Ingeniero Civil Matemático / Magíster en Meteorología y Climatología / A lo largo de Chile existen diversas fuentes de dióxido de azufre (SO2) de origen antrópico (fundiciones de cobre, termoeléctricas, etc.) como de origen natural (volcanes, proceso biogénicos, etc.). En Chile, se estima que durante el año 2005 las fundiciones de Caletones, Ventanas y Chagres emitieron 77GgS en conjunto, cantidad similar a las emisiones totales de países desarrollados. Dados los impactos sobre la salud humana, los ecosistemas y el clima asociados al SO2 y compuestos oxidados de azufre, se requiere contar con mediciones confiables de SO2 de manera de tener un control sobre la abundancia, distribución y emisiones. El ozono (O3) y el SO2 tienen líneas espectrales de absorción similar en el ultravioleta (UV), siendo el O3 mucho más abundante que el SO2. Este último, se comenzó a estimar como una corrección a la estimación de carga atmosférica de O3 en la década de 1980, donde la carga atmosférica de un compuesto corresponde a la integral en la vertical de la concentración del compuesto, medido en moléculas/cm2 o Unidades Dobson (1 DU=2.69×1016 moléculas/cm2). Subsecuentemente, la técnica de filtrado se ha mejorado pudiendose hoy registrar la carga de SO2 con un error de fondo de 0.2 DU. Operacionalmente, se supone un perfil basado en mediciones hechas en EE.UU. En este estudio se analiza la validez de suponer el mismo perfil en la zona centro de Chile, caracterizada por una compleja circulación debido a su topografía, otorgándole variedad de forma y distribución a los perfiles en la zona de estudio. La metodología plantea usar combinadamente un modelo de transporte de baja resolución horizontal (∼ 10km), para calcular los perfiles de SO2 en la zona de estudio y un modelo de transferencia radiativa, para estimar los efectos de la dispersión y absorción del SO2 en la atmósfera. El modelo de transferencia radiativa, permite simular la medición satelital, considerando el perfil modelado. De esta manera es posible estimar la sensibilidad de la estimación de carga de SO2, con respecto a los perfiles a lo largo de Chile Central. Las estimaciones de SO2 se corrigen al cambiar el perfil de SO2 y adema ́s se implementa un filtro estadístico que elimina aquellos datos fuera de los percentiles 1 y 99 de la población y que además elimina la variabilidad mensual, a través de un filtro de Fourier, considerando que el tiempo de residencia del SO2 es del orden de días. El resultado principal es la corrección de las estimaciones de SO2 en la zona central de Chile, con una sensibilidad entre un 40 %-80 %.

Magíster en Meteorología y Climatología / El impacto global de los aerosoles en el balance radiativo depende de las emisiones regionales. Por esto es necesario tener una visión de las propiedades ópticas de los aerosoles en muchos lugares del planeta. Además, se ha observado un aumento de las concentraciones de ozone en la tropósfera, cuyas mediciones son fundamental determinando el impacto de las actividades antropogénicas. En consecuencia, estaciones de vigilancia han sido instaladas desde 1995 dentro del programa de GAW por la OMM. Particularmente, en Chile, una de ellas es Cerro Tololo (TLL). Altas (bajas) concentraciones de ozono se observan durante la tarde-noche (mañana). Su variabilidad mensual está relacionada a la quema de biomasa del hemisferio sur. El carbono-negro-equivalente muestra el mismo patrón diurno que ozono, altas (bajas) concentraciones en verano (invierno). Su variabilidad mensual está probablemente asociada a actividad humana en los valles de los alrededores. Exponentes de Angstrom muestran que TLL está influenciado por arena y, más hollín de carbono-negro que quema de biomasa. Las parcelas de aire provienen de niveles superiores, sobre el océano y áreas contaminadas. Las primeras representan un intercambio entre estratósfera-tropósfera. Las segundas son producto de la brisa marina. Finalmente, las últimas representan el transporte local de los alrededores. / The global-impact of aerosols on the radiative balance depends on the regional emissions. In view of this, it is necessary to have a look of aerosol optical properties in several places of world. Furthermore, increasing ozone concentrations are observed in the troposphere and their measurements at remote places are keys to assess the impact of the anthropogenic activities. Accordingly, since 1995 watching stations have been installed as part of GAW Program by the WMO. Particularly, in Chile, one of them corresponds to Cerro Tololo (TLL). Ozone shows high (low) concentrations during afternoon and night (morning), and maximal (minimum) during spring (summer). Their monthly variability is linked to the biomass-burning in the southern hemisphere. Equivalent black carbon shows the same diurnal pattern as ozone, and high (low) concentrations in summer (winter). Their monthly variability is probably related to the human activity in the surrounding valleys. Angstrom exponents show that TLL is influenced by dust and aged diesel soot black carbon rather than biomass-burning emissions. Air parcels coming from upper-levels, over the ocean and polluted areas are observed at TLL. First parcels represent stratosphere-troposphere interchange. Second parcels represent see-breeze. Finally, third parcels represent local transport from the surrounding areas.

Durant les últimes dècades la quantitat de gasos i partícules contaminants que s’han injectat a l’atmosfera ha augmentat considerablement. Evidència d’aquesta informació són les elevades concentracions de diòxid de nitrogen o partícules amb una grandària inferior a 10µm (PM10) que es mesuren habitualment en zones urbanes i industrials, o les també altes concentracions d’ozó en moltes zones rurals situades a sobrevent de zones urbanes o industrials, on les concentracions dels seus precursors, fonamentalment òxids de nitrogen, són molt baixes en condicions normals. Paral•lelament però, a l’augment de la concentració de contaminats, s’ha potenciat de forma considerable la sensibilització de la població i de l’administració a la qualitat de l’aire que respirem. D’aquesta manera és ja una necessitat en els països desenvolupats el poder disposar d’eines de control, gestió i avaluació de la contaminació atmosfèrica. Aquest fet ha impulsat que en els darrers anys s’hagin produït importants avenços en els sistemes per a la modelització de la qualitat de l’aire fins a esdevenir eines de gestió i pronòstic ambiental que ofereixen resultats força precisos. A més, la modelització de la qualitat de l’aire s’ha convertit en una eina totalment necessària per poder conèixer els nivells d’immissió a zones on no es disposa d’estacions de mesura i per poder crear plans d’actuació per tal de poder combatre nivells elevats dels diversos contaminants. És per aquest motiu que en aquesta tesi doctoral es descriu la recerca i el desenvolupament d’un sistema de modelització de la qualitat de l’aire. S’ha utilitzat com a punt de partida els treballs anteriors, i es descriu l’acoblament dels diferents models que el componen. Els models són adaptats a la zona d’estudi mitjançant l’ajust de diversos paràmetres i són utilitzats de forma depenent entre ells. L’avaluació estadística dels pronòstics del sistema s’utilitza com el camí per a la localització d’incerteses i posterior refinament del model. Aquest procés d’acoblament i execució del sistema per períodes llargs de temps, validació dels resultats, localització d’incerteses i anàlisi de sensibilitat, esdevé un procés continu i cíclic durant la tasca de recerca del doctorand, fins a obtenir resultats dels paràmetres estadístics dins de les recomanacions de la comunitat científica i acomplint els requeriments de la legislació per a la utilització operativa del sistema. Degut a la problemàtica comentada en l’apartat anterior, cada vegada són més els estudis que es realitzen per investigar iniciatives de reducció de la contaminació atmosfèrica i per implementar models de pronòstic de qualitat de l’aire. És per aquests motius que l’objectiu final i fonamental d’aquesta tesi ha estat implementar un sistema de pronòstic de la qualitat sobre l’àrea d’interès que sigui actual, àgil i efectiu. Assolir aquest ambiciós objectiu ha suposat per al doctorand anar assolint reptes i metes durant la fase de recerca. El document s’estructura en deu capítols diferents, incloent la introducció i la bibliografia. / During the last decades the amount of gaseous and particulate pollutants that have been injected into the atmosphere has increased significantly. Evidence of this information is the high concentration of NO2 and aerosols that are usually measured in urban and industrial areas, or high concentrations of ozone in many rural areas. Parallel to this increase in concentration of pollutants, has been enhanced significantly the sensibility and management to the air quality. Thus it is necessary now in developed countries have the tools to control, management and evaluation of air pollution. In this way, the modelling of air quality is absolutely necessary to know the levels of gases and aerosols in areas where there are not measurement stations, and also to combat high levels of these pollutants. The photochemical models are tools of environmental management and forecasting that in recent years have been refined to provide quite accurate results. We need to adapt the models to each area by adjusting parameters and the study of characteristics of pollution episodes. For this reason, this doctoral thesis describes research and development of a air quality modelling system. We have been used as a starting point the previous work and we describe the coupling of different models. The models are adapted to the area of interest by setting different parameters and are used in a dependent relationship between them. The statistical evaluation of the forecasting system is used as a way to locate uncertain and further refinement of the model. This process of engagement and implementing the system for long periods of time, validation of results, location of uncertainties and sensitivity analysis is an ongoing, cyclical during the doctoral research.