Medida y transporte de gases de efecto invernadero atmosféricos, monóxido de carbono y polvo sahariano, con especial énfasis en la troposfera libre del Atlántico noreste subtropical

Resumen

Las concentraciones de los gases de efecto invernadero atmosféricos bien mezclados (CO2, CH4 y N2O, fundamentalmente) se han incrementado sustancialmente desde el comienzo de la revolución industrial debido a emisiones antropogénicas. Esto está cambiando el clima a nivel global de forma lenta (debido a la gran inercia térmica de los océanos) pero inexorable. El CO también influye en este proceso debido a su impacto en el ciclo del CH4. El polvo mineral atmosférico además de influir en el forzamiento radiativo, tiene un gran impacto en la calidad del aire, los ecosistemas y los medios de transporte. El objetivo fundamental de esta tesis ha sido realizar una contribución científica significativa en la medida y el transporte de gases de efecto invernadero atmosféricos, monóxido de carbono y polvo sahariano, con especial énfasis en la troposfera libre del Atlántico Noreste subtropical. Los resultados presentados en esta tesis han sido previamente publicados por el doctorando en tres artículos científicos de revistas internacionales con árbitro, del primer cuartil (en índice de impacto) del campo “Ciencias Atmosféricas y Meteorología”, por lo que se ha optado por presentar esta tesis como compendio de publicaciones. Se ha desarrollado un procedimiento riguroso para determinar la incertidumbre en las medidas semi-continuas de CO realizadas en la estación VAG global de Izaña. Este método es aplicable a otras estaciones de la red global VAG de la OMM. El error en las medidas ha sido reportado como incertidumbre combinada estándar calculada a partir de cuatro componentes. Se ha cuantificado la incertidumbre en cada una de las medidas de CO realizadas a lo largo de los años 2008-2011. Cuando se calculan medias, aparece un quinto tipo de incertidumbre, que llamamos incertidumbre de representación, cuando algunos de los datos necesarios para calcular una media temporal están ausentes. Se ha desarrollado un procedimiento para calcular la incertidumbre de las medias de CO, propagando la incertidumbre de los datos utilizados para el cálculo de dichas medias teniendo en cuenta el carácter aleatorio o sistemático de cada componente de la incertidumbre. La serie temporal de medias diarias nocturnas en Izaña para el periodo 2008-2011 ha sido analizada, y estudiado el comportamiento de la componente interanual, del ciclo estacional y del ciclo diurno. Se han comparado las medidas in situ de Izaña con medidas de matraces NOAA muestreados en Izaña, introduciendo el concepto de incertidumbre de comparación, que permite determinar cuándo la diferencia es compatible o no con cero. Se ha utilizado el modelo Oslo CTM3, que es un modelo de transporte que incluye química atmosférica, para estudiar la evolución del CH4 durante el periodo 1970-2012. Además, se han utilizado 18 trazadores ficticios pasivos, uno por cada sector de emisión de CH4 considerado. Se ha hecho una comparación exhaustiva de los campos de CH4 atmosférico simulados con las medidas de estaciones de superficie para todas las regiones del planeta. La variación estacional es reproducida para la mayoría de las estaciones. El modelo también reproduce gran parte de la evolución observada del CH4 en las escalas interanual y decadal. Las variaciones en las emisiones de los humedales son los mayores forzadores de las variaciones del CH4 de un año a otro. Nuestros resultados sugieren que el reciente crecimiento de las emisiones antropogénicas en Asia a partir de 2006 está sobreestimado en el inventario EDGAR v4.2. Nos cuestionamos también las tendencias en las emisiones asiáticas en los años noventa y el comienzo de la década del 2000, en el inventario EDGAR v4.2. En nuestras simulaciones, la vida media del CH4 decrece más de un 8% entre 1970 y 2012, debido al incremento de la capacidad de oxidación de la atmósfera. Nuestro análisis revela que los factores clave que explican esto son los cambios en: la humedad específica, la proporción de emisión entre NOx y CO, las emisiones de NOx debidas a rayos, y la columna total de O3. Se ha obtenido una ecuación sencilla para predecir la vida media del CH4 a partir de una combinación de estos parámetros. Se ha mostrado que NAFDI (Intensidad del Dipolo Norte Africano) modula los flujos de salida de polvo hacia el SNA (Atlántico Norte Subtropical) y el Mediterráneo a escala intra-estacional durante el verano, alternando entre uno y otro. Para NAFDI positivo, las anomalías positivas de AOD (Espesor Óptico de Aerosoles) se observan en el Sahara occidental y el SNA, mientras que para NAFDI negativo, éstas aparecen en el Sahara central-oriental y en el Mediterráneo central-occidental. Por primera vez, se ha demostrado que existe una estrecha relación entre la posición longitudinal de la SHL (Baja Térmica Sahariana) y el índice NAFDI, a escala temporal diaria, yendo el NAFDI un día adelantado respecto a la SHL. El NAFDI conduce a la SHL a través de advección horizontal de temperatura. El NAFDI positivo parece favorecer la emisión de polvo en el Sahara Occidental, norte de Mauritania, y Argelia central. Se ha mostrado que las variaciones intra-estacionales del NAFDI son producidas por aquellas ondas de Rossby de latitudes medias que se propagan sobre el Norte de África y que penetran lo suficiente en la baja troposfera. Los tres artículos científicos que componen esta memoria de tesis doctoral (presentada como compendio de publicaciones) son: Gomez-Pelaez, A. J., Ramos, R., Gomez-Trueba, V., Novelli, P. C., and Campo-Hernandez, R.: A statistical approach to quantify uncertainty in carbon monoxide measurements at the Izaña global GAW station: 2008–2011, Atmos. Meas. Tech., 6, 787-799, doi:10.5194/amt-6-787-2013, 2013. Dalsøren, S. B., Myhre, C. L., Myhre, G., Gomez-Pelaez, A. J., Søvde, O. A., Isaksen, I. S. A., Weiss, R. F., and Harth, C. M.: Atmospheric methane evolution the last 40 years, Atmos. Chem. Phys., 16, 3099-3126, doi:10.5194/acp-16-3099-2016, 2016. Cuevas, E.; Gómez-Peláez, A. J.; Rodríguez, S.; Terradellas, E.; Basart, S.; García, R. D.; García, O. E.; Alonso-Pérez, S.: The pulsating nature of large-scale Saharan dust transport as a result of interplays between mid-latitude Rossby waves and the North African Dipole Intensity, Atmospheric Environment, 167, 586-602, doi: 10.1016/j.atmosenv.2017.08.059, 2017.