COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL PARTICULADO PM 2.5 EN LA CIUDAD DE BOGOTA
1.CONTEXTO, HIPOTESIS Y ESTADO DEL ARTE
El aire es una mezcla gaseosa conformada por nitrógeno oxígeno y otros gases en menor proporción como el argón y el CO2, Esta es su composición natural exenta de partículas.
Cuándo el aire presenta una composición diferente a la natural, como agentes químicos, físicos y biológicos lo que obtenemos es aire contaminado ya que tiene alterada sus características naturales también conocido como contaminación atomosferica.
La contaminación atmosférica es la presencia que existe en el aire de pequeñas partículas o productos secundarios gaseosas que pueden implicar riesgo, daño o molestia para las personas, plantas y animales que se encuentran expuestas a dicho ambiente (IDEAM_Contaminacion atmosferica_Boletin calidad del aire).
Los principales medios por los cuales se produce contaminación atmosférica se concentra en los procesos industriales en donde se realiza combustión, los vehículos de motor, y los incendios forestales (IDEAM_Contaminacion atmosferica_Boletin calidad del aire).
Los contaminantes más preocupantes para la salud pública son las partículas en suspensión con tamaño de diametro de 2.5 y 10 micras conocidos como PM2.5 y PM10, tambien el el monóxido de carbono, el ozono, el dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre. La contaminación del aire exterior y de interiores provoca enfermedades respiratorias y otros tipos y es una de las primeras causas causas de morbimortalidad.
Las partículas en suspensión, son partículas finas que causan accidentes cerebro vasculares, cardiopatías, cáncer de pulmón y enfermedades respiratorias agudas y crónicas. El material particulado, provocaba cada año 4.2 millones de muertes prematuras según estimaciones de la OMS para el 2016, esta mortalidad está directamente relacionada con la exposición a materia particular de dos, cinco micrones o menos de diámetro (PM 2.5).
Los datos de la OMS muestran que casi toda la población mundial (el 99%) respira un aire que supera los límites recomendados por la organización y contiene altos niveles de contaminantes además, estos datos indican que las
posiciones más elevadas se encuentran en los países de ingresos medianos y bajos (OMS).
Consciente del efecto de la contaminación atmosférica y de su efecto en la salud humana, la OMS se ha propuesto promover iniciativas dentro de los países miembros para que realicen cambios en temas de transporte, energía, planificación urbana entre otros con miras en la mejora de la salud de las personas.
La OMS apoya técnicamente a los estados miembros mediante la elaboración de normativas ( como los límites maximos permisibles de contaminantes ), el suministro de herramientas y el asesoramiento experto sobre temas de salud relacionados con la contaminación del aire y sus fuentes.
La calidad del aire está estrechamente relacionada con el clima del planeta y los ecosistemas de todo el mundo. Muchos de las fuentes de contaminación atmosférica por ejemplo son la quema de combustibles fósiles que tambien emiten gases de efecto invernadero aumentando la temperatura del planeta.
En Colombia, el control de la contaminacion atmosferica es un tema prioritario, a nivel nacional, el Departamento Nacional de Planeación estimó que, durante el año 2015, los efectos de este fenómeno estuvieron asociados a 10.527 muertes y 67,8 millones de síntomas y enfermedades. Adicionalmente, los costos ambientales asociados a la contaminación atmosférica en Colombia, durante los últimos años se incrementaron pasando de 1,1% del PIB de 2009 ($5,7 billones de pesos) a 1,59% del PIB de 2014 ($12 billones de pesos) y del 1,93% del PIB en 2015 ($15.4 billones de pesos), lo cual pone en evidencia la necesidad de seguir implementando estrategias para controlar, evaluar y monitorear estas sustancias. (IDEAM_Contaminacion atmosferica_Boletin calidad del aire).
Según los últimos informes del estado de la calidad del aire, elaborados por el Instituto, el contaminante con mayor potencial de afectación en el territorio nacional es el Material Particulado Menor a 2,5 micras (PM2.5), el cual está constituido por partículas muy pequeñas, producidas principalmente por los vehículos pesados que utilizan diésel como combustible, y que pueden transportar material muy peligroso para el cuerpo como metales pesados, compuestos orgánicos y virus, afectando de este modo las vías respiratorias (IDEAM_Contaminacion atmosferica_Boletin calidad del aire).
La ciudad de Bogota cuenta con La Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá - RMCAB quien realiza el monitoreo de los contaminantes criterio PM10, PM2.5, O3, SO2, NO2 y CO, y las variables meteorológicas precipitación, temperatura, presión atmosférica, radiación solar, velocidad y dirección del viento (RMCAB).
La RMCAB está conformada por 20 estaciones que cuentan con sensores y analizadores automáticos, que reportan datos actualizados cada hora sobre la calidad del aire en la ciudad. Cada estación se encuentra ubicada en un lugar específico de la ciudad, atendiendo a los requerimientos definidos en la normatividad vigente (distancia a fuentes de emisión, posibles interferencias, restricciones de funcionamiento), y por lo tanto cada una registra las condiciones de una zona de influencia en la atmósfera.
Los datos para el presente estudio son tomados de los datos publicos de La Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá – RMCAB de la pagina de la Secretaria Distrital de Ambiente.
Tambien encontramos el Índice Bogotano de Calidad de Aire, IBOCA, adoptado mediante la Resolución 2410 de 2015, es un indicador multipropósito adimensional, calculado a partir de las concentraciones de contaminantes atmosféricos en un momento y lugar de la ciudad, que comunica simultáneamente y de forma sencilla, oportuna y clara el riesgo ambiental por contaminación atmosférica, el estado de la calidad del aire de Bogotá, las afectaciones y recomendaciones en salud y las medidas voluntarias para que la ciudadanía contribuya a mantener o mejorar la calidad del aire de la ciudad. También funciona como indicador de riesgo ambiental por contaminación atmosférica en el marco del Sistema Distrital de Alertas del Sistema Distrital de Gestión del Riesgo y Cambio Climático.( Secretaria Distrital de Ambiente)
Para tener un conocimiento más acertado y sencillo sobre el tema, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) estandarizó una medida de calidad del aire general para que el público pueda entender mejor el estado de contaminación conocido como el Índice de Calidad del Aire (ICA), que ubica aproximadamente cómo está el aire en el sitio de interés de un modo cualitativo. Los clasifica de acuerdo a Bueno (0-50), Moderado (51-100), Desfavorable para Grupos Sensibles (101-150), Desfavorable (151-200), Muy Desfavorable (201-300), Peligroso (301-500). En el caso de Colombia, esta medida utiliza frecuentemente en Cali para informar mensualmente a los habitantes sobre la calidad del aire en la ciudad. Tambien adaptada en la resolucion 2254 del 2017. (Acevedo Bohórquez, Marco teórico de la contaminación atmosférica en Colombia)
Como Marco normativo en Colombia tenemos al Ministerio de Ambiente y desarrollo Sostenible y a una de sus entidades, el IDEAM que es una institución pública de apoyo técnico y científico al Sistema Nacional Ambiental con emisión de las siguientes resoluciones y protocolos:
RESOLUCIÓN 2254 DE 2017 Por la cual se adopta la norma de calidad del aire ambiente y se dictan otras disposiciones
RESOLUCIÓN 650 DE 2010. Por la cual se adopta el Protocolo para el Monitoreo y Seguimiento de la Calidad del Aire”
RESOLUCIÓN 2154 de 2010. Por la cual se ajusta el Protocolo para el Monitoreo y Seguimiento de la Calidad del Aire adoptado a través de la Resolución 650 de 2010 y se adoptan otras disposiciones
PROTOCOLO
Protocolo para el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire
Manual de diseño de Sistemas de Vigilancia de Calidad del Aire
La Resolucion 2254 del 1 de Noviembre de 2017 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo sostenible contempla un nivel maximo permisible de material particulado PM2.5 de 50 ug/cm3 en un lapso de 24 horas y para el 2030 un nivel maximo para PM2.5 de 15 ug/cm3 en un año, lo cual implica toma de acciones para dismuniur los valores actuales de contaminacion por particulas en suspension, para ello plantea el Articulo 15, la elaboracion de los programas de reduccion de la contaminacion del aire.
ANALISIS EXPLORATORIO DE LOS DATOS Serie de tiempo Material particulado PM2.5 para la ciudad de Bogota
library(readxl)
particulas<- read_excel("Material particulado 2014 al 2019.xlsx",
sheet = "Hoja1")
View(particulas)particulas1<-ts(particulas[,2], start=c(2014,1),end= c(2019,12), frequency = 12)Representación numérica de la serie:
particulas1## Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
## 2014 36 41 42 32 32 23 32 24 25 30 30 37
## 2015 29 34 34 27 29 19 21 22 28 28 28 25
## 2016 43 30 36 29 25 22 22 28 30 33 33 35
## 2017 15 34 30 27 24 24 19 25 25 26 32 30
## 2018 26 33 32 27 21 17 17 20 22 23 25 28
## 2019 25 35 37 28 23 16 18 20 24 26 26 27La base de datos particulas1 contiene los valores de material particulado menor a 2.5 micras en ug/m3 tomados en la estacion de monitoreo de Kennedy para los años 2014 al 2019.
Aspectos descriptivos de la serie de tiempo:
start(particulas1) #Conocer el tiempo de comienzo o inicio de la serie## [1] 2014 1end(particulas1) #Conocer el tiempo de fin de la serie## [1] 2019 12frequency(particulas1) #Conocer la frecuencia de la serie## [1] 12Unidad de tiempo a la que pertenece cada observación de la serie:
cycle(particulas1)## Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
## 2014 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
## 2015 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
## 2016 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
## 2017 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
## 2018 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
## 2019 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12De lo anterior tenemos que la serie inicia en el mes de enero de 2014, termina en diciembre de 2019, su frecuencia es 12, es decir, cada año cuenta con valores por mes de material particulado y la unidad de tiempo son cada uno de los meses del año representados de 1 a 12.
Representación gráfica de la serie:
library(tseries)
library(ggplot2)
library(ggfortify)
library(dplyr)
library(plotly)
library(TSstudio)ts_plot(particulas1) Esta grafico es dinamico, permite visualizar el año y mes exacto con mayor y menor cantidad de material particulado menor a 2.5 micras, para el 2016 la medicion fue de 43 ug/cm3 de y el año con menor cantidad fue 2017 con 15 ug/cm3.
Descomposición aditiva de la serie de tiempo
particulas1: en sus componentes de tendencia,
estacional y componente aleatorio.
autoplot(stl(particulas1[,1], s.window='periodic'))
Los graficos de descomposicion aditiva de la serie muestra 4 graficas dentro de una misma.
El primer grafico es la representacion de los datos, en el eje x los años (2014 al 2019) y para el eje Y la cantidad de material particulado en ug/m3.
El segundo grafico presenta el componente de tendencia (trend) mostrando valores de material particulado con una tendencia decreciente, la cantidad de material particulado ha disminuido a traves de los años.
El tercer grafico presenta el componente estacional (seasonal) donde se puede observar una variacion para un cierto periodo especifico.
El cuarto y ultimo grafico representa el componente aleatorio, los residuos (remainder), es decir, lo que no absorbe el modelo y se espera se encuentren lo mas cercano a cero, para la presente serie se observan datos extremos, no cercanos a cero, es decir, que los residuos no cumplan el criterio permitido para ellos.
Boxplot por mes
boxplot(particulas1 ~ cycle(particulas1))
En el diagrama Boxplot se observan los valores del Material particulado en el eje y frente a los meses del año en el eje x, con el fin de identificar una tendencia dentro de los meses con mayores o menores valores de material particulado segun sea el interes, para el caso de estudio, se observa que en los meses de enero y febrero se ubican los valores mas altos de particulas y el mes de enero con el valor mas bajo. Tambien se observan datos atipicos representados por los circulos fuera de los bigote de la caja para el mes de febrero y julio.
Gráficos de estacionalidad
summary(particulas1)## Kennedy - Ken\r\n(µg/m³)
## Min. :15.00
## 1st Qu.:23.75
## Median :27.00
## Mean :27.51
## 3rd Qu.:32.00
## Max. :43.00ts_seasonal(particulas1, type = "all")En el grafico de estacionalidad encontramos 3 graficas diferentes dentro de una misma.
El primer grafico representa en lines el comportamiento del material particulado frente a cada uno de los meses contemplados entre el 2014 al 2019 con el fin de observar tendencia de crecimiento o decrecimiento en algun mes especifico a traves de los años, en este caso sobresale el mes de enero por contener el valor mas alto 43 ug/cm3, pero tambien el mas bajo 15 ug/cm3 de material particulado.
El segundo grafico similar al anterior, tambien representacion en lineas el material particulado frente al intervalos de años, con el fin de observar tendencias y es en el año 2016 donde se presenta el valor mas alto de particulas y el año 2017 el valor mas bajo para con 15 ug/cm3.
Por ultimo, encontramos un grafico de Box Plots y al lado de cada uno sus datos reales, en el eje y los valores de material particulado y para el eje x los meses del año contemplados entre el 2014 al 2019, confirmando de nuevo al mes de enero con los valores mas altos y mas bajos de material particualdo.
Mapa de calor
ts_heatmap(particulas1)Dentro del mapa de calor encontramos al color azul intenso con el mayor nuemro de particulas, al colocarnos sobre el recuadro arroja la informacion correspondiente:
Value:43
Year:2016
Month:1
Confirmando asi que en el mes de enero del 2016 se obtuvo el mayor numero de particulas de 43 ug/cm3 para periodo analizado.
El color mas tenue dentro del mapa representa al valor mas bajo obtenido de material particulado en el año 2017.
Value:15
Year:2017
Month:1
REFRENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Organización Mundial de la Salud. Contaminación Atmosférica.
https://www.who.int/es/health-topics/air-pollution#tab=tab_1
Secretaria de Ambiente. Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá – RMCAB. Reporte de estaciones rmcab.ambientebogota.gov.co/Report/stationreport
Herramientas para medir la calidad del aire en Bogotá - Secretaría Distrital de Ambiente (ambientebogota.gov.co)
Ministerio de Ambiente y desarrollo Sostenible. IDEAM
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA - IDEAM http://www.ideam.gov.co/web/contaminacion-y-calidad-ambiental/contaminacion-atmosferica
Resolucion 2254 del 1 de Noviembre de 2017. Tabla 1. Niveles maximos permisibles de contaminantes criterio en el aire.
El proyecto Apoyo institucional y regulatorio para el transporte urbano bajo en Carbono en Colombia, como parte del programa de prosperidad de la Embajada Británica en Colombia, desarrollado en conjunto por el grupo de Estudios en Sostenibilidad Urbana y Regional-SUR de la Universidad de los Andes y University College London del Reino Unido. Septiembre de 2013.
El proyecto | Apoyo institucional y regulatorio para el transporte urbano de bajo carbono en Colombia (uniandes.edu.co)
Jorge Acevedo Bohórquez, Juan Pablo Bocarejo Suescún y Juan Miguel Velásquez. (Septiembre de 2013). Proyecto Apoyo institucional y regulatorio para el transporte urbano bajo en Carbono en Colombia de la Universidad de los Andes y University College London del Reino Unido. Marco teórico de la contaminación atmosférica en Colombia.
David Eduardo García Correa. (Septiembre 2021). Prototipo de red neuronal artificial para el pronóstico de eventos críticos por partículas PM2.5 en el centro de la ciudad de Manizales..
Jessica Ximena Moreno y Wilson Sandoval Rodríguez. (2019). Caracterización de los niveles de contaminación de cuatro zonas de Bogotá por análisis de datos tipo panel.