Implementación de un sistema lidar elástico para la observación de la dinámica de aerosoles sobre el área urbana de Cali [recurso electrónico]

Abstract

Monitorear el impacto de los aerosoles en América Latina, a escala regional, es una labor limitada por disponibilidad de infraestructura, instrumentación, y recursos técnicos y financieros. En Colombia, hay cobertura de dos redes internacionales para el monitoreo de aerosoles, la Aerosol Robotic Network (AERONET) y la Latin American Lidar Network (LALINET). En la actualidad, el desempeño de AERONET se encuentra sujeto a la disposición de tres fotómetros solares distribuidos para cinco estaciones, y antes de este trabajo, el desempeño de LALINET dependía solamente de un sistema Lidar estático situado en la ciudad de Medellín. Concretamente, la ciudad de Cali, el principal centro urbano del suroccidente colombiano con la tercera población más grande del país, nunca contó con datos asociados a estas redes hasta el desarrollo de este trabajo. Debido a su localización y número de habitantes, Cali es un nicho estratégico para el desarrollo de la economía colombiana, por lo tanto, se resalta la importancia de llevar a cabo mediciones atmosféricas para el control de la calidad del aire. Hasta la fecha, la única fuente de información oficial acerca de la dinámica espacial de los aerosoles en Cali ha sido la red de calidad del aire terrestre, la cual cuantifica concentración de material particulado únicamente a nivel de receptor. En consecuencia, es escaso el conocimiento relacionado con la dinámica vertical de aerosoles suspendidos en la baja troposfera, así como su interacción con la luz solar. Para direccionar este vacío del conocimiento, en este trabajo se ha implementado un sistema Lidar mono estático coaxial en configuración elástica que opera en 532 nm, el cual permite realizar observaciones del tope de la Capa Límite Atmosférica (CLA) y de las propiedades ópticas de aerosoles, en la denominada estación LiDAR-CIBioFI. En la primera fase de este trabajo, se reporta la implementación de un algoritmo estable para la detección del tope de la CLA en condiciones de atmósfera homogénea, durante los meses de julio, agosto, septiembre y octubre del 2018. Con estos resultados, se comparó el tope de la CLA respecto a las datos de material particulado medidos por las estaciones Cañaveralejo (PM10), Pance (PM10) y Univalle (PM2,5), pertenecientes a la red de calidad del aire local y seleccionadas debido a su cercanía con la estación LiDAR-CIBioFI. En particular, un resultado prominente proviene de la comparación entre los datos generados por la estación Univalle y el sistema Lidar (localizado a unos 100 m de esta), pues la concentración diaria de PM2,5 reporta una ligera variación respecto a la evolución diaria de la CLA, la cual a su vez experimenta un cambio de altitud diurno de aproximadamente 1.5 km. En la fase final, los coeficientes de extinción y retro dispersión fueron calculados para analizar la interacción entre la luz y los aerosoles detectados en la baja tropósfera. En este caso, empleando el algoritmo de inversión de Klett-Fernald, se logró determinar que los aerosoles tienen un impacto significativo en la extinción de la luz en la zona de estudio, pues la tasa máxima de luz extinguida fue de 1.40x10-4 mxsr-1, de una extinción total de 1.60x10-4 mxsr-1. Estos resultados permiten concluir que en dicha zona hay una concentración preponderante de partículas con potencial para absorber en el visible (longitud de onda 532 nm), pues la tasa de retro dispersión de luz por aerosoles es de 2.35x10-6 m-1, de un total de retro dispersión de 5.50x10-6 m-1. Para respaldar esta conclusión, se llevó a cabo el cálculo de retro-trayectorias empleando el modelo HYSPLIT de la NOAA, lo cual indica que la mayoría de los aerosoles detectados por el LiDAR-CIBioFI podrían provenir de los vientos alisios del Pacífico y de las calmas ecuatoriales. Estas masas de aire transportan consigo aerosoles marinos y minerales, así como carbono negro originado por la quema de biomasa en Sur América.