Programa científico y plan de actividades de I + D

La calidad del aire es uno de los principales problemas en entornos urbanos. En el caso de los núcleos urbanos de la Comunidad de Madrid, estos problemas se relacionan fundamentalmente con el dióxido de nitrógeno (NO2) y el material particulado (PM) y se asocian, fundamentalmente a las emisiones producidas por el tráfico rodado. En consecuencia, se han dedicado importantes esfuerzos en los últimos años para mejorar las técnicas de medición y simulación que permitan caracterizar y comprender las causas de los altos niveles de concentración de contaminantes y, en última instancia, plantear medidas eficaces para mejorar la calidad del aire que respiran los ciudadanos. En el entorno de la Comunidad de Madrid, tanto las administraciones competentes como los distintos grupos de investigación participantes en esta propuesta han trabajado en el desarrollo de los instrumentos y herramientas técnicas que puedan contribuir a alcanzar los límites legales preceptivos de los contaminantes referidos anteriormente. No obstante, aún no se dispone de tecnologías capaces de caracterizar y simular los niveles de concentración de contaminantes y sus causas con suficiente detalle como para abordar políticas y medidas que consideren de forma consistente los distintos procesos atmosféricos e interacciones de diversas escalas que condicionan los niveles de concentración en las ciudades. Esta carencia es especialmente patente en los denominados hot-spots, lugares concretos de los núcleos urbanos con elevados niveles de concentración de contaminantes debidos, en general, a una intensa presencia del tráfico rodado. Esto se debe a que la dinámica de los contaminantes en estos microambientes es muy difícil de caracterizar ya que la geometría urbana y el movimiento de los vehículos dan lugar a complejos patrones de dispersión que se traducen en fuertes gradientes espaciales y temporales en la distribución de contaminantes.

En este programa se pretende desarrollar nuevas técnicas, capaces de diagnosticar los problemas de calidad del aire de una manera integral en entornos urbanos y evaluar estrategias para su resolución. Para ello, se realizarán una serie de campañas experimentales de toma de datos (objetivo 1) en lugares concretos de la ciudad que respondan a diversas tipologías de hot-spots. Estas campañas pretenden capturar los datos necesarios para alimentar y validar las técnicas de modelización a desarrollar en el programa. Los requerimientos de información para estas aplicaciones no pueden ser satisfechos por las técnicas convencionales de monitorización, de modo que se ensayarán metodologías alternativas, incluyendo redes de microsensores para determinar sus capacidades y avanzar en su desarrollo (objetivo 2). Para intentar reflejar de forma realista la evolución de la contaminación en estos enclaves es necesario emplear modelos de calidad del aire de microescala basados en técnicas CFD (Computational Fluid Dynamic), cuyo desarrollo e implementación constituye el objetivo 5 de este programa. No obstante, además de datos experimentales de alta resolución temporal y espacial, el uso de estos modelos implica la necesidad de desarrollar inventarios de microescala capaces de proporcionar información de emisión de contaminantes con resolución de metros y segundos. Para alcanzar este detalle es necesario acoplar modelos de emisión instantánea con modelos de simulación del tráfico a microescala (objetivo 4). El correcto funcionamiento de los modelos de microescala requiere la generación de condiciones de contorno meteorológicas y químicas que sirvan de vínculo entre los procesos de transporte a escala de ciudad y los de microescala, por lo que se implementará un sistema de simulación de mesoescala basado en inventarios de emisiones muy detallados y parametrizaciones urbanas específicas para la zona de estudio (objetivo 3). Finalmente, se realizará una vigilancia constante de los niveles de fondo en la ciudad (objetivo 6) para determinar las influencias de fuentes de todas las escalas atmosféricas y que permitan interpretar los resultados de las campañas experimentales, alimentar mejor a los modelos y contribuir a su correcta validación (objetivo 7).

El objetivo último del programa propuesto es contribuir a resolver los problemas de calidad del aire en la Comunidad de Madrid, lo que implica una repercusión social notable. No obstante, se estima que la generación de conocimiento y desarrollo de tecnologías novedosas previstas gracias a la colaboración de los distintos grupos de investigación, el laboratorio, las empresas e investigadores asociados ofrece también un gran interés desde el punto de vista económico, científico y formativo y puede ser el primer paso en la constitución de una importante red científico-tecnológica en la Comunidad de Madrid con repercusión a nivel internacional en materia de calidad del aire.