Estudio de los aerosoles atmosféricos en Valencia mediante medidas del nefelómetro de integración

Abstract

Los aerosoles atmosféricos, partículas sólidas o líquidas en suspensión en el aire, afectan al balance radiativo terrestre de forma directa, absorbiendo y dispersando la radiación solar incidente, e indirecta, actuando como núcleos de condensación en la formación de nubes. Al efecto de la absorción y dispersión de la radiación solar incidente se le denomina forzamiento radiativo de los aerosoles, y puede llegar a ser de la misma magnitud pero de sentido opuesto que el forzamiento radiativo debido a los gases de efecto invernadero. Ante la evidencia de estos efectos sobre el clima, en los últimos años el estudio de los aerosoles atmosféricos ha cobrado gran interés, desarrollándose nuevos instrumentos y metodologías para su estudio, aunque se ha avanzado relativamente poco en su conocimiento. El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido la caracterización de los aerosoles atmosféricos que dominan el área metropolitana de Valencia a partir de las medidas realizadas con el nefelómetro de integración TSI 3563. Para ello, se ha instalado y mantenido un nefelómetro de integración TSI 3563, instrumento altamente sensible para la medida in‐situ de los coeficientes de dispersión y retrodispersión de los aerosoles atmosféricos en tres longitudes de onda (450, 550 y 700 nm), en la estación del Campus de Burjassot de la Universitat de València. Así mismo, también se ha desarrollado una metodología de trabajo para la obtención de las propiedades de los aerosoles más importantes, tanto extensivas (coeficientes de dispersión y retrodispersión) como intensivas (exponente de Ångström de dispersión, fracción de retrodispersión, parámetro de asimetría). Los resultados de este trabajo se han dividido en tres partes. La primera parte consiste en una caracterización climatológica de los aerosoles en la zona metropolitana de Valencia, incluyendo el estudio de su variabilidad anual, estacional y diaria. En la segunda parte se han analizado los procesos de transporte atmosférico que se presentan habitualmente en el área metropolitana de Valencia y su relación con las propiedades de las partículas. Por último, y como fruto de la colaboración con el Grupo de Aerosoles del Earth System Research Laboratory del NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), en la tercera parte se han visto otras aplicaciones del nefelómetro de integración TSI 3563, al comparar las propiedades de los aerosoles medidas sobre Bondville (Illinois, EE.UU.) por el Airborne Aerosol Observatory del NOAA con las obtenidas por la red de medida AERONET (Aerosol RObotic NETwork) durante el periodo 2006 – 2008.

Atmospheric aerosols, solid or liquid particles suspended in the air, influence the Earth’s radiative balance both directly, by absorbing and scattering solar radiation, and indirectly, through their action as cloud condensation nuclei in cloud formation. The effect of direct aerosol radiative forcing may currently have an influence of potentially the same magnitude but in the opposite direction as greenhouse gas forcing. Because of the evidence of their role in climate change, the study of atmospheric aerosols has taken on enormous interest in the last years, with the development of new instruments and techniques for their study, although there has been little progress in their knowledge. The main objective of this PhD. Thesis has been the characterization of the atmospheric aerosols in the metropolitan area of Valencia through the measurements made with the TSI Model 3563 integrating nephelometer. For this purpose, a TSI 3563 integrating nephelometer has been installed at the measurement station in the Burjassot Campus of the University of Valencia for the measurement of the scattering and backscattering coefficients at 3 wavelengths (450, 550, and 700 nm). Moreover, a methodology to obtain the most important properties of atmospheric aerosols has also been developed. The results of this work have been divided in three parts. The first one consists in a climatological characterization of the aerosols in the metropolitan area of Valencia, including their annual, seasonal, and daily variability. In the second part, the relationship between the geographical origin of the dominant air masses and the aerosols properties has been analyzed. Finally, as result of the collaboration with the Aerosol Group of the NOAA’s Earth System Research Laboratory, other applications of the TSI 3563 integrating nephelometer have been studied in the comparison of the aerosol properties measured over Bondville (Illinois, USA) by the Airborne Aerosol Observatory with the ones obtained by AERONET (Aerosol RObotic NETwork) during the period 2006 – 2008.