Estancamiento atmosférico en la región euromediterránea : variabilidad espaciotemporal e impacto en la calidad del aire: Air stagnation in the Euro-Mediterranean región : spatiotemporal variability and impact on air quality

• Autores: José Manuel Garrido Pérez
• Directores de la Tesis: Carlos Ordoñez Garcia (dir. tes.), Ricardo Francisco García Herrera (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Natalia Calvo Fernández (presid.), Gregorio Maqueda Burgos (secret.), Ricardo Trigo (voc.), José Agustín García García (voc.), Raquel Nieto Muñiz (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Ciencias de la atmósfera
    • Meteorología
      • Contaminación atmosférica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    El estancamiento atmosférico se caracteriza por condiciones atmosféricas estables, vientos débiles en la troposfera media y baja, y ausencia de precipitación. Estas condiciones minimizan la dispersión horizontal y la mezcla vertical de masas de aire, favoreciendo la acumulación de contaminantes cerca de la superficie de la Tierra. En los últimos años, varios estudios han desarrollado índices meteorológicos para identificar las condiciones de estancamiento que podrían desencadenar episodios de contaminación atmosférica. Pese a compartir características comunes, estos índices se definen a partir de diferentes variables meteorológicas y su aplicabilidad podría depender del lugar. La mayoría de los estudios anteriores sobre las situaciones de estancamiento se han realizado a escala global o hemisférica. Sin embargo, pese a que las proyecciones climáticas indican que el entorno mediterráneo podría ser una de las zonas con un mayor aumento del estancamiento en el futuro, no se ha llevado a cabo un análisis sistemático para esta región. Esta tesis pretende llevar a cabo el primer análisis exhaustivo del estancamiento en la región euromediterránea y evaluar su impacto en la calidad del aire.

    En primer lugar, en esta tesis se ha caracterizado la variabilidad espaciotemporal del estancamiento en la región euromediterránea e identificado los patrones sinópticos asociados con extremos estacionales de estancamiento. Los resultados muestran patrones espaciales muy heterogéneos, con una mayor frecuencia de estancamiento en el sur y centro de Europa que en el norte del continente. Además, se han encontrado tendencias ascendentes para una región al norte del Mediterráneo en la que los modelos climáticos proyectan un aumento del estancamiento hacia finales del siglo XXI. En general, para la mayoría de las regiones, los inviernos y veranos con mayor frecuencia de estancamiento presentan anomalías positivas de geopotencial a 500 hPa sobre la región afectada. Sin embargo, durante los inviernos con más estancamiento al norte de Europa, se han observado anomalías negativas del geopotencial a 500 hPa y un desplazamiento de la corriente en chorro extratropical hacia el sur.

    En segundo lugar, se ha evaluado el impacto del estancamiento en la calidad del aire. El estudio se ha centrado en dos de los contaminantes que más afectan a la salud humana: las partículas en suspensión y el ozono. Respecto al primero, se ha visto que los eventos persistentes de estancamiento favorecen al aumento de las concentraciones de partículas en suspensión. Sin embargo, la magnitud de ese aumento varía según el índice de estancamiento que se considere. Los resultados también indican que la circulación a gran escala tiene un gran impacto en la variabilidad de las concentraciones de partículas. Por otra parte, también se ha encontrado que las concentraciones de ozono no responden al estancamiento de manera uniforme en Europa. En el centro/sur del continente, el estancamiento es un buen predictor de ozono y tiende a amplificar los ciclos diurnos de este contaminante. Sin embargo, éste no es siempre el caso en las regiones más septentrionales. Durante los días sin estancamiento y con temperaturas moderadamente altas, el norte de Europa suele estar bajo la influencia de advección del sur que trae masas de aire con concentraciones relativamente altas de ozono.

    Finalmente, se han cuantificado los cambios futuros en el estancamiento para diferentes ¿storylines¿ (narrativas físicamente consistentes sobre posibles cambios futuros en la circulación atmosférica) y niveles de calentamiento global. Los resultados muestran cómo los cambios proyectados de estancamiento dependen de la respuesta forzada de drivers remotos. En Europa, se encuentran diferencias de 2 días de estancamiento por cada grado de calentamiento global para el verano entre las diferentes combinaciones de ¿storylines¿.

  • English

    Air stagnation occurs under stable weather conditions, weak winds in the lower tomid-troposphere and absence of precipitation. These conditions minimize the horizontal dispersion and vertical mixing of air masses as well as the scavenging of air pollutants, favouring their accumulation in the lower atmospheric layers (e.g. Leibensperger et al.,2008; Jacob and Winner, 2009; Tai et al., 2010; Dawson et al., 2014). In the last few years, several studies have developed meteorological indices to identify stagnant conditions conducive to enhanced air pollution (Wang and Angell, 1999;Horton et al., 2012, 2014; Wang et al., 2016, 2018; Cai et al., 2017; Zou et al., 2017; Feng et al., 2018, 2020; Huang et al., 2018). Despite sharing common features, such socalled air stagnation indices (ASIs) are defined based on different meteorological variables and their applicability may be geographically dependent. Most previous studies on air stagnation have either been conducted on global and hemispheric scales (Horton et al.,2012, 2014; Wang et al., 2018), or have been confined to the US (Wang and Angell, 1999; Leibensperger et al., 2008; Tai et al., 2010) or China (Huang et al., 2017, 2018; Wanget al., 2016; Zou et al., 2020). However, although southern Europe has been identified as a climate hot spot where climate models project strong increases in air stagnation frequency (Horton et al., 2014), a systematic analysis of air stagnation and its impact on air quality has not been carried out hitherto for Europe and the Mediterranean region...