Scielo RSS <![CDATA[Atmósfera]]> http://www.scielo.org.mx/rss.php?pid=0187-623620170003&lang=en vol. 30 num. 3 lang. en <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.org.mx/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.org.mx <![CDATA[Mapping recession risk for cultural heritage stone in Mexico City due to dry and wet deposition of urban air pollutants]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000300189&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT Air pollution is a threat to cultural heritage because it accelerates the natural deterioration of monuments, palaces, churches, and archaeological ruins, which have an irreplaceable value. In the Mexico City Metropolitan Area (MCMA), there are 19 968 buildings registered as archaeological, historic, or artistic monuments. Some are built with calcareous rocks (limestone and marble) but many of them are made with andesite, tezontle and tuff stone. This paper reports for the first time the spatial distribution of the potential risk of deterioration on calcareous rocks in terms of surface recession with regard to Mexican cultural heritage in the MCMA for the base year 2007. The risk estimate was performed using Lipfert’s damage function, only applicable to carbonate stones of medium and low porosity. These include mainly medium/high density limestone and marble. Carrara white marble has a density of 2.69 g cm-3 and a porosity of 0.37%, and limestone has a density of 2.2-2.6 g cm-3 and a porosity of 5-20%. For high porosity (low density) limestone the function would be applicable with a potential under-estimation. In this function, annual recession rate is a function of annual averages of precipitation, pH, and dry deposition of SO2 and HNO3. Data from several meteorological monitoring networks, the MCMA air quality and acid deposition monitoring networks, and a 3D air quality model (MCCM) were interpolated in a GIS in order to obtain map layers for these variables. These overlaid maps were used to apply the Lipfert functions at the specific coordinates of a small sample of relevant historic or artistic monuments. The complexity of climate gradients, wind patterns, and emissions distribution within the Mexico Megacity leads to gradients as large as 50% in estimated recession rates using the Lipfert function at nearby sites made of the same type of building materials. The Comisión Ambiental de la Megalópolis (Environmental Commission of the Megacity) divides the MCMA into five sectors. Differences in recession rates between them were, in 1990, as large as those between estimated values for Oviedo, Paris, and Prague in Europe for the period 1980-2000. Recession rates decreased by about 50% from 1990 to 2007, the base year for this report, due to the success of air pollution control actions focused on the protection of public health. Nevertheless, strong recession gradients are still expected for carbonate stone within the MCMA. The recession values reported in this work must be taken as conservative estimates due to the not yet optimal performance of 3D air quality models in urban meteorology and the high degree of uncertainty in modeling emissions inventories. Most notable is the SO2 emissions inventory. These maps call for a program of experimental determination of recession rates for building materials that comprise a very large part of Mexico’s unique cultural heritage. These maps should also be added to the critical level maps obtained for human exposure, crops, and ecosystems in order to properly estimate the actual cost of air pollution in the MCMA and the area under its influence.<hr/>RESUMEN La contaminación del aire representa una amenaza para el patrimonio cultural, ya que acelera el deterioro natural de monumentos, edificaciones, iglesias y vestigios arqueológicos cuyo valor es irremplazable. En la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM) hay 19 968 edificaciones registradas como monumentos arqueológicos, artísticos o históricos. Algunas de ellas están construidas con roca calcárea (piedra caliza o mármol); en muchas otras los materiales utilizados son andesita, tezontle y piedra volcánica. En este trabajo se analiza por primera vez la distribución espacial del riesgo potencial de deterioro de piedra calcárea en términos de erosión superficial, con relación al patrimonio cultural mexicano ubicado en la ZMVM para el año base 2007. Para estimar el riesgo se utilizó la función de daño de Lipfert, que sólo es aplicable a las piedras carbonatadas de baja y mediana porosidad, las cuales incluyen piedra caliza y marfil de densidad media a alta. El mármol blanco de Carrara tiene una densidad de 2.69 g cm-3 y una porosidad de 0.37%, en tanto que la piedra caliza tiene una densidad de 2.2-2.6 g cm-3 y una porosidad de 5-20%. En la piedra caliza de alta porosidad (baja densidad), la función sería aplicable con una subestimación potencial. En esta función, la tasa anual de erosión es a su vez una función de los promedios anuales de precipitación, pH, y deposición seca de SO2 y HNO3. Se interpolaron en un sistema de información geográfica datos de varias redes de monitoreo meteorológico, la red de monitoreo de calidad del aire y deposición ácida de la ZMVM, y un modelo en 3D de la misma ZMVM, con el fin de obtener capas de mapa para estas variables. Estos mapas superpuestos se usaron para aplicar las funciones de Lipfert a coordenadas específicas de una pequeña muestra de monumentos artísticos o históricos relevantes. La complejidad de los gradientes de clima, patrones de vientos y distribución de emisiones dentro de la megalópolis mexicana inducen gradientes de hasta 50% en las tasas de erosión estimadas con la función de Lipfert en sitios cercanos en los cuales se utilizaron los mismos materiales de construcción. La Comisión Ambiental de la Megalópolis divide la ZMVM en cinco sectores. En 1990, las diferencias en las tasas de erosión entre dichas zonas eran tan amplias como las existentes entre los valores estimados para Oviedo, París y Praga en Europa durante el periodo 1980-2000. Las tasas de erosión disminuyeron alrededor de 50% de 1997 a 2007 (el año base para este informe) gracias al éxito de las acciones de control de la contaminación del aire enfocadas a la protección de la salud pública. No obstante, aún se esperan altos gradientes de erosión para las piedras carbonatadas dentro de la ZMVM. Los valores de erosión reportados en este trabajo deben tomarse como estimaciones conservadores debido al desempeño aún imperfecto de los modelos 3D de calidad del aire en la meteorología urbana, así como al alto grado de incertidumbre en la modelación de inventarios de emisiones. En este sentido, el más notable es el inventario de emisiones de SO2. Estos mapas obligan a la creación de un programa para la determinación experimental de tasas de erosión que abarquen gran parte del singular patrimonio cultural mexicano; asimismo, deben añadirse a los mapas de niveles críticos obtenidos para la exposición de personal, cultivos y ecosistemas con el fin de estimar de forma adecuada el costo real de la contaminación del aire en la ZMVM y su área circundante. <![CDATA[Concentration of heavy metals in condensed atmospheric water vapor at three Mexican localities]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000300209&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT The condensation of water vapor is a very useful technique in mitigating the scarcity of water resources for human consumption; however, the quality of this water must meet the highest standards to avoid becoming a health hazard. The present study quantifies trace elements such as As, Ba, Cu, Cd, Cr, Fe, Hg, Mn, Pb, and Zn, as well as pH and electrical conductivity (EC), in condensed atmospheric water vapor at three localities in Mexico. Atmospheric water vapor was condensed with an atmospheric water generator prototype. A total of 108 samples were obtained from three survey sites over the course of two seasons (wet and dry) during day/night shifts. The concentration of heavy metals was analyzed using inductively coupled plasma mass spectrometry. The pH and EC parameters were measured with a potentiometer/conductometer. We found Pb, Fe, and Cd in 91.66, 58.33, and 33% of the samples, respectively, at concentrations exceeding those permitted by the World Health Organization (WHO) for water intended for human consumption. Both pH and EC were within the limits established by the Department of Water Affairs of Namibia. The concentrations of trace metals in condensed atmospheric water vapor samples were within the maximum permissible limits determined by WHO for most elements analyzed in this study.<hr/>RESUMEN La condensación de agua es una técnica que puede aprovecharse para mitigar la escasez de agua para consumo humano. Sin embargo, es necesario garantizar que tenga la calidad suficiente para utilizarse sin comprometer la salud del consumidor. En este trabajo se cuantificaron los elementos traza como As, Ba, Cu, Cd, Cr, Fe, Hg, Mn, Pb y Zn, el potencial hidrógeno (pH) y la conductividad eléctrica (CE), en el agua condensada de la atmósfera en tres localidades de México. El agua se condensó con un prototipo que induce el punto de rocío a partir de la humedad atmosférica. Se obtuvieron un total de 108 muestras en los tres sitios de estudio, en dos épocas del año (lluvias y secas) y en dos turnos (diurno y nocturno). Los metales pesados se analizaron con un espectrofotómetro de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS, por sus siglas en ingles). El pH y la CE se midieron con un potenciómetro/conductímetro. Se encontraron Pb, Fe y Cd en 91.66%, 58.33% y 33% de las muestras, respectivamente, en concentraciones que superan la norma de la Organización Mundial de la Salud (OMS) para agua destinada a consumo humano. El pH y la CE están dentro de los límites establecidos por el Departamento de Asuntos del Agua de Namibia. El contenido de metales traza en el agua condensada de la atmósfera cumple con los límites permisibles señalados por la OMS para la mayoría de los elementos analizados en este trabajo. <![CDATA[Effects of El Niño in Mexico during rainy and dry seasons: an extended treatment]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000300221&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT The effect of El Niño-Southern Oscillation (ENSO) on precipitation in Mexico is analyzed. Unlike previous studies, the amount of data used is larger and the Mexican territory is more widely covered. In this paper, daily precipitation from the CLICOM database updated to 2015 was used. The studied period spans from 1961 to 2013 and was divided into two periods: 1961-1990 and 1991-2013. For the same periods two separated seasons were considered: the cold and dry (November-April), and the warm and wet (May-October). Thus, the number of stations that exceed the amount of continuous information criteria for a certain period increases considerably. The Pearson correlation coefficient with a significance of 5% was used in order to test for the existence of a relationship between precipitation and the Multivariate ENSO Index (MEI). The results are presented in maps where regions of precipitation above or below average are observed. During the summer/warm months, the northwestern region of Mexico is clearly identified with a direct relationship between MEI and precipitation, whereas an inverse relationship in the part that lies south of latitude 22º N is seen. In the winter/cold months, there is a general increase in precipitation with increasing MEI. Distributions of normal rainfall for both winter and summer are also shown.<hr/>RESUMEN Se analiza el efecto de El Niño-Oscilación del Sur (ENSO, por sus siglas en inglés) sobre la precipitación en México. A diferencia de estudios anteriores, en éste se maneja una mayor cantidad de datos y se cubre más extensamente el territorio mexicano. En este trabajo se emplearon los datos de precipitación diaria de la base de datos CLICOM a partir de 1961, actualizada hasta 2015. El periodo de estudio se dividió en dos fases: 1961 a 1990 y 1991 a 2013, y se consideraron también separadamente las épocas fría y seca del año (noviembre-abril), y la cálida y húmeda (mayo-octubre). De esta manera, la cantidad de estaciones que superan los criterios de cantidad de información continua para un periodo determinado, aumenta considerablemente. Se utiliza el coeficiente de correlación de Pearson con una significancia de 5% para encontrar la relación entre la precipitación y el índice multivariado de ENSO (MEI, por sus siglas en inglés). Los resultados se presentan en mapas donde se observan regiones con precipitación por arriba o debajo del promedio. Claramente se identifica la región noroeste de México con una relación directa entre MEI y precipitación; mientras que se observa una relación inversa en la parte que se encuentra al sur del paralelo 22º N, durante los meses de verano. En el periodo invernal existe un aumento generalizado de la precipitación conforme aumenta el MEI. Se muestra la distribución de la lluvia para periodos normales tanto de invierno como de verano. <![CDATA[Climatic analysis linked to land vegetation cover of Mexico by applying multivariate statistical and clustering analysis]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000300233&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT The climate regions of Mexico are delimitated using hierarchical clustering analysis (HCA). The data used consists of monthly means of maximum and minimum temperatures and monthly-accumulated precipitation. The dataset was obtained from heterogeneously distributed climatic stations in Mexico for the period from 1961 to 2004. This cluster method assigns precipitation and temperature variables to groups of clusters based on similar statistical characteristics. We carried out a principal components analysis to obtain a standardized reduced matrix to be used in HCA. By applying two clustering criteria (K-means and Ward´s method) it was possible to define statistically groups of stations that delimit regions of similar climate. In addition, the applied methodology describes the dominant vegetation distribution for each climate region. This analysis may contribute to the generation of new climate scenarios, where the dynamics of land vegetation cover could be included as a biomarker of climate.<hr/>RESUMEN Se delimitan las regiones climáticas de México mediante el análisis jerárquico de agrupamiento. Los datos utilizados fueron medias mensuales de temperatura máxima y mínima y la precipitación mensual acumulada, obtenidas de estaciones climáticas en México para el periodo 1961-2004. Este método de agrupamiento asigna cada variable de precipitación y temperatura a grupos con base en características estadísticas similares. Se realizó un análisis de componentes principales para obtener una matriz estandarizada que se utilizó en el agrupamiento. Aplicando dos criterios de agrupamiento (K-means y Ward) fue posible definir estadísticamente los grupos de estaciones que delimitan regiones de clima similar. Además, la metodología empleada describe la distribución de la vegetación dominante para cada región climática. Este análisis puede contribuir a la generación de nuevos escenarios climáticos, donde puede incluirse la dinámica de la cobertura vegetal como bioindicador del clima. <![CDATA[Seasonal changes in the PM <sub>1</sub> chemical composition north of Mexico City]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000300243&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT An Aerodyne Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM; Aerodyne Inc.) was deployed at a site north of Mexico City from November 13, 2013 to April 30, 2014 to investigate the seasonal variability of the chemical composition of submicron particles. The ACSM provides real time information on mass concentration of the non-refractory main species (nitrate, sulfate, ammonium, chloride and organic compounds) in particulate matter less than 1 μm (NR-PM1) with a 30-min time resolution. Meteorological variables (temperature, relative humidity, and wind speed and direction), as well as concentrations of black carbon, PM1, PM2.5, CO, SO2, NO, NO2, and O3, were also measured. The total NR-PM1 mass concentrations plus black carbon (which must be close to the PM1 total mass) showed a good correlation with PM1 mass concentration measured with a Tapered Element Oscillating Micro-Balance, an indication of the soundness of the ACSM data. In average, the composition of the aerosol as well as its diurnal variability were similar to observations in previous studies using similar instruments (MCMA-2003 and MILAGRO). However, it was observed that the aerosol was persistently acidic during November and December probably due to a higher relative humidity, lower temperature, and more frequent winds from the NW, where the Tula industrial complex is located. A lower concentration of ammonia (NH3) in the gas phase might affect the PM acidity too. These results suggest a seasonal variability in the aerosol chemistry in Mexico City, which should be verified with more long-term studies.<hr/>RESUMEN Se instaló un Monitor de Especiación Química de Aerosoles (ACSM, por sus siglas en inglés; Aerodyne Inc.) en un sitio al norte de la Ciudad de México del 13 de noviembre de 2013 al 30 de abril de 2014, con el objetivo de investigar la variabilidad estacional de la composición química del aerosol menor a 1 µm. El ACSM determina la concentración en masa, en tiempo real, de las especies más importantes (nitrato, sulfato, amonio, cloruro y compuestos orgánicos) del material particulado no refractario menor a 1 µm (NR-PM1), con una resolución temporal de 30 min. Durante dicho periodo también se midieron variables meteorológicas (temperatura, humedad relativa, y dirección y velocidad del viento), y las concentraciones de carbono negro, PM1, PM2.5, CO, SO2, NO, NO2 y O3. La concentración en masa de NR-PM1 sumada a la concentración del carbono negro (que debe ser cercana a la concentración total de PM1) tuvo una buena correlación con la concentración medida con un equipo de microbalanza de elemento oscilatorio, lo cual indica la buena calidad de los datos del ACSM. En promedio, la composición del aerosol, así como su variabilidad diurna fueron similares a lo encontrado en campañas anteriores en las que se usó instrumentación similar (MCMA-2003 y MILAGRO). Sin embargo, el aerosol mostró un carácter ácido durante noviembre y diciembre, probablemente debido a una mayor humedad relativa, menor temperatura, y vientos más frecuentes del noroeste (donde se encuentra el complejo industrial Tula) durante este periodo. Una baja concentración de amoniaco en la fase gas (NH3) también puede tener un efecto importante en la acidez observada. Estos resultados sugieren un cambio estacional en la química del aerosol, el cual debe verificarse llevando a cabo más estudios a largo plazo. <![CDATA[Implementation of the Unified Post Processor (UPP) and the Model Evaluation Tools (MET) for WRF-chem evaluation performance]]> http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-62362017000300259&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT This study focuses on a detailed description of several modifications made in both the Unified Post-Processor (UPP) and the Model Evaluation Tools (MET) release packages, which are necessary in order to incorporate relevant chemical species and meteorological parameters into the verification process. The changes made in UPP and MET are illustrated with a high ozone concentration episode, comparing the Weather Research and Forecasting-chemistry (WRF-chem) simulations against observational data from the Red Automática de Monitoreo Atmosférico (Automatic Atmospheric Monitoring Network) during a weekend in the Mexico City Metropolitan Area. National Emission Inventory (2006) formatted data was supplied to the WRF-chem model. Examples of statistical results and plots contemplating the new chemical species added to the verification process are given, with the aim to illustrate the kind of verification measurements and plots that MET could provide now. Finally, The modifications made over different files in UPP and MET packages could be of particular interest for users and developers of the WRF-chem model concerned about the forecast of the analysis episodes related with poor urban air quality.<hr/>RESUMEN Este trabajo se centra en la descripción detallada de varias modificaciones realizadas a las versiones más recientes de los paquetes informáticos Unified Post Processor (UPP) y Model Evaluation Tools (MET), las cuales son necesarias para incorporar especies químicas importantes y parámetros meteorológicos al proceso de verificación. Los cambios realizados en ambos programas se ejemplifican con un episodio de altas concentraciones de ozono, comparando simulaciones del modelo Weather Research and Forecasting-chemistry (WRF-chem) con datos observacionales de la Red Automática de Monitoreo Atmosférico correspondientes a un fin de semana en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México. El modelo WRF-chem se alimentó con datos formateados del Inventario Nacional de Emisiones (2006). Se proporcionan ejemplos de resultados y gráficas que contemplan la adición de nuevas especies químicas al proceso de verificación, con el objeto de explicar el tipo de mediciones de verificación y gráficas que el MET podría aportar en la actualidad. Por último, las modificaciones realizadas a diferentes archivos de los paquetes UPP y MET podrían ser de interés en particular para los usuarios y desarrolladores del modelo WRF-chem preocupados por el pronóstico o la investigación de episodios con mala calidad del aire urbano.