Caso de estudio 1: Movilidad urbana y contaminación atmosférica

La gestión de la contaminación del aire se ha vuelto importante en el último periodo debido a las siguientes afirmaciones: “A causa del desarrollo industrial y avance tecnológico se estima aproximadamente 1200 millones de personas están expuestas a niveles de dióxido de azufre (SO2), muy por encima de por directrices de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y aproximadamente 1400 millones de personas están expuestas a niveles excesivos de humo y material articulado (PM)” (Rico, 2018).

La importancia de respirar aire limpio sin contaminantes es crucial para todo ser viviente. Por lo cual es importante que este sea aire limpio, pero ¿Cómo detectar si el aire que respiramos no tiene contaminantes? ¿Cómo nos afecta a nosotros?. La calidad del aire está directamente relacionada con la movilidad de carros, autobuses y hasta la propia movilidad de la ciudad, donde las personas realizan sus actividades diarias, por lo tanto, entre más movilidad haya en la ciudad, aumentan los contaminantes en el aire.

Los principales contaminantes en el aire han sido creados principalmente por la actividad económica humana, la concentración de estas sustancias es altamente nociva para la salud del ser humano. Este estudio tuvo en cuenta los siguientes contaminantes:

• Material particulado \((PM10)\)
• Ozono \((O_3)\)
• Dióxido de nitrógeno \((NO_2)\)
• Dióxido de azufre \((SO_2)\)

Antecedentes

El municipio de Hermosillo inicia de manera formal el Programa de Monitoreo de la Calidad del Aire en el año 2004, los aparatos de muestreo son donados al municipio por SEMARNAT y son reinstalados en sitios céntricos pese al crecimiento urbano que ha rebasado en kilómetros las zonas marginales de diez años atrás (Barajas Olvera, 2007).

En Hermosillo sonora, la contaminación del aire es elevada y la población desconoce acerca de este hecho. Existen antecedentes para esta ciudad de medición de PST (Partículas suspendidas totales similares a las PM10) de 1990 a 1995, reportándose que todos esos años se rebasó el máximo permisible anual de 75 μg/m^3 con promedios anuales que fluctuaban de 126 hasta 565 μg/m^3.

Objetivo(s)

• Determinar cómo varían las concentraciones de contaminantes en el aire y su relación con la movilidad durante el periodo Febrero 2020 - Mayo 2021 en la ciudad de Hermosillo, Sonora.

• Comprobar el deterioro de la calidad del aire a partir de la reactivación económica en tiempos de COVID-19.

• Menor movilidad urbana vehicular significa menor contaminacion atmosferica? (h1)

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Mapa de Ubicacion de la estacion de medicion de calidad del aire de ERNO UNAM, En Hermosillo, Sonora.

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TEORIA

Que es la calidad del aire?

• Con el nombre de atmósfera conocemos a la envoltura gaseosa que rodea a la Tierra, constando de unos 200 Km de espesor. La atmósfera es un medio continuo a través del cual son transportados y dispersados los contaminantes. Este transporte se realiza gracias al movimiento del aire que se produce a escala planetaria, regional y local.

• Una vez en la atmósfera, la persistencia de los contaminantes dependerá de diversos factores, ya sean de carácter meteorológico, como el lavado por la lluvia y la deposición por acción de la gravedad o el impacto contra superficies, o su transformación por diversas reacciones químicas en otras sustancias que puedan ser contaminantes (contaminantes secundarios).

• Técnicamente se puede definir la calidad del aire, inmisión o valor límite como la concentración de contaminante que llega a un receptor, más o menos alejado de la fuente de emisión.

Causas de la contaminacion

El uso de combustibles fósiles como la gasolina y el gas natural son grandes contribuyentes a la polución del aire. Estos emiten gases como el dióxido de carbono y el metano, dos de los mayores contaminantes y generadores de otros problemas como el efecto invernadero. El dióxido de azufre es particularmente peligroso para el medio ambiente pues es el principal componente de la lluvia ácida.

Una las principales causas de la contaminación del aire es el uso de combustibles fósiles. Su liberación hacia la atmósfera produce un exceso de material particulado \((PM_10 y PM_2.5)\) y de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y los óxidos de azufre. Por su parte, el ozono, que aunque en condiciones de equilibrio nos ha ayudado a evitar la radiación ultravioleta, en grandes cantidades puede presentar problemas para la salud.

Datos clave.

• La contaminación del aire es el principal riesgo ambiental para la salud pública en las Américas.
• En todo el mundo, cerca de 7 millones de muertes prematuras fueron atribuibles a la contaminación del aire ambiental en 2016. Alrededor del 88% de estas muertes ocurren en países de ingresos bajos y medios.
• Más de 150 millones de personas en América Latina viven en ciudades que exceden las Guías de Calidad del Aire de la OMS.
• La exposición a altos niveles de contaminación del aire puede causar una variedad de resultados adversos para la salud: aumenta el riesgo de infecciones respiratorias, enfermedades cardiacas, derrames cerebrales y cáncer de pulmón, las cuales afectan en mayor proporción a población vulnerable, niños, adultos mayores y mujeres.
• La contaminación del aire en el hogar se asocia al uso de combustibles y prácticas de cocina

Contaminantes a analizar

• El ozono (\(O_3\)) es formado en la atmósfera por medio de reacciones fotoquímicas, en presencia de luz solar y a partir de la reacción entre contaminantes precursores como los óxidos de nitrógeno \((NOx)\) y compuestos orgánicos volátiles. El ozono hace un aporte significativo al balance radiativo de la tropósfera superior y la estratósfera inferior, de modo que los cambios en la distribución de O3 en estas capas atmosféricas afectan el forzamiento radiativo del clima. (Green, 2013)

• El dióxido de azufre \((SO_2)\), como el NO2 , es un gas que puede exacerbar los síntomas de aquellos individuos que sufren enfermedades respiratorias o cardiacas. Es primordialmente formado en la combustión de combustibles fósiles en las plantas generadoras de energía y en otras instalaciones industriales, así como en fuentes móviles en un menor grado; y por consiguiente es un problema en algunas áreas urbanas e industriales. (Green, 2013)

• Las PM10 \((PM10 – 2.5)\), también llamadas partículas inhalables, se consideran como contaminantes constituidos por material líquido y sólido de muy diversa composición y tamaño, que se encuentran en el aire, estas pueden ser generadas tanto por fuentes móviles como estacionarias, de manera natural o antropogénica. Se asocian generalmente a la combustión no controlada, algunas están relacionadas con la desintegración mecánica de la materia o la re-suspensión de partículas en el ambiente. Se ha establecido que las partículas se encuentran constituidas por 7 componentes químicos o especies: material geológico, sulfatos de amonio, nitratos de amonio, material orgánico, carbón elemental, sales y elementos trazas. (Rodríguez, 2014)

METODOLOGIA

La regresión lineal múltiple permite generar un modelo lineal en el que el valor de la variable dependiente o respuesta (Y) se determina a partir de un conjunto de variables independientes llamadas predictores \((X_1, X_2, X_3…)\). Los modelos de regresión múltiple pueden emplearse para predecir el valor de la variable dependiente o para evaluar la influencia que tienen los predictores sobre ella (esto último se debe que analizar con cautela para no malinterpretar causa-efecto). (Rodrigo, 2016)

Los modelos lineales múltiples siguen la siguiente ecuación:

\[ Y_{i}=(\beta_{0}+\beta_{1}X_{1i}+\beta_{2}X_{2i}+\cdots+\beta_{n}X_{ni})+e_{i} \]

Conociendo los datos

CM <- read_excel("Concentracion_Mov.xlsx")
datatable(CM)

Grafica de movilidad segun datos de google mobility report

Los datos pueden ser encontrados y descritos aqui: https://support.google.com/covid19-mobility?hl=es#topic=9822927

movilidad <- ggplot(CM)+
  geom_line(aes(x=Fecha,y=Reactivacion_Comercial,colour="Recreación y comercio"))+
    geom_line(aes(x=Fecha,y=Supermercado_Farmacia,colour="Supermercados y farmacias"))+
    geom_line(aes(x=Fecha,y=Parques_Centros,colour="Parques"))+
    geom_line(aes(x=Fecha,y=Estaciones_Transito,colour="Estaciones de tránsito"))+
    geom_line(aes(x=Fecha,y=Lugares_Trabajo,colour="Lugares de trabajo"))+
    geom_line(aes(x=Fecha,y=Residencia,colour="Lugares residenciales"))+
    labs(title="Reporte de movilidad",x="Fecha",y="Procentaje de cambio de movilidad")

ggplotly(movilidad)

Para descargar este codigo

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Download MODELACION1.Rmd

Para descargar los datos

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Download Concentracion_Mov.xlsx

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Download Concentracion.xlsx