DIRECCIÓN DE INVESTIGACIÓN EN MONITOREO ATMOSFÉRICO Y CARACTERIZACIÓN ANALÍTICA DE CONTAMINANTES

Esta dirección se ubica dentro de la estructura de la Dirección General del CENICA y tiene bajo su responsabilidad la instrumentación del Programa Nacional de Monitoreo Atmosférico (PNMA) cuyo objetivo es instaurar un programa de evaluación de la calidad del aire a nivel nacional que garantice un diagnóstico confiable sobre los niveles de contaminación atmosférica y permita establecer una vigilancia del estado de la calidad del aire en las principales zonas urbanas en el país.

El objetivo básico del PNMA es generar información real, válida y comparable entre los diferentes sitios y redes del país, como instrumento fundamental en el establecimiento de políticas ambientales de protección a la salud de la población y de los ecosistemas. Esto se logra a través de establecer y coordinar programas de evaluación de innovaciones tecnológicas orientadas a la reducción de emisiones atmosféricas de fuentes fijas y móviles, además de proponer especificaciones técnicas, bases de diseño, protocolos de operación y manejo de datos para los sistemas de monitoreo atmosférico.

Es responsabilidad de la dirección promover y supervisar el establecimiento de sistemas de monitoreo atmosférico en las entidades federativas, así como evaluar la operación de los sistemas de monitoreo atmosférico que ayude a garantizar la calidad de la información, mediante la aplicación de métodos analíticos y procedimientos de control y aseguramiento de calidad en los procesos de medición y caracterización de contaminantes ambientales.

SISTEMA NACIONAL DE INFORMACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE

Avance en la integración de redes de monitoreo al SINAICA

Red de Monitoreo Ambiental de Torreón, Coah.

En la Ciudad de Torreón se iniciaron las actividades de monitoreo atmosférico en el año de 1982 con el aporte por parte del gobierno federal de 5 muestreadores de alto volumen y 4 muestreadores tipo Rac para gases. Los equipos mencionados operaron continua y sistemáticamente hasta mediados de 1992, cuando se suspendió su operación por falta de recursos.

En mayo de 1996 se llevo a cabo una campaña de estudios preliminares de calidad del aire con equipo móvil de monitoreo atmosférico, cuya finalidad fue efectuar un diagnóstico inicial sobre los tipos y niveles de los contaminantes atmosféricos. En estos años, la SEMARNAT a través del INE ha dado apoyos mediante insumos, capacitación y asesoría técnica para las actividades de mantenimiento preventivo, manejo de filtros y, en la medida de lo posible para la rehabilitación de los equipos que forman parte de la red manual.

A cargo de la Secretaría de Ecología Municipal, en la actualidad existen en operación cinco equipos manuales para PST y uno para PM10 como parte de la Red Manual, así como, una estación meteorológica localizada en el Centro Cultural Mijares, que inicia operación en de febrero de 1999, y que para el mes de marzo de 2004, se complementa con datos de cuatro contaminantes criterio (CO, O3, SO2 y NOX), estos instrumentos

fueron aportados también por la federación, excepto de SO2 y el sistema de adquisición de datos, los cuales fueron adquiridos por el municipio.

Parámetros de monitoreo atmosférico automático en la Ciudad de Torreón, Coahuila

MAPA Clave O3 NO2 SO2 CO PM10 VV DV TMP HR

Centro Cultural CCJRM

Estaciones y parámetros de monitoreo atmosférico manual en la Ciudad de Torreón, Coahuila

MAPA Clave PST PM10

Centro Cultural R. Mijares CCJRM

Iglesia IGLE

Secundaria Oficial No 2 SEC2

Secundaria Oficial No. 3 SEC3

DIF Torreón DIFT

Ubicación de las estaciones Torreón

Valores normados para los contaminantes del aire en México

Contaminante

Valores límite

NormasOficiales

Mexicanas

Exposición agudaExposición

crónica

Concentración

y tiempopromedio

Frecuencia máxima

aceptable

(Para protección de la salud

de la población

susceptible)

Monóxido de carbono (CO)

11 ppm (8 horas)

(12595 µg/m3)1 vez al año -

NOM-021-SSA1-1993a

Bióxido de azufre (SO2)

0.13 ppm (24 horas)

(341 µg/m3)1 vez al año

0.03 ppm (promedio aritmético

anual)

NOM-022-SSA1-1993a

Bióxido de nitrógeno (NO2)

0.21 ppm (1 hora)

(395 µg/m3)1 vez al año -

NOM-023-SSA1-1993a

Ozono (O3)

0.11 ppm (1 hora)

(216 µg/m3)

No se permite

- Modificación a la NOM-020-SSA1-1993b0.08 ppm (8

horas)d 4 veces al

año-

Partículas  suspendidas totales PST

210 µg/m³ (24 horas)e

2% de mediciones

al año-

Modificación a la NOM-025-SSA1-1993c

Partículas menores de 10 micrómetros PM10

120 µg/m³ (24 horas)e

2% de mediciones

al año

50 µg/m³(promedio aritmético

anual)f

Partículas menores de 2.5 micrómetros PM2.5

65 µg/m³ (24 horas)e

2% de mediciones

al año

15 µg/m³(promedio aritmético

anual)f

Plomo (Pb) - -

1.5 mg/m3(promedio aritmético en 3 meses)

NOM-026-SSA1-1993a

a Diario Oficial de la Federación del 23 de diciembre de 1994.b Diario Oficial de la Federación del 30 de octubre de 2002. c Diario Oficial de la Federación del 26 de septiembre de 2005, entra en vigor a partir del 26 de noviembre de 2005. dd La concentración del promedio de ocho horas de ozono como contaminante

atmosférico en un sitio de monitoreo, debe ser menor o igual a 0.080 ppm, tomado como el quinto máximo, en un periodo de un año, calculado como se indica en la NOMe Un sitio cumple con la norma para el promedio de 24 horas cuando el valor del percentil 98 calculado como se indica en la NOM es menor o igual al valor indicado.f Un sitio cumple con la norma anual, cuando el promedio anual de los valores diarios calculado como se indica en la NOM es menor o igual al valor indicado.

METODOLOGÍA DEL PROCESAMIENTO DE DATOS Y GENERACIÓN DE INDICADORES

La generación de indicadores que se lleva a cabo en la Dirección de Investigación sobre la Calidad del Aire comprende tres fases:

Revisión de los datos generados por las redes de monitoreo Estimación de las concentraciones base horarias, diarias, y anuales

Determinación de los indicadores de cumplimiento con los valores de las NOM

Revisión de los datos generados por las redes de monitoreo

En cualquier red de monitoreo atmosférico, aunque esta esté bien implementada u operada, un mal funcionamiento del equipo, ya sea por errores humanos, fallas de energía, interferencias y otros problemas con la red, puede generar datos incorrectos, los cuales se deben eliminar antes de calcular los indicadores.

La información de las concentraciones horarias y de los muestreos manuales que se utilizan para generar los indicadores de calidad del aire que se muestran en esta página se sometió a un proceso de revisión en la Dirección de Investigación sobre la Calidad del Aire del INE basado en la evaluación de la calidad y suficiencia de información de los datos con el objetivo de maximizar su integridad y de esta forma proceder a su análisis.

El proceso de verificación y limpiezacontempló los siguientes aspectos:

Eliminación de datos que resultan de períodos en los que se presentaron fallas técnicas en el sistema de monitoreo (energía eléctrica, analizadores, calibración ó mantenimiento preventivo, entre otros). Estos períodos se registran con banderas por los responsables de las redes de monitoreo.

Eliminación de datos negativos o nulos. El motivo de la eliminación se debe a que los equipos de monitoreo tienen límites de detección inferiores mayores a cero.

Identificación de los valores que presentan un comportamiento fuera del patrón que siguen los contaminantes en un determinado periodo de tiempo, entre otros: concentraciones que muestran cambios repentinos, es decir concentraciones que de una hora a otra presentan valores con incrementos y decrementos excesivos; concentraciones constantes por un periodo de cuatro horas o más consecutivas. Una vez identificados dichos valores fueron validados o en su caso invalidados por los responsables de las redes de monitoreo. Cuando los datos fueron invalidados se registraron en una bitácora que indica cual fue la causa y no se consideraron para análisis posteriores.

Determinación de las concentraciones base horarias y diarias

Después de la verificación y limpieza de las bases de datos horarios, se generan los diferentes indicadores estadísticos, ya sea que se consideren para su cálculo los datos base en concentraciones horarias, concentraciones de promedios móviles ó concentraciones diarias, teniendo en cuenta para su calculo criterios de suficiencia de la información que representen de manera veraz el dato que se está generando.  Es importante destacar que sólo se incluyen en el análisis las concentraciones verificadas.

Los promedios móviles de 8 horas para CO y O3se calculan con la concentración horaria registrada a la hora en la que se va a generar el promedio móvil de 8 horas y las 7 concentraciones registradas en las horas previas. Por ejemplo, para estimar el promedio móvil de 8 horas de las 13:00 horas, se calcula el promedio con las concentraciones registradas de las 06:00 hasta la 13:00 horas y así sucesivamente para cada hora. Estos promedios móviles se calculan solamente cuando hay disponibilidad de por lo menos el 75% de los registros horarios requeridos, es decir, 6 o más concentraciones horarias.

La concentración diaria se calcula a partir de las concentraciones horarias o de los promedios móviles de 8 horas (dependiendo del tiempo promedio especificado en las NOM), con la restricción, en general, de por lo menos el 50% de los registros verificados (12 o más concentraciones al día).  En el caso de partículas y ozono, se aplica un criterio de suficiencia de 75% para calcular la concentración diaria. 

Las concentraciones diarias para cada uno de los contaminantes criterio se obtuvo de acuerdo al siguiente cuadro:

Determinación de las concentraciones diarias por contaminante

Contaminante Concentración diaria

Criterio de suficiencia de información

CO es la concentración al menos el 50%

máxima obtenida de los promedios móviles de 8 horas generados durante el día

de los datos de promedios

móviles de 8 horas en un día

SO2

la constituye el promedio de 24 horas de las concentraciones horarias generadas durante el día

al menos el 50% de los datos

horarios en un día

NO2esta representada por la concentración horaria máxima del día

al menos el 50% de los datos

horarios en un día

O3

con el fin de evaluar la norma horaria, la constituye la concentración horaria máxima del día.con el fin de evaluar la norma anual, es la concentración máxima obtenida de los promedios móviles de 8 horas generados durante el día

al menos el 50% de los datos

horarios en un día

al menos el 75% de los datos de

promedios móviles de 8

horas en un día

PM10 y  PM2.5

es el promedio de 24 horas de las concentraciones horarias generadas durante el día

al menos el 50% de los datos

horarios en un día (para evaluar el número de días por arriba del

valor de norma)

al menos el 75% de los datos

horarios en un día (para evaluar el percentil 98 y

promedio anual)

Cabe mencionar que en Baja California y Ciudad Juárez las mediciones de PM10 se realizan con equipos manuales cada seis días. Para los demás contaminantes y en el resto de las ciudades se utilizan datos de los equipos automáticos. En los casos en los que no se cuenta con información sobre algún contaminante, se indica con la abreviación “SM” (sin medición), y si la información no es suficiente para el cálculo de un determinado indicador se usa la abreviación “DI” (datos insuficientes). Cuando en la red de monitoreo sí se generaron los datos pero por alguna razón el INE no los tiene, se marca con la abreviación SI (sin información).

 

Indicadores de cumplimiento con los valores de las NOM

Algunos de los indicadores más importantes en la descripción de la calidad del aire es la evaluación del cumplimiento y el número de días que las concentraciones ambientales rebasan los valores de los límites establecidos en las Normas Oficiales Mexicanas de la calidad del aire en cada ciudad. El primer indicador muestra si una ciudad está o no cumpliendo con la NOM de un contaminante y en caso de incumplimiento indica la magnitud, en tanto que el segundo cuantifica cuantos días en el año los niveles de un contaminante se encuentran por arriba de los limites establecidos.

Se calculan los indicadores para definir el cumplimiento de una ciudad con las normas dependiendo del tiempo promedio y frecuencia de tolerancia especificados en las NOM (esto es, el número de veces que se permite que la concentración alcance el límite establecido, una vez en un año, 4 veces en un año, si no se permite, etc.) correspondientes a cada contaminante con base en las consideraciones que se indican en el siguiente cuadro:

 

Indicadores relacionados con el cumplimiento de las NOMs

Contaminante Indicador Método

CO Segundo máximo anual de los promedios de 8 horas (11 ppm, 8 horas)

Se calcula a partir de los promedios móviles de 8 horas de todas las estaciones que midieron el contaminante y sin traslape de información1. Si el valor obtenido durante el año es mayor a 11 ppm se infiere que se incumple la norma de dicho contaminante, dado que en esta se especifica que dicho valor no debe ser rebasado en un promedio móvil de 8 horas más de una vez al año.

SO2 Segundo máximo de 24 horas anual (0.13 ppm, 24 horas)

Se genera a partir de las concentraciones diarias de todas las estaciones que midieron el contaminante. Si el valor calculado durante el año es mayor a 0.13 ppm se infiere que se incumple la norma de dicho contaminante, ya que en esta se especifica que dicho valor no debe

ser rebasado en 24 horas mas de una vez al año.

Promedio aritmético anual (0.03 ppm )

Se obtiene a partir de las concentraciones horarias generadas en todas las estaciones de monitoreo.Se trata del estimador central de los valores horarios para cada año. Si el valor obtenido es arriba de 0.03 ppm, se incumple la norma.

NO2 Segundo máximo horario anual (0.21 ppm, 1 hora)

Se calcula a partir de las concentraciones horarias de todas las estaciones que midieron el contaminante. Si el valor obtenido durante el año es mayor a 0.21 ppm se infiere que se incumplió la norma horaria de dicho contaminante, dado que en esta se especifica que dicho valor no debe ser rebasado en una hora mas de una vez al año.

O3 Máximo horario anual (0.110 ppm, 1 hora)

Se obtiene a partir de las concentraciones horarias de todas las estaciones que midieron el contaminante. Si el valor obtenido durante un año es mayor que 0.110 ppm, indica que se incumplió la norma horaria, dado que en esta se especifica que dicho valor no debe de rebasarse durante el año.

Quinto máximo anual de los promedios de 8 horas (0.08 ppm, 8 horas)

Se calcula a partir de las concentraciones diarias de los promedios móviles de 8 horas considerando todas las estaciones de monitoreo. Este indicador se obtuvo de acuerdo con los lineamientos técnicos de suficiencia de al menos el 75% de las concentraciones diarias

durante el año establecidos en la NOM. Se trata del estimador central de las concentraciones diarias para cada año.

PM10 y PM2.5 Percentil 98 de las concentraciones diarias de 24 horas (120 µg/m³ para PM10 y 65 µg/m³ para PM2.5, 24 horas)

Se calcula a partir de las concentraciones diarias de todo el año considerando todas las estaciones de monitoreo y de acuerdo a los criterios de suficiencia especificados en la NOM, que requieren de un mínimo de 3 trimestres con 75% de muestras válidas para poder calcular el percentil 98. El Percentil 98 significa que el 98% de las mediciones deben estar por debajo del límite estipulado en la norma, permitiéndose un 2% de mediciones por arriba de dicho límite.

Promedio anual de las concentraciones diarias de 24 horas (50 µg/m³ para PM10 y 15 µg/m³ para PM2.5, 24 horas)

Se obtiene a partir de las concentraciones diarias de todo el año considerando todas las estaciones de monitoreo y de acuerdo a los criterios de suficiencia especificados en la NOM, que requieren de un mínimo de 3 trimestres con 75% de muestras válidas para poder calcular el valor anual.

Días que se rebasa el valor de la norma

Se calculan los días en que se excede el límite establecido en la correspondiente NOM de calidad del aire para cada uno de los contaminantes de las redes automáticas, con base en el valor máximo de las concentraciones diarias de todas las estaciones de monitoreo. Cabe mencionar que los datos de PM10 para Ciudad Juárez, Tijuana y Mexicali provienen de muestreos manuales cada 6 días, por lo que solo se reportan datos en una sexta parte del año, razón por la cual no se reporta el número de días en el año que se rebasa el valor de la norma.

1   Sin traslape de información significa que el valor de los promedios móviles de 8 horas que se calcule como segundo máximo, no contemple concentraciones horarias con las que se calculó el promedio móvil de 8 horas que originó el primer máximo.

Herramientas de Análisis

Inventarios de Emisiones

Modelos Matemáticos

Indicadores

Análisis de Impactos

Inventarios de emisiones

Los inventarios de emisiones son instrumentos utilizados en muchos países para el diseño de estrategias, programas y planes para el mejoramiento de la calidad del aire. Algunas de las aplicaciones de los inventarios de emisiones incluyen:

Estimar los efectos de las emisiones atmosféricas en la calidad del aire a través de estudios de modelación

Estimar los cambios en las emisiones de las fuentes bajo distintos esquemas de regulación ambiental

Detectar variaciones en los niveles de emisión a través del tiempo

Identificar la contribución a las emisiones totales de las diferentes fuentes de emisión

Desarrollar inventarios de emisiones integrados por sector económico o zona geográfica para identificar oportunidades y requerimientos para el intercambio de emisiones a través de bonos de emisión.

Un inventario de emisiones cuantifica, generalmente a través de métodos de estimación, las emisiones de contaminantes a la atmósfera en un área específica por un período determinado. Es decir, se puede desarrollar un inventario de emisiones con características diferentes para cada caso, de acuerdo con el propósito del mismo. Las principales características de un inventario de emisiones son:

Escala geográfica: o Nacional, regional, estatal, municipal, por instalación industrial, etc.

Escala temporal:

o Anual, mensual, trianual, etc.

Contaminantes

o Criterio, tóxicos, gases de efecto invernadero, etc.

Tipos de fuente de emisiones

o Fuentes de área

o Fuentes móviles

o Fuentes móviles que no circulan por carretera

o Fuentes naturales

o Fuentes fija

Dependiendo del propósito del inventario, se definirán sus características y grado de detalle. Sin embargo, la metodología general para elaborar inventarios de emisiones es independiente del tipo de contaminantes, la escala temporal y espacial y las fuentes consideradas. En general, se deben considerar nueve pasos para elaborar un inventario de emisiones:

1. Identificar el propósito del inventario2. Definir las características específicas del inventario (de acuerdo con el propósito

establecido)

3. Determinar las fuentes de información para el inventario y seleccionar las técnicas y métodos de estimación de emisiones

4. Recopilar la información relacionada con las emisiones y los datos de actividad

5. Realizar la estimación de emisiones

6. Llevar a cabo actividades de aseguramiento de la calidad

7. Evaluar la congruencia e incertidumbre de los resultados

8. Resguardar la información

9. Documentar los resultados

El INE ha desarrollado diversos guías y manuales para el fortalecimiento de capacidades en la elaboración de inventarios de emisión en México que detallan las nueve etapas de la elaboración de inventarios de emisiones.

En México, existen inventarios de emisiones a nivel local para varias zonas metropolitanas y estados, que han servido como fundamento para desarrollar los distintos Programas para Mejorar la Calidad del Aire existentes en México. Asimismo, en la Zona Metropolitana del Valle de México, el inventario de emisiones es un instrumento que se actualiza periódicamente y que puede ser consultado en línea por el

público en general.   El INE, con el apoyo de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y la Western Governors’ Asociación (WGA), inició en 1995 el Proyecto de Inventario de Emisiones para México.

Modelos Matemáticos de la Calidad del Aire

Los modelos matemáticos de la calidad del aire son una herramienta de gran utilidad en la planeación y gestión de la política ambiental, pues permiten predecir los cambios en las concentraciones ambientales de distintas especies químicas a lo largo de un día o periodos mayores, como resultado de cambios en los patrones de emisión. Como consecuencia de ello ofrecen la posibilidad de evaluar la efectividad de diferentes medidas de control de emisiones antes de su aplicación y constituyen un paso metodológico intermedio en la evaluación de los efectos a la salud y al medio ambiente.

Los modelos de calidad del aire usan técnicas matemáticas y numéricas para simular los procesos físicos y químicos que afectan a los contaminantes en su dispersión y transformación en la atmósfera. Basados en datos meteorológicos e información de las fuentes de emisión tales como tasas de emisión y parámetros de chimenea, estos modelos caracterizan la dispersión de los contaminantes primarios que son emitidos directamente en la atmósfera y en algunos casos también las reacciones químicas que ocurren en ésta para formar contaminantes secundarios. Finalmente, generan como resultado una concentración ambiental del contaminante simulado.

La aplicación de un modelo es una tarea compleja que demanda la integración sistemática de una gran cantidad de información generada por diferentes fuentes, tales como: inventario de emisiones, meteorología, topografía, uso de suelo, etc. Sin embargo, es una potente herramienta de análisis, que tiene un amplio espectro de aplicación que va desde la evaluación de estrategias de control de emisiones y su impacto en la calidad del aire para apoyar la toma de decisiones, hasta la generación de información científica valiosa para comprender mejor la dinámica de la atmósfera y la contaminación en un lugar o región determinada.

Información sobre los tipos de modelos existentes Proyectos desarrollados   por el INE o en colaboración con el INE, haciendo uso

de estas herramientas de análisis

Indicadores de calidad del aire en México

La contaminación del aire en México es un problema generalizado en las grandes zonas metropolitanas del país. Los habitantes de las zonas urbanas densamente pobladas e industrializadas que cuentan con un importante parque vehicular, como es el caso de la ciudad de México y otras zonas metropolitanas del país, han sido los primeros en percatarse del problema, en percibir sus efectos adversos sobre su salud y en donde se miden los niveles de contaminación a los cuales están expuestos.

El análisis de indicadores de la calidad del aire permite identificar si existe un problema de contaminación en las ciudades del país que cuentan con redes de monitoreo y compararlas entre ellas.  Las tendencias de los indicadores permite inferir si existe un problema de deterioro creciente o una mejoría paulatina para cada uno de los contaminantes criterio, para evaluar si una ciudad se aproxima o se aleja de lo que puede considerarse como un nivel satisfactorio en materia de calidad del aire.

La Dirección de Investigación sobre Calidad del Aire, recopila, procesa y analiza los datos históricos de calidad del aire de diversas ciudades del país: los indicadores  que genera sirven para sustentar la toma de decisiones, dado que estiman la magnitud del problema de las diversas ciudades y cumple con la obligación de informar al público sobre la calidad del aire que respira.

Análisis de tendencias de la calidad del aire Segundo almanaque de datos y tendencias de la calidad del aire en seis ciudades

mexicanas

Tercer almanaque de datos y tendencias de la calidad del aire en seis ciudades mexicanas

Consulta de datos históricos de la calidad del aire en ciudades mexicanas

Análisis de impactos a la salud

La exposición a la contaminación del aire puede causar severos efectos que impactan a la salud humana, dichos efectos abarcan desde enfermedades respiratorias y cardiovasculares, hasta la muerte prematura.

Existen diversos estudios de salud pública que han identificado dichos efectos a la salud humana por la exposición a contaminantes atmosféricos, dichos estudios permiten estimar los impactos bajo escenarios específicos.  Estos escenarios pueden abarcar desde un análisis del impacto de las emisiones de una fuente específica (como una termoeléctrica) en la población cercana, o los beneficios de una política pública.  Dicha información puede ser muy útil en la definición y justificación de programas de control y normatividad, una vez que tales impactos han sido identificados, se puede dar un valor monetario al impacto, con base en información de estudios de valoración económica, los cuales calculan el costo del impacto, o para hacer análisis de los costos y beneficios de medidas de control.  Algunos de los proyectos en el INE que han utilizado estas metodologías de análisis de impactos en la salud y valoración económica incluyen:

Co-beneficios para estimar los beneficios en la salud por la introducción de medidas de control de emisiones en la ZMVM

Termoeléctricas - para determinar los impactos de las emisiones de una termoeléctrica en la población cercana

Combustibles de bajo contenido de azufre – para el análisis de costo beneficio del proyecto de PEMEX Refinación de calidad de combustibles.