra. La fecha de análisis se coloca en
customs. Para visualizar los puntos y detallar las áreas de estudio solo es necesario
hacer zoom en el mapa global. En la Figura 2-1 Se ilustra la página de ingreso de los
datos.
Figura 2-1: Página de ingreso de los datos sobre WFM (MODIS,2015)
Fuente:http://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/firemap/2007-01-29&e=2007-02-12
Metodología 33
MODIS permite además obtener en formato (.csv) los datos de los incendios mediante la
herramienta Archive download tool. Donde se crea una solicitud, se ingresan las
cocordenadas de la zona de estudio, las fechas y el tipo de formato en el que se desea
obtener la información. Con esta información se realizaron los conteos diarios para cada
año dentro del periodo de estudio en los dominios de interés. Estos valores se graficaron
para poder analizar el comportamiento de las quemas así como visualizar los picos
presentados en cada periodo.
2.3 Determinación de las trayectorias de las masas de aire a través del modelo Lagrangiano HYSPLIT
Para poder determinar el desplazamiento de las masas de aire hacia las ciudades de
interés se utilizó el modelo HYSPLIT (Hybrid Single-ParticleLagrangianIntegrated
Trajectory Model) es un modelo de dispersión lagrangiana para trazar trayectorias simples y
complejas de las parcelas de aire a través de las zonas específicas. Las trayectorias que se
trazaron se movían hacia las ciudades de estudio tomando incluso hasta 120 horas anteriores
a la fecha de análisis. De esta forma se puede visualizar de manera correcta todas las
trayectorias a través de la parte norte de Suramérica, ya que las masas de aire dependiendo de
la velocidad se demoran hasta cinco días en llegar a ciudades como Bogotá o Medellín.
Para que la modelación sea correcta, se deben proporcionar las coordenadas de las ciudades a
las cuales se quiere modelar la trayectoria, en el caso de Bogotá en grados decimales la latitud
tiene un valor de 4.6N y en longitud 74.1W. Para Bucaramanga Latitud:7.0621N y Longitud
73.0938W y para Medellín latitud 6.2437N y longitud 75.5767W.
Posteriormente se le indica al programa la semana en la que se quiere modelar y se determina
la cantidad de horas en las cuales se quiere ver la trayectoria. Para las modelaciones realizadas
en las fechas escogidas la hora en la que comienza la trayectoria es a las 00:00 UTC y a partir
de este punto se cuentan las 120 horas teniendo en cuenta que la altura en la que se realiza el
trazado es de 500m que es la altura que se considera adecuada parra comprender el
comportamiento de las masas de aire en la capa límite planetaria.(McGowan and Clark,
2008).
34 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Las trayectorias pueden ser simples o múltiples hay que aclarar que la resolución espacial de
los datos de entrada es de un grado sobre la horizontal, 0.01 unidades sigma (cerca de 25m) en
la vertical y 24 niveles de resolución vertical y seis horas de cobertura temporal (Cottle et al.,
2014).
Al trazar la trayectoria esta se toma como un cubo tridimensional con el centro en la
ciudad de estudio. Al tomar múltiples trayectorias el programa toma tres planos y a cada
uno le asigna 9 trayectorias, cada plano a +/- 0.1 sigma (cerca de 250m). Las 9
trayectorias en cada plano representan todas las combinaciones en los planos X, Y y Z.
para un total de 27 trayectorias (Draxler et al., 2015).
La escogencia de las trayectorias a trazar mediante este modelo se determinan de
acuerdo con el comportamiento del material particulado tanto PM10 como PM2.5 y su
relación directa con el aumento de los incendios en cada una de las ciudades de estudio.
Lo que se buscó fue picos atípicos correlacionados con el aumento de los puntos de
quema. Una de las fechas en que se presentó este fenómeno y que se ve similar en las
tres ciudades fue el periodo comprendido entre el 29 de enero al 12 de febrero de 2007.
Periodo en el cual el comportamiento de los contaminantes y el número de incendios
incrementó notablemente.
En las figuras 2-2 y 2-3 se ilustra el trazado de una trayectoria Simple a través de
HYSPLYT para el 29 de enero de 2007 sobre Bogotá y Bucaramanga y en la figura 2.4
se muestra la trayectoria múltiple para Medellín en el miso periodo de tiempo. En la tabla
2-4 se ilustran los parámetros ingresados para obtener las trayectorias.
Tabla 2-4: Parámetros en HYSPLIT Para corrida en Bogotá (Draxler et al., 2015)
Parámetro Valor Parámetro Valor
HYSPLT trayectory Model
Compute archive trayectories
Total run time 120
Type of trayectory Normal/Ensamble Max number of trayectories 24
Meteorology GDAS (1 degree, global, 2006-predict)
Level 1 height 500 meters AGL
Latitude 4.6N GIS output of control none
Longitud 74.1W Plot resolution (dpi) 96
Trayectory direction backward Zoom factor 70
Vertical motion Model vertical velocity
Metodología 35
Figura 2-2:. Trayectoria simple para Bogotá Enero 29 de 2007 (Draxler et al.,2015)
Figura 2-3:. Trayectoria simple para Bucaramanga Enero 29 de 2007 (Draxler et al.,2015)
Figura 2-4:. Trayectoria múltiple para Medellín enero 29 de 2007. (Draxler et al.,2015)
36 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
2.4 Determinación de correlación entre la concentración de contaminantes y la cantidad de incendio forestales.
Para determinar las características comunes relevantes entre la concentración de
Material particulado tanto PM10 como PM2.5 y CO y la cantidad de incendios producidos
en las diferentes ciudades para el periodo de estudio, se utilizó un sistema de correlación
cruzada.
Mediante el análisis de correlación se estudió la influencia que tienen los incendios
forestales sobre la inmisión detectada por las estaciones de monitoreo sobre las
ciudades analizadas, teniendo en cuenta que dependiendo del tipo de quema, se
producen en mayor o menor concentración un contaminante específico.
También se hizo necesario encontrar la relación existente entre la cantidad de
precipitación de agua y el número de incendios producidos pues estas dos variables
afectan la concentración de contaminantes sobre todo de material particulado cuando la
cantidad de incendios aumenta y la cantidad de precipitación disminuye.
Metodología 37
3. Resultados
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos en los dominios seleccionados de
2000X2000 Km y 500X500Km, y las concentraciones de PM10, PM2.5 y CO registradas
en Medellín, Bucaramanga y Bogotá, desde el año 2002 al año 2013.
3.1 Incendios forestales en los dominios de estudio
La cantidad acumulada de incendios se presenta en la figura 3.1, donde se aprecia que
en el dominio más grande ocurrieron desde 28000 a 69000 incendios por año. Los años
con mayor ocurrencia de incendios son el 2003, 2004, 2007 y 2010 donde se presentaron
eventos entre 50000 y 70000 incendios por año. Y los años con menor cantidad de
incendios ocurridos son el 2002 seguido por el 2011 donde la cantidad de focos
encontrados no asciende a los 30000.
Muchos de los focos de incendio presentados tienen origen en las zonas de los llanos de
la Orinoquía colombiana y venezolana, siendo en mayor cantidad en la zona venezolana,
sin embargo no es posible determinar cuantos de estos son de origen natural y cuantos
de origen antropogénico.
Figura 3-1: Incendios producidos en el periodo 2002-2013 (MODIS, 2015)
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Nú
me
ro d
e In
cen
dio
s
Año
Área 500x500Km
Área 2000X2000 Km
40 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
De acuerdo con la información de la figura 3-1 se ve que uno de los años de mayor
incidencia de incendios forestales es el 2007, con 63.257 eventos. Este año es reportado
como un periodo seco sobretodo en los tres primeros meses del año. Lo que significa
que al disminuir las lluvias e intensificarse la sequía las zonas se vuelven más
vulnerables hacia las quemas.
Una de las temporadas en el año 2007 en la que más eventos forestales se presentaron
(13.412 incendios) fue el periodo comprendido entre el 29 de enero y el 12 de febrero.
Este periodo se escogió en el estudio por ser uno de los más representativos y que
presenta picos en las concentraciones de material particulado PM10 y PM2.5 para las
tres ciudades de estudio. En la figura 3-2 se observan los incendios forestales obtenidos
a través de MODIS para ese periodo.
Figura 3-2: Incendios del 29 de enero al 12 de febrero de 2007 (MODIS,2015)
3.2 Incendios forestales y precipitación
Desde el año 2002 a 2013 se encuentra un comportamiento bimodal de la precipitación
acumulada anual en mm. La cantidad de lluvia por año tiene un mínimo de 2287mm en el
año 2013 y un máximo de 2574mm en el año 2010. El comportamiento promedio para el
periodo corresponde a 2409 mm, en la figura 3-3 se observa el comportamiento descrito.
Resultados 41
Figura 3-3: precipitación anual acumulada en la zona de influencia (NASA)
De acuerdo con la figura 3.3 los años de menor precipitación fueron 2002, 2003, 2004,
2009 y 2013, los años 2007 y 2010 presentaron entre 2500 y 2600 mm en precipitación
acumulada sin embargo como se verá mas adelante en los mese secos de estos años
(enero a abril) es cuando más incendios se producen.
En el anexo A se encuentra el análisis comparativo de la cantidad de incendios
producidos y la precipitación diaria acumulada para los años 2003, 2004 y 2010.
El año 2007 fue intenso en el número de incendios producidos, se encuentra que sobre
todo entre los meses de febrero y marzo hay un pico mayor a 1000 incendios cuando la
precipitación diaria desciende a un valor entre 0.7 a 2mm es decir, fue un periodo
bastante seco que intensificó las quemas. Este comportamiento se ve en la figura 3-4.
2100
2150
2200
2250
2300
2350
2400
2450
2500
2550
2600
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Pre
cip
itac
ión
mm
/añ
o
Año
42 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Figura 3-4: Incendios forestales y precipitación diaria para el año 2007 (NASA; MODIS,
2015)
De acuerdo con este análisis se encuentra que para todos los años mencionados hay un
periodo seco normalmente más intenso en los meses de enero a abril donde
definitivamente se encuentra una relación inversamente proporcional entra la cantidad de
precipitación y los incendios forestales producidos.
Se ve también como un aumento en los mm de lluvia por encima de los 2mm puede
disminuir notablemente la cantidad de focos presentados. Además para estos cuatro
ener
o
Feb
rero
Mar
zo
Ab
ril
May
o
Jun
io
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
Oct
ub
re
No
viem
bre
Dic
iem
bre
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Año 2007
Pre
cip
itac
ión
en
mm
/Day
ener
o
Feb
rero
Mar
zo
Ab
ril
May
o
Jun
io
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
Oct
ub
re
No
viem
bre
Dic
iem
bre
0
2
4
6
8
10
12
Año 2007
Pre
cip
itac
ión
en
mm
/Day
Resultados 43
años el comportamiento de abril hasta noviembre es muy similar. Cuando el nivel de
precipitación diaria aumenta, la cantidad de focos activos disminuye casi totalmente.
Se puede considerar que el periodo noviembre diciembre para estos años es un periodo
de transición en donde la cantidad de lluvia va disminuyendo y se va acercando al
periodo seco que se exhibe en los primeros meses de cada año estudiado.
Se calculó un índice de correlación entre estas dos variables de 0.66 lo que indica que la
relación entre los focos activos y la precipitación están relacionadas como se mencionó
en los párrafos anteriores.
3.3 Incendios forestales y concentraciones de contaminantes
En este estudio se analizaron las concentraciones de material particulado inferior a 10
micras (PM10), inferior a 2.5 micras (PM2.5) y monóxido de carbono (CO) los incendios
forestales producidos para las ciudades de Bucaramanga, Medellín y Bogotá desde el
año 2002 al 2013.
3.3.1 Material Particulado (PM10)
Para la ciudad de Bogotá desde el año 2002 hasta el 2007 se encuentran
concentraciones de material particulado que oscila entre (80-140 µg/m3) en los periodos
secos y que se correlacionaron con el número de incendios forestales. En la tendencia
que se muestra en la figura 3.5 se ve claramente como varios valores pico en la cantidad
de incendios forestales coinciden con el aumento en la concentración de material
particulado PM10 sobre las mismas fechas.
El coeficiente de correlación (R) calculado para las concentraciones promedio diarias de
PM10 registradas en todos los años y el número de incendios producidos en el dominio
de 2000x2000 Km es de 0.47 lo que indica que hay una clara relación entre estas dos
variables para la ciudad de Bogotá.
La ciudad de Bucaramanga exhibe un comportamiento similar a Bogotá inclusive hasta el
año 2008. Después de este año hay un descenso de las concentraciones a menos de 80
µg/m3) que se mantiene hasta el 31 de diciembre de 2011 que es el último año de reporte
que se tiene para esta red. El coeficiente de correlación entre el PM10 y el número de
44 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
incendios forestales para la ciudad de Bucaramanga fue 0.49 lo que marca una relación
directa entre las dos variables.
En La ciudad de Medellín el comportamiento del material particulado oscila entre (50-80
µg/m3). El coeficiente de correlación de 0.42 muestra una relación directa entre el PM10 y
los incendios producidos en el dominio de 2000X2000Km.
Se observa además que para todos los centros urbanos estudiados hay un descenso en
la cantidad incendios producidos en la región y las concentraciones reportadas de PM10
a partir del año 2008 sin que se presente un cambio significativo en el comportamiento
de la precipitación diaria.
Resultados 45
Figura 3-5: Incendios forestales y PM10 Bogotá, Medellín y Bucaramanga
(MODIS;SVCA,2015)
46 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
De la gráfica anterior se deduce que el aumento de material particulado se ve
influenciado por el aumento de los incendios forestales en los años de estudio lo que
también es corroborado por los índices de correlación encontrados para los tres centros
urbanos.
3.3.2 Material Particulado inferior a 2.5 micras (PM2.5)
Para este análisis se tomaron solamente Bogotá y Medellín pues solo se cuenta con
registros de este contaminante en estas dos ciudades. En la figura 3.6 se presentan las
concentraciones de PM2.5 disponibles en las dos ciudades junto con el número de
incendios forestales producidos en todo el periodo de estudio.
Se ve que las concentraciones de este contaminante para la ciudad de Bogotá en los
puntos críticos sobrepasa los 50 µg/m3 y en algunos momentos llega hasta 90 µg/m3
oscilando la mayor parte del tiempo sobre 40 µg/m3 .
Para la Ciudad de Medellín a diferencia de Bogotá los valores de la concentración de
PM2.5 en el período de estudio no sobrepasan los 52 µg/m3 y su comportamiento oscila
entre (20-40 µg/m3).
Se observa un aumento en las concentraciones de PM2.5 en las dos ciudades en las
épocas en las que se presenta un aumento de la cantidad de incendios forestales
detectados, que corresponden en su mayoría a las épocas de verano para cada uno de
los años estudiados.
Los coeficientes de correlación calculados entre el PM2.5 y los incendios forestales
producidos para Bogotá y Medellín son de 0.44 y 0.47 respectivamente, esto indica una
correlación clara para estos datos.
Resultados 47
Figura 3.6: Incendios forestales y PM2.5 Bogotá y Medellín (MODIS;SVCA,2015)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600 In
cen
dio
s p
or
día
Incendios en área 2000Kmx2000Km"
Incendios en área 500KmX500Km"
0
20
40
60
80
100
PM
2,5
en
µg/
m3
Bogotá
0
10
20
30
40
50
60
PM
2,5
en
µg/
m3
Medellín
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Año
Pre
cip
itac
ión
en
mm
/Day
48 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
3.3.3 Monóxido de carbono (CO)
Este estudio se hizo para las ciudades de Bogotá y Bucaramanga, donde hay suficientes
datos para realizar el análisis. En la figura 17 se presenta el resultado obtenido,
mostrando que las concentraciones de CO oscilan entre (0.5-2 µg/m3) para ambas
ciudades, eventualmente se encuentra un aumento superior a este valor. Se observa
además que para el año 2007 hay un aumento del contaminante evaluado en Bogotá y
concuerda con el aumento de los incendios presentados para este mismo periodo.
El periodo 2002-2007 se evaluó con los datos de la red de monitoreo de la meseta de
Bucaramanga ya que para Bogotá y Medellín no hay suficientes datos, sin embargo y
aunque hay aumento en las concentraciones para los periodos estudiados no todas
coinciden con el aumento de los focos de incendios activos en el mismo periodo. El
coeficiente de correlación obtenido entre las concentraciones de CO disponibles y el
número de incendios forestales presentes en la región es de 0.1, ésto no sugiere una
relación directa entre estas dos variables.
Para Bogotá, se observa una tendencia similar en el cambio de los datos entre los
incendios producidos y las concentraciones de Monóxido de carbono durante el periodo
2007-2013, encontrando en años como 2007, 2010 y 2012 aumentos en el nivel del
contaminante que coinciden de manera parcial con el aumento de los incendios
forestales en el dominio estudiado. El coeficiente de correlación entre estas dos variables
es de 0.09, ésto sugiere al igual que en la ciudad de Bucaramanga que no hay una
relación entre estas dos variables.
Esto se puede explicar porque a medida que las partículas de aerosol se van alejando de
la fuente del incendio, la composición inicial de la pluma cambia debido a la interacción
con la humedad atmosférica y a las reacciones fisicoquímicas que se presentan después
de la quema. (Chuang et al., 2013).
También porque las concentraciones de monóxido de carbono (CO) y iones como potasio
K+, amonio NH4+ y sulfato, en varios casos dependen del tipo de vegetación que se esté
consumiendo en el fuego. Por ejemplo: en el incendio producido en Rusia en el 2003 se
detectaron altas concentraciones de CO durante 17 días incluso estas se movieron de
Resultados 49
manera transcontinental y esto se debe a que la vegetación quemada en su gran mayoría
estaba constituida por bosques de coníferas (Mattis et al., 2003)
En el estudio hecho por Ryu et al.,(2007) Se encontró además que los contenidos de
contaminantes en las parcelas de aire también dependen de la zona del mundo donde se
produzca la quema, es decir; son distintas para la Amazonía, Asía, Europa y África.
50 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Figura 3-7: Incendios forestales y CO para Bogotá y Bucaramanga (MODIS;SVCA,2015)
0
500
1000
1500
2000
Ince
nd
ios
po
r d
ía
Incendios en área 2000Kmx2000Km"
Incendios en área 500KmX500Km"
0
0,5
1
1,5
2
2,5
CO
en
µg/
m3
Bogotá
0
0,5
1
1,5
2
2,5
CO
en
µg/
m3
Bucaramanga
0
2
4
6
8
10
12
14
16
año
Pre
cip
itac
ión
en
mm
/Day
Resultados 51
3.4 Trayectorias de las masas de aire hacia las ciudades de estudio
En este trabajo se escogieron los periodos de mayor concentración de material
particulado PM10 y PM2.5 para cada uno de los centros urbanos y a través de HYSPLIT
se trazaron las trayectorias hacia las ciudades estudiadas para determinar en donde se
originan las masas de aire.
Los episodios más representativos para PM10 corresponden al periodo del 28 de febrero
al 14 de marzo del 2002 para Bogotá y Bucaramanga; del 29 de enero al 12 de febrero
del 2007 y del 8 al 17 de febrero de 2010 para las tres ciudades.
En cuanto al material particulado menor de 2.5 micras PM2.5 se escogió el periodo
desde el 7 hasta el 14 de marzo del 2009. En el que hay un aumento de la concentración
del contaminante en las dos ciudades estudiadas (Bogotá y Medellín) y se presenta
también un aumento de los incendios forestales en el dominio analizado.
Como resultado para el año 2007 se observa que para todos los periodos dentro de los
episodios escogidos las masas de aire provienen mayormente de las sabanas
venezolanas y en algunos casos también cruzan el Orinoco Colombiano, lo que
corrobora estudios realizados anteriormente en los que se aseguró que las masas de aire
con contaminantes producto de la quema de biomasa en Venezuela pueden viajar a
través de grandes distancias e incluso pueden llegar hasta las Islas Galápagos.
(Hambuerger et al., 2013).
En Bogotá y Bucaramanga las concentraciones PM10 para esta fecha de estudio son
mayores que para Medellín, y esto se debe a que los focos de incendios forestales
activos están concentrados en Venezuela y en el Orinoco Colombiano (figura 3-2) y las
trayectorias de las masas de aire llegan directamente hacia estos dos centros urbanos.
En cambio para Medellín una parte de las masas vienen directamente de Venezuela,
pero otras cruzan la zona Caribe Colombiana, en la que la cantidad de focos activos es
poco significativa si se compara con la zona norte de la Orinoquía suramericana.
52 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
En las figuras 3.8 y 3.9 se observa las trayectorias de las masas de aire hacia Bogotá y
Medellín para el periodo escogido en el año 2007. No se muestra la trayectoria hacia
Bucaramanga ya que las masas de aire que se dirigen hacia Bogotá pasan sobre esta
ciudad.
Resultados 53
Figura 3-8: Trayectorias desde 29 de enero al 12 de febrero 2007 Bogotá (Draxler et al.,
2015)
54 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Figura 3-9: Trayectorias desde 29 de enero al 12 de febrero 2007 Medellín (Draxler et
al., 2015)
Resultados 55
El mismo análisis para el 2007 se realizó para los otros periodos propuestos tanto para
PM10 como para PM25. Las gráficas de focos activos para febrero de 2010 y marzo del
2009 se encuentran en el anexo B. Y las trayectorias de las masas de aire se encuentran
en el Anexo C.
En el periodo del 8 al 17 de febrero 2010 que también aplica para las tres ciudades se ve
que tanto para Bucaramanga como para Medellín las masas de aire no solamente
recogen los contaminantes provenientes de Venezuela, sino que también la costa Caribe
colombiana, afectando la concentración de PM10 de los dos centros urbanos debido a la
cantidad de focos activos que hay es esta fecha en esta zona del territorio. (anexo .B)
Al comparar las trayectorias que llegan a Medellín con las concentraciones de PM2.5
especialmente en los días 12,13 y 14 de marzo del 2009 donde hay un aumento de la
concentración (50-51 µg/m3) se observa que no solamente están influenciadas por las
quemas producidas en las sabanas venezolanas, sino que también por las quemas
producidas en la región Caribe colombiana en la cual en estas fechas tenía una
cantidad de focos activos considerable (anexo C).
Finalmente se encuentra que para Bogotá parte de las concentraciones de material
particulado definitivamente son provenientes de las quemas en Venezuela que son
arrastradas hacia Colombia en la misma dirección de los focos activos. Estas parcelas de
aire al entrar al territorio Colombiano recogen los contaminantes de los incendios
producidos en la zona de los llanos, principalmente en los departamentos de Arauca y
Casanare y luego forman parte de la inmisión del centro urbano.
56 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
4. Conclusiones y recomendaciones
4.1 Conclusiones
En el presente trabajo se evaluó el efecto de los incendios forestales ocurridos
durante los años 2002 al 2013 en la zona norte de Sur América, sobre las
concentraciones de material particulado PM10 y PM2.5, y Monóxido de carbono
CO; en dos centros urbanos colombianos, Bucaramanga y Medellín los cuales se
compararon con Bogotá. Haciendo uso de herramientas como el modelo
Lagrangiano HYSPLIT, al igual que MODIS Active Fire Data de las cuales se
encontró que son herramientas bastante útiles para determinar de forma indirecta
los efectos planteados en este trabajo.
Para determinar las características comunes relevantes entre la concentración de
Material particulado tanto PM10 como PM2.5 y CO y la cantidad de incendios
producidos en las diferentes ciudades para el periodo de estudio, se utilizó un
sistema de correlación cruzada, mediante el cual; Se encontró un coeficiente de
correlación (R) mayor a 0.4 para PM10 y PM2.5 en las ciudades de estudio, lo
que es indicativo de que existe una relación directa entre la cantidad de incendios
producidos en el dominio trabajado y las concentraciones de estos
contaminantes. Para monóxido de carbono CO no hay una relación entre las
concentraciones medidas de este contaminante y los incendios forestales. La
correlación obtenida es muy baja: 0.1 para Bucaramanga y 0.09 para Bogotá.
Mediante el análisis de las gráficas generadas de los datos obtenidos de MODIS y
GIOVANNY para incendios y precipitación se encontró que hay una relación
directa entre los incendios forestales (30 a 70 mil por año), los periodos secos y
húmedos y la precipitación dentro de la zona norte de sur América. Este estudio
determinó que los mayores incendios forestales se producen en las épocas secas
58 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
(enero a Abril) y corresponde a periodos de baja precipitación. Además se
correlacionó la precipitación diaria con la cantidad de incendios producidos
encontrando una relación inversamente proporcional marcada por un índice de
correlación de 0.66.
Mediante el modelo Híbrido Lagrangiano de Trayectoria Integrada de Partícula
(HYSPLIT) se determinaron los orígenes y las trayectorias de las masas de aire
que llegan a las tres ciudades. Con esto se encontró que las quemas producidas
en las sabanas venezolanas y el Orinoco Colombiano, especialmente en los
departamentos de Arauca y Casanare afectan las concentraciones de PM10 y
PM2.5 en Bogotá, Bucaramanga y Medellín.
Al analizar las trayectorias obtenidas a través de HYSPLIT se encontró que hacia
la ciudad de Bogotá las masas de aire se mueven de forma directa desde
Venezuela entrando en la mayoría de los caso a Colombia por la parte nor-
occidental de los llanos (Arauca y Casanare) por lo tanto la inmisión en este
centro urbano se ve afectada en la mayoría de los casos solo por los
contaminantes producidos en los incendios del Orinoco colombo- venezolano. En
cambio, para Bucaramanga y Medellín se encontró que las concentraciones se
ven afectadas no solo por las emisiones provenientes de las quemas en las
sabanas venezolanas, sino también de la costa Colombiana debido al cambio de
trayectoria de las parcelas de aire que se dirigen a estas dos ciudades.
En el análisis hecho de las trayectorias de las masas de aire en los periodos del
7 al 14 de marzo del 2009 y del 8 al 17 de febrero de 2010 en los cuales se
presentó un aumento del material particulado PM10 y PM2.5 y un pico en la
cantidad de incendios producidos, se encontró para Bucaramanga que las
trayectorias de las masas de aire salieron de Venezuela pero una parte entró al
territorio colombiano a través de la Guajira recorriendo la costa atlántica para
dirigirse a través del departamento del Cesar hacia Santander. Y para Medellín se
encontró que las masas de aire que parten de Venezuela vienen acompañadas
en su recorrido por todo los que se produce en la costa Atlántica ya que la
entrada a la zona de Antioquia se hace en todos los casos analizados por el
Conclusiones 59
departamento de Córdoba después de haber recorrido en su totalidad la costa
Norte.
Mediante este estudio que sirve como punto de referencia para el desarrollo de
nuevas investigaciones en Colombia y haciendo uso del modelo lagrangiano
propuesto, se comprobó que lo que suceda en regiones alejadas a los centros
urbanos estudiados puede afectar directamente la calidad del aire de las
ciudades.
Debido a que es la primera vez que se hace un estudio de este tipo en Colombia
mediante el cual se mostró que las emisiones producidas por los incendios
forestales con fuentes en zonas alejadas de los centros urbanos afectan la
calidad de aire de estos. Se espera que este estudio y los siguientes sirvan para
que se desarrollen planes de análisis y prevención en materia de calidad del aire
que tengan en cuenta los efectos de los incendios forestales presentados en este
documento.
4.2 Recomendaciones
Este trabajo es uno de los primeros estudios de este tipo llevados a cabo para la
zona norte de Sur América que incluye especialmente tres ciudades colombianas.
Aquí se evaluó la influencia de los incendios forestales sobre las concentraciones
de material particulado y monóxido de carbono. En futuros estudios se
recomienda evaluar otros contaminantes e incorporar otras variables
meteorológicas, ya que los modelos utilizados tienen muchas herramientas que
no fueron usadas pero que permitirían en un futuro cercano profundizar más en
este tema.
Se recomienda además ampliar el estudio a otros centros urbanos ubicados
dentro de la zona norte de Sur América especialmente en Colombia ya que de
acuerdo a las trayectorias de las masas de aire, estas pueden viajar
transfronterizamente y afectar de manera directa la calidad de aire de otras
ciudades en varios países.
60 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Debido a que las trayectorias de las masas de aire se trazaron mediante el uso
del HYSPLIT que es un modelo lagrangiano, es difícil determinar la influencia de
las emisiones y su interacción sobre los centros urbanos. Para este propósito se
recomienda utilizar un modelo euleriano como WRF-Chem (Weather Research
and Forecasting Model with Chemistry), que puede predecir la variación temporal
de la concentración de los contaminantes, en celdas de un dominio tridimensional
de estudio y considera además, la deposición y los procesos de transporte,
dispersión y transformación en la atmósfera.
De acuerdo con las trayectorias trazadas se vio que las masas de aire viajan a
través de la Orinoquía colombo- venezolana, la costa atlántica e incluso algunas
vienen desde centro América. Por tanto se recomienda estudiar con más detalle
que zonas específicas del norte de Sur América tienen la mayor incidencia sobre
las concentraciones de los contaminantes medidos en los centros urbanos.
En este estudio se determinó el efecto que tienen los incendios forestales sobre la
calidad del aire de dos centros urbano, pero no se determinó si las quemas son
de origen natural o antropogénico, tampoco se sabe de acuerdo con esta
clasificación cual es la proporción de cada uno sobre el total de todos los
incendios producidos para el periodo de estudio, por eso se recomienda en una
próxima investigación analizar este tema.
Al encontrar una correlación entre las concentraciones de material particulado
PM10 y PM2.5 con los incendios forestales producidos se demostró que estos
afectan la concentración de los contaminantes en los centros urbanos, pero no se
estudió cuál es la contribución en cantidad de los incendios forestales y cual es el
aporte de las fuentes locales, motivo por el cual se recomienda realizar este
análisis para tener un estudio más detallado en cuanto a la proporción en que las
diversas fuentes pueden afectar las concentraciones de los contaminantes en las
ciudades.
Conclusiones 61
Se recomienda medir la composición química de las partículas en las ciudades
durante las épocas de los incendios forestales para corroborar los resultados
encontrados en esta investigación.
Finalmente se recomienda también determinar cómo los incendios forestales
afectan la química de la atmósfera en la región y cuales son los efectos reales
sobre la salud de la población en las ciudades colombianas.
62 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
A. Anexo: Incendios forestales y precipitación años 2003, 2004 y 2010
Figura A-1 : Incendios forestales y precipitación diaria año 2003 (NASA; MODIS, 2015)
64 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
Colombianas
Figura A-2: Incendios forestales y precipitación diaria año 2004 (NASA; MODIS, 2015)
Anexo A. Incendios forestales y precipitación años 2003, 2004 y 2010 65
Figura A-3 : Incendios forestales y precipitación diaria año 2010 (NASA; MODIS, 2015)
0
100
200
300
400
500
600
700 In
cen
dio
s A
ño
20
10
Incendios Área 2000X2000Km Incnedios Área 500X500
ener
o
Feb
rero
Mar
zo
Ab
ril
May
o
Jun
io
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
Oct
ub
re
No
viem
bre
Dic
iem
bre
0
2
4
6
8
10
12
14
Año 2010
Pre
cip
itac
ión
en
mm
/Dia
66 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
Colombianas
B. Anexo: Focos activos para marzo de 2009 y febrero de 2010
Figura B-1: Focos de Incendio activos del 7 al 14 de Marzo de 2009 (MODIS,2015)
Figura B-2: Focos de Incendio activos del 8 al 17 de Febrero de 2010 (MODIS,2015)
C. Anexo: Trayectorias de las masas de aire para el 2002, 2009 y 20010
Figura C-1: Trayectorias de las masas de aire para 28.02 a 14.03 de 2002 Bogotá
(HYSPLIT,2015)
70 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Figura C-2: Trayectorias de las masas de aire del 07.03 al 14.03 de 2009 Bogotá. (HYSPLIT,
2015)
Anexo C. Trayectorias de las masas de aire para el 2002, 2009 y 2010 71
Figura C-3: Trayectorias de las masas de aire del 08.02 al 17.02 de 2010
Bogotá.(HYSPLIT,2015)
72 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Figura C-4: Trayectorias de las masas de aire apara 28.02 a 14.03 de 2002 Bucaramanga
(HYSPLIT, 2015)
Anexo C. Trayectorias de las masas de aire para el 2002, 2009 y 2010 73
Figura C-5: Trayectorias de las masas de aire del 08.02 al 17.02 de 2010.Bucaramanga
(HYSPLIT,2015)
74 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Figura C-6: Trayectorias de las masas de aire del 07.03 al 14.03 de 2009.Medellín (HYSPLIT,
2015)
Anexo C. Trayectorias de las masas de aire para el 2002, 2009 y 2010 75
Figura C-7: Trayectorias de las masas de aire del 08.02 al 17.02 de 2010. Medellín
(HYSPLIT,2015)
76 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Bibliografía
Adame,J.; Hernández,M.; Bolívar,J.; De la Morena,B. (2012). Assessment of an air
pollution event in the southwestern Iberian Peninsula. Atmospheric Enviroment.55, 245-
256.
Alencar, A.; Nepstad, D.; Vera, M.; 2006. Forest understory fire in the BrazilianAmazon in
ENSO and Non-ENSO years: area burned and committed carbonemissions. Earth
Interactions 10, 1–17.
Amaya,D.; Armenteras,D. 2012. Fire Incidence on Vegetation in Cundinamarca and
Bogota D.C. (Colombia) During the 2001-2010 Period. Acta Biológica Colombiana.17,
143-158.
AMVA (2009). Plan de contingencias para incendios forestales de los municipios del valle
de Aburrá
AMVA (2010). Plan de descontaminación del aire para el valle de Aburrá. Área
Metropolitana del Valle de Aburrá, Centro de Educación ambiental.
AMVA(2014). Clasificación de estaciones de Monitoreo Calidad del aire. (disponible en
http://www.metropol.gov.co/CalidadAire/isdocConvenio243/Informe_caracterizacion_esta
ciones2014.pdf, Visitado 2015-05-13)
Andreae,M.; Atlas, E.; Cachier, H.; Cofer III, W.; Hariss,G.; Helas, G.; Koppmann, R.;
Lacaux, J.; Ward, D. (1996). Trace gas and aerosol emissions from savannah "res.In:
Levine, J.S. (Ed.), Biomass Burning and Global Change.MIT Press, Cambridge, MA, pp.
278-295.
78 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Archer-Nicholls, S.; Lowe,D.; Darbyshire,E.; T. Morgan, W.; Bela,M.; Pereira,G.;
Trembath,J.; Kaiser,J.; Longo,K.; Freitas,S.; Coe,H.; McFiggans,G.
(2014).Characterising Brazilian biomass burning emissions using WRF-Chem with
MOSAIC sectional aerosol. Geoscientific Model Development. 8:549-577.
Armenteras, D.; Romero,M.; Galindo,G.; 2005 Vegetation fi re in the savannas of the
llanos Orientales of Colombia. World Resource Review 17 (4): 531-543
Armenteras,D.; González, F.; Franco,C.; 2009. Distribución geográfica y temporal de
incendios en Colombia utilizando datos de anomalías térmicas. Universidad Nacional de
Colombia Publicaciones Caldasia, 31(2):303-318.
Armenteras,D.;Retana,J.;Molowny,R.;Roman,R.;Gonzalez,F.;Morales,M.(2011).
Characterising fire spatial pattern interactions with climate and vegetation in Colombia.
Agricultural and ForestMetroeology.151:279-289.
Armenteras,D.; Retana,J.;Molowny,R.; Roman,R.; Gonzalez,F.; 2011. Morales,M.
Characterising fire spatial pattern interactions with climate and vegetation in Colombia.
Agricultural and Forest Meteorology. 151, 279-289.
Armenteras,D.; Renata,J. 2012. Dynamics, Patterns and Causes of Fires in Northwestern
Amazonia. PlosOne. 7(4): e35288, 1-7.
Beckert,A.; Belalcazar,L.; Rojas,N. (2015) Effect of wildfires on the air quality of Northern
South America, universidad Nacional de Colombia.
Bevan, L.; North, J.; Grey, W.; Los.; Plummer, S.; 2009. Impact of atmospheric aerosol
from biomass burning on Amazon dry-season drought. J. Geophys. Res. 114, D09204.
Boian,C.; Kirchhoff, V. (2004). Measurements of CO in an aircraft experiment and their
correlation with biomass burning mass origin in South America.Atmospheric
Environment. 38, 6337–6347
Bibliografía 79
Bond, T.; Streets,D.; Yarber, K.; Nelson, S.; Woo,J. Klimont, Z. (2004). A technology-
based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion, Journal
of Geophysics. 109, D14203.
Brauer,M.; Hisham-Hashim,J. (1998). Fires in Indonesia: crisis and reacction.Enviroment
Science and Technology, 1:32(17), pp.404A-407A.
Castillo,M.; Pedernera,P.; Peña, E. (2003). Incendios Forestales y medio ambiente una
síntesis global. Ambiente y Desarrollo de CIPMA. Vol. 19, No. 3y4, pp. 44-53.
Castro,F.; Barnaba,F.; Angelini,F.; Cremades,P.; Gobbi,G. (2013). The relative role of
Amazonian and non-Amazonian fires in building up the aerosol optical depth in South
America: A five year study (2005–2009). Atmospheric Research. 122 298–309.
Chuvieco, E. 2008. Global burned-land estimation in Latin America using MODIS
composite data. Ecol. Appl., 18, 64–79.
Cochrane, M.; Laurance,W.; 2008. Synergisms among fire, land use, and climate
change in the Amazon. Ambio, 37 (7-8), 522–527.
Cottle, P.; Strawbridge, K.; McKendry, I. (2014). Long-range transport of Siberian wildfire
smoke to British Columbia: Lidar observations and air quality impacts. Atmospheric
Environment. 90 (0): 71-77.
Crutzen Biomass Burning in the Tropics: Impact on Atmospheric Chemistry and
Biogeochemical Cycles Author(s): Paul J. Crutzen and Meinrat O. Andreae Source:
Science,New Series, Vol. 250, No. 4988 (Dec. 21, 1990), pp. 1669-1678.
Dempsey.F. 2013, Forest fire effects on air quality in Ontario Evaluation of Several
Recent Examples. American Meteorological Society. Jul 2013,1059-1064.
80 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Draxler, R.R. and Rolph, G.D., 2015. HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian
Integrated Trajectory) Model access via NOAA ARL READY Website
(http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php). NOAA Air ResourcesLaboratory, Silver Spring,
MD.
Diaz, R.; Lloret,F.; PONS,X. 2003. Influence of fi re severity on plant regeneration through
remote sensing imagery. Internationa Journal of Remote Sensing, 24:1751-1763.
FAO. (2011). State of the World’s forests 2011. Rome: Food and Agriculture Organization
of the United Nations.
FIRMS. Fire Information for Resource Managemente System. Agosto 2007
http://maps.geog.umd.edu/fi rms//shapes.htm
Flannigan, M.; Stocks, B.; Turetsky, M.; Wotton, M.; (2009). Impacts of climate change
on fire activity and fire management in the circumboreal forest. Global ChangeBiology. 15,
549-560.
Freitas,S.; Longo,K.; Silva,M.; Silva,P.; Chatfield,P.; Prins,E.; Artaxo,P.; Grell,G.; and
Recuero,F. (2005). Monitoring the Transport of Biomass Burning Emissions in South
America. Environmental Fluid Mechanics 5: 135–167
Garcia-Hurtado, E.; Pey, J.; Borrás, E.; Sánchez, P.; Vera, T.; Carratalá, A.; Alastuey, A.;
Querol, X.; Vallejo, V. R. (2014). Atmospheric PM and volatile organic compounds
released from Mediterranean shrubland wildfires. AtmosphericEnvironment. 89(0): 85-92.
Giglio, L.; Descloitres, J.;JUSTICE, C.; KAUFMAN,Y. 2003. An enhanced contextual fi
re detection algorithm for MODIS. Remote Sensing of Environment, 87:273-282.
Goldammer,J.;Seibert,B.;Brunig,E.;Malingreau,J.;Stephens,G.;Fellows,L.1989
Naturwissenschaften76 , 51 (1989); E. F., Erdkunde 23, 127 (1969); L., Ambio 14, 314
(1985).
Bibliografía 81
Hamburger, T.; Matisans, M.; Tunved, P.; Ström, J.; Calderon, S.; Hoffmann, P.;
Hochschild, G.; Gross, J.; Schmeissner, T.; Wiedensohler, A.; Krejci, R. (2013). Long-
term in situ observations of biomass burning aerosol at a high altitude station in
Venezuela – sources, impacts and interannual variability. AtmosphericChemistry and
Physics. 13: 9837-9853.
Hodzic, A.; Madronich, S.; Bonn, B.; Massie, S.; Menut, L.; Wiedinmyer, C. (2007).
Wildfire particulate matter in Europe during summer 2003: Meso-scale modeling of smoke
emissions, transport and radiative effects. AtmosphericChemistry and Physics. 7: 4043-
4064.
Husar,R.; Schichtel, B.; Falke,C.; Wilson,W. (2000). Dust and smoke events over the USA
in 1998. En: Proceedings of PM2000-Particulate Matter and Health. Air & Waste
Management Association, Session 10AS, pp. 22-23.
IDEAM, Informe del estado de la calidad del aire en Colombia 2007-2010 Bogotá, D.C.,
2012.
Ichoku, C. and Ellison, L.(2014). Global top-down smoke-aerosol emissions estimation
using satellite fire radiative power measurements, Atmos. Chem. Phys., 14, 6643–6667.
Kaiser, J. W., Heil, A., Andreae, M. O., Benedetti, A.,Chubarova, N., Jones, L., Morcrette,
J.-J., Razinger, M.,Schultz, M. G., Suttie, M., and van der Werf, G. R.(2012).
Biomassburning emissions estimated with a global fire assimilation system based on
observed fire radiative power, Biogeosciences, 9, 527–554
Kasischke, E.; Christensen, N.; Stocks, B. (2005). Fire, global warming and the carbon
balance of boreal forests. Ecological Applications 5, 437e451.
Kerr, J.; Ostrovsky, M. 2003. From space to species: Ecological applications for remote
sensing. Trends Ecologic. Evolution. 18, 299–305.
82 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Koch, D.; Bond, T.; Streets, D.; Unger, N.; and van der Werf, G. (2007). Global impacts
of aerosols from particular source regions and sectors, Journal of Geophysics. Res., 112,
D02205.
Lauk, C.; Erb, K. 2009. Biomass consumed in anthropogenic vegetation fires: Global
patterns and processes. Ecology & Economy. 69(2):328-334
Lighty J. S.; Veranth J. M.; Sarofim A.F. (2000). Combustion aerosols: Factors governing
their size and composition and implications to human health. Air & Waste Management.
Association. 50, 1565-1618.
Lobert, J.M. and Warnatz, J. (1993). Emissions from the combustion process in
vegetation. In: P.J. Crutzen and J. Goldamner (eds.), Fire in the Environment: Its
Ecological, Atmospheric and Climatic Importance, pp. 15–38, John Wiley & Sons Ltd.,
Chichester.
McCarty,J. 2013. Observed Fires in the Andes a Remote Sensing Approach. Michigan
Tech Research Institute, Ann Arbor, MI, USA.
McFiggans, G.; Artaxo, P.; Baltensperger, U.; Coe, H.; Facchini, M.; Feingold, G.; Fuzzi,
S.; Gysel, M.; Laaksonen, A.; Lohmann, U.; Mentel, T.; Murphy, D.; O’Dowd, C.;Snider, J.
R.; Weingartner, E. (2006) The effect of physical and chemical aerosol properties on
warm cloud droplet activation, Atmospheric Chemical Physics., 6, 2593–2649.
Menon, S.; Hansen, J.; Nazarenko, L.; Luo, Y.(2002). Climate Effects of Black Carbon
Aerosols in China and India, Science, 297,2250–2253.
Merino,s.; Gonzales,F.; Huesca,M.; Armenteras,D.; Franco,C. 2011. MODIS Reflectance
and Active Fire Data for Burn Mapping in Colombia. Earth Interaction, 15, 1-18.
Nance J. D., Hobbs P. V., Radke L. F. (1993) Airborne measurements of gases and
particles from an Alaskan wildfire, Journal of Geophysical Research, 98, 14873-14882.
Bibliografía 83
Novelli, P.; Masarie, K.; Lang, P.M.; (1998). Distributions andrecent changes of carbon
monoxide in the lower troposphere. Journal of GeophysicalResearch 103 (D15),19015–
19033.
Portillo-Quintero.; Sanchez,A.; Valbuena,C.; Gonzalez,Y.;Larreal,J. (2012). Forest cover
and deforestation patterns in the Northern Andes (Lake Maracaibo Basin): A synoptic
assessment using MODIS and Landsat imagery. Applied Geography.35:152-163.
Phuleria, H. C.; Fine, P. M.; Zhu, Y.; Sioutas, C. (2005). Air quality impacts of the October
2003 Southern California wildfires. Journal of GeophysicalResearch: Atmosphere. 110
(D7): 1-11.
Rissler, J.; Vestin, A.; Swietlicki, E.; Fisch, G.; Zhou, J.; Artaxo, P., Andreae, M. (2006).
Size distribution and hygroscopic properties of aerosol particles from dry-season biomass
burning in Amazonia, Atmospheric. Chemistry. Physics., 6, 471–491.
Koch, D.; Bond, T.; Streets, D.; Unger, N.; and van der Werf, G. (2007). Global impacts
of aerosols from particular source regions and sectors, Journal of Geophysics. Res., 112,
D02205.
Román, R.; Gracia, M.; Retana, J.; 2003. Environmental and human factorsinfluencing fire
trends in ENSO and Non-ENSO years in tropical Mexico. Ecological Applications. 13,
1177–1192.
Romero M.; Etter, A.; Sarmiento, A.; Tansey, K.; 2009. Spatial and temporalvariability of
fires in relation to ecosystems, land tenure and rainfall in savannas of northern South
America. Global Change Biology. 16, 2013–2023.
Ryu, S.; Kwon, B.G.; Kim, Y.J.; Kim, H.H.; Chun, K.J.; 2007. Characteristics of biomass
burning aerosol and its impact on regional air quality in the summer of 2003 at Gwangju.
Korea. Atmospheric. Res. 84, 362-373.
84 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Samsonov, Y.; Koutsenogii, K.; Makarov, V.; Ivanov, A.; Ivanov, V.; McRae, D.; Conard,
S.; Baker, S.; Ivanova, G. ( 2005). Particulate emissions from fires in central Siberian
Scots pine forests. Can. J. For. Res. 35, 2207e2217.
Sanford,R.; Jr., Saldarriaga,J.; Clark,K., Uhl,C.; Herrera,R. 1985.Science 227, 53 .
Sanhueza, E.; Figueroa, L.; Santana, M.; (1996). Atmospheric formic and acetic acids in
Venezuela. Atmospheric Environment 30, 1861-1873.
Schafer, J.S.; Eck, T.F.; Holben, B.N.; Artaxo, P.; Duarte, A.F.; (2008). Characterization
of the optical properties of atmospheric aerosols in Amazonia from long-term AERONET
monitoring (1993–1995 and 1999–2006). J. Geophys. Res. 113, D04204.
SDA (2009). Secretaría Distrital de Medio Ambiente. Elementos técnicos del plan decenal
de descontaminación de Bogotá. Alcaldía Mayor de Bogotá. Ed.1.
SDA (2013). Secretaría Distrital de Medio Ambiente. Informe de gestión - 2013 comisión
distrital para la prevención y mitigación de incendios forestales. (disponible en
http://ambientebogota.gov.co/incendios-forestales-sda, Visitado 2014-09-22)
SIAC (2014). Sistema de información ambiental de Colombia (disponible en
https://www.siac.gov.co/, Visitado 2014-09-15)
Smolyakov,B.; Makarov,V.; Shinkorenko,M.; Popova,S.; Bizin,M.; 2014. Effects of
Siberian wildfires on the chemical composition and acidity of atmospheric aerosols of
remote urban, rural and background territories. Environmental Pollution.188, 8-16.
Stefan, R.; Falke, R.; Husar, R.; Schichtel, B. (2001) Fusion of SeaWiFS and TOMS
Satellite Data with Surface Observations and Topographic Data during Extreme Aerosol
Events, Air & Waste ManagementAssociation, 51:11, 1579-1585
Streets,D.; Bond, T.; Lee, T.; Jang, C. (2004). On the future of carbonaceous aerosol
emissions. Journal of Geophys. Res., 109, D24212.
Bibliografía 85
Sunar, F.; Özkan C. 2001. Forest fire analysis with remote sensing data. Int J Remote
Sens. 22(12):2265-2277.
Tanimoto, H.; Kajii, Y.; Hirokawa, J.; Akimoto, H.; Minko, N.( 2000). The atmospheric
impact of boreal forest fires in far eastern Siberia on the seasonal variation of carbon
monoxide: observations at Rishiri, a northern remote island in Japan. Geophysical
Research Letters 27 (24).
Turquety, S.; Hurtmans, D.; Hadji-Lazaro, J.; Coheur, P.; Clerbaux, C.; Josset,
D.:Tsamalis, C.( 2009). Tracking the emission and transport of pollution fromwildfires
using the IASICO retrievals: analysis of the summer 2007 Greek fires. Atmospheric
Chemistry and Physics. 9, 4897e4913.
Van der Werf, G.; Randerson, J.; Giglio, L.; Gobron, N.; Dolman, A. (2008).
Climatecontrols on the variability of fires in the tropics and subtropics. Global
Biogeochemical Cicles. 22, GB3028.
Val Martin,R.; Honrath,R., Owen,G.;Pfister,P.;Fialho,F.; (2006). Significat enhancements
of nitrogen oxides, Black carbon, and ozone in the north atlantic lower free trophosfere
resulting from North American boreal wildfres. journal of geophysical research. 111(D23),
Ward, E.; Susott, R.; Kaufman, J.; Babbit, R.; Cummings, D.; Dias, B.; Holben, B.;
Kaufman, Y.; Rasmussen, R.; Setzer, A. (1992), Smoke and fire characteristics for
cerrado and deforestation burns in Brazil: BASE-B Experiment, Journal of Geophyics.
Res. 97 (D13), 14601–14619.
Wayne, R., Ghemistry of Atmospheres. 3rd ed.Oxford University Press, 775 pp. 2000
Williams, J.; Scheele, M.; van Velthoven, P.; Thouret, V.; Saunois, M.;Reeves, C.;
ammas, .P.;( 2010). The influence of biomass burning and transport on tropospheric
composition over the tropical Atlantic Ocean and Equatorial Africa during the West African
monsoon in 2006. Atmospheric Chemistry and Physics 10, 9797 e 9817.
86 Efecto de los incendios forestales sobre la calidad del aire de dos ciudades
colombianas
Witham, C.; Manning, A.; (2007). Impacts of Russian biomass burning on UK air quality.
AtmosphericEnvironment. 41 (37).
Zhang, Y.:; Fu, R.; Yu, H.; Qian, Y.;Dickinson, R.; Silva, M.; A. F.; da Silva Dias, P.;
Fernandes, K.(2009).Impactof biomass burning aerosol on the monsoon circulation
transition over Amazonia.Geophys. Reserch. Lett., 36, L10814.
top related