Los estudios de calidad de las cuencas hidrográficas han adquirido gran interés en las últimas décadas, dado el incremento de población en sus riberas, el creciente grado de industrialización y los aportes del sector primario. En este trabajo se ha evaluado el grado de contaminación por metales pesados de las aguas y de los sedimentos de la cuenca del Llobregat. El análisis de los metales pesados tiene un interés especial al tratarse de una cuenca altamente aprovechada para el consumo en el área metropolitana de Barcelona que conjuntamente con la procedente del río Ter abastecen a una población de más de cuatro millones de habitantes. Por otro lado, este estudio supone un aporte de información valioso sobre la distribución de Sb, As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb y Zn en aguas y sedimentos de la cuenca del Llobregat, así como de la biodisponibilidad de estos elementos en el medio acuático a partir del estudio de especiación. Para llevar a cabo este estudio se establecieron diecisiete puntos de muestreo, ocho de ellos situados en el río Llobregat, cuatro en su afluente principal el río Cardener y cinco en el río Anoia. Las muestras de las aguas y los sedimentos se recogieron durante un año con una frecuencia trimestral. Los sedimentos se han secado a 105ºC para la determinación de los elementos Sb, Cd, Cu, Cr, Ni, Pb y Zn durante 24 horas y, a 60ºC para los metales volátiles (As y Hg) por un periodo de 16 horas y todos ellos tamizados a 63 mm de luz de malla. Esta fracción contiene la práctica totalidad de la materia orgánica y los metales pesados al mismo tiempo supone una homogeneización del material objeto de análisis.La extracción de los metales en sedimentos se llevo acabo mediante digestión ácida: con ácido nítrico y clorhídrico concentrado, utilizando recipientes de Pyrex cerrado durante 3 horas a 150ºC en baño de arena. Los contenidos metálicos en las aguas y los sedimentos se analizaron por Espectrometría de Masas con fuente de Plasma Acoplada Inductivamente (ICP-MS) ELAN 6000. También se han determinado los parámetros físico-químicos y componentes mayoritarios en las aguas y también los contenidos de carbonatos, materia orgánica y silicatos en los sedimentos, para tratar de establecer posibles correlaciones entres sus contenidos y los de metales pesados en sedimentos y para realizar una caracterización litogénica de estos materiales.Según los resultados obtenidos, las aguas de la cuenca del Llobregat presentan una elevada salinidad con altos valores de conductividad, cloruros y residuo seco. Estos valores destacan especialmente después de las explotaciones mineras. De los tres ríos estudiados el río que está más afectado es el Anoia, por los parámetros de salinidad.En lo que respecta a la concentración de los metales pesados en las aguas, cabe destacar en toda la cuenca del Llobregat sólo tres puntos de muestreo están sensiblemente contaminados, en el río Llobregat en Sant Joan Despí por el Ni y en el Anoia en Vilanova del Camí y en Capellades por el metal Cr.Teniendo en cuenta la legislación Holandesa, se ha constatado que los sedimentos están sensiblemente contaminados por Cu en el río Llobregat a partir de Martorell-L hasta Sant Joan Despí y en el río Anoia los puntos de muestreo de Vilanova del Camí, Sant Sadurní d'Anoia y Martorell-A. Por el metal Cr el punto de Vilanova del Camí en el río Anoia. En cambio el metal Ni supera los máximos valores estipulados en los tres ríos, en la mayoría de los puntos de muestreo.Finalmente, se ha realizado el análisis de especiación iónica de los metales pesados en los sedimentos por el método BCR. Se han determinado las concentraciones de metales ligadas a cada fracción. Este método recoge cuatro fracciones de metal: iones intercambiables y carbonatos (f-1), óxidos de Fe-Mn (f-2), materia orgánica (f-3) y fase residual (f-4). Este estudio nos ha permitido establecer que en los sedimentos fluviales estudiados la fracción más abundante de los metales Sb, As, Cu, Ni, Pb y Zn, es la fase residual. Por el contrario, los elementos Cd y Cr se hallan en las fases extraíbles. / The study of the quality in hydrographic river basins have generated substantial interest in the last decades, because of an increase in population, the industrialization process and the contributions of the primary sector. The main objective of this work is to evaluate the contamination by heavy metals in waters and sediments from Llobregat river basin. The determination of the heavy metals in Llobregat basin has a special interest because this basin is highly made use of for the consumption in metropolitan area from Barcelona that together Ter river supplies more than four million of inhabitants. On the other hand, this study contributes an interesting information on the distribution of Sb, As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb and Zn elements in waters and sediments from Llobregat river basin, as well as the study of these elements in aquatic systems by means of speciation study. In order to carry out this study seventeen points were studied, eight of them situated in Llobregat river, four in their main affluent (Cardener river) and five in Anoia river. Waters and sediments samples took during a year with a quarterly frequency. Sediments have been dried to 105ºC for the determination of Sb, Cd, Cu, Cr, Ni, Pb and Zn elements during 24 hours and, to 60ºC for the determination of volatile metals (As and Hg) by a period of 16 hours and all of them sifted to 63 µm mesh light. This fraction make up the major part of organic matter and the heavy metals, at the same time suppose a material homogenization. The extraction of heavy metals in sediments was performed by means of a mixture of acid digestion: with HCl and HNO3 concentrated, using Pyrex vessels closed for 3 hours to 150ºC in sand bath. The metallic elements contents in waters and sediments were analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) ELAN 6000. Also the physico-chemical parameters have been determined as well the majority components in waters and carbonates content, organic matter and silicates in sediments, in order to establish the correlations between its contents and heavy metals content in sediments and to characterize these materials. According to the obtained results, the waters from Llobregat river basin present a high salinity with high conductivity values, chlorides and dry remainder. These values emphasize specially after the mining operations. Among three rivers studied the most affected is Anoia river, by the salinity parameters. In reference to the heavy metals concentration in waters, it is worthwhile emphasizing that only three points from Llobregat basin are sensibly contaminated: in Sant Joan Despí by Ni metal (Llobregat river) and in Vilanova of the Camí and Capellades by the Cr metal (Anoia river). According to the Dutch legislation, Martorell-A point corresponding to Llobregat river, are contaminated by Cu metal from Martorell-L to Sant Joan Despí and the points from Vilanova of the Camí, Sant Sadurní d'Anoia and Martorell-A in Anoia river. The point from Vilanova of the Camí in Anoia river is contaminated by Cr metal. However, Ni metal surpasses the maximum values stipulated in the three rivers. Finally, the analysis of ionic speciation of heavy metals has been made in sediments by BCR method by determining metal concentrations related to each fraction. This method studies four fractions of metal: interchangeable ions and carbonates (f1), Fe-Mn oxides (f2), organic matter (f-3) and residual phase (f-4). This study allow us to establish that the most abundant fraction of metals as Sb, As, Cu, Ni, Pb and Zn in fluvial sediments, exist in the residual phase. On the contrary, Cd and Cr elements are in the extracted phase.

L'objectiu d'aquesta tesi és implementar un sistema d'assimilació de dades a un model hidrodinàmic de la plataforma continental catalana. Aquest sistema ens permetrà combinar la informació proporcionada per les dades mesurades amb la informació que prové dels models numèrics per tal de fer la millor estimació possible, en termes estadístics, de la realitat.Per arribar a aquesta fita cal en un primer moment tenir un bon coneixement de la regió d'estudi i els processos físics que hi tenen lloc. La següent passa és disposar de un model numèric que sigui capaç de reproduir de manera realista la dinàmica de la zona.Acte seguit cal identificar i caracteritzar les fonts d'errors del sistema i la seva dinàmica per, finalment, poder implementar un sistema d'assimilació de dades adequat al problema que tracta. Seguint aquest camí podem aprofitar les dades i les eines desenvolupades per aprofundir en el coneixement de la dinàmica a la plataforma continental catalana des de diversos plantejaments.- L'estudi de les mesures obtingudes en el marc dels projectes FANS i YOYO ens ha permès caracteritzar la dinàmica de la regió, estudiar l'origen de la variabilitat del corrent de tal·lus tant per altes com per baixes freqüències, estudiar els processos sobre la plataforma i veure l'evolució de les masses d'aigua.-La implementació del model hidrodinàmic SYMPHONIE s'ha fet amb cura aplicant una novedosa tècnica d'inicialització i s'ha validat amb dades reals per tal d'obtenir un model complet i realista. Un pic aconseguit això l'hem emprat per estudiar l'evolució d'una ona topogràfica de Rossby sobre la plataforma continental, l'efecte del vent en la dinàmica tridimensional i els intercanvis plataforma-tal.lús induïts pel vent i per oscil·lacions del corrent de tal.lús.-L'ús de la modelització estocàstica ens ha permès descriure la dinàmica dels errors associats a la caracterització del corrent de tal·lus i al camp de vents podent veure que els primers són no lineals però estacionaris mentre que els segons són lineals però no estacionaris. A partir d'aquests resultats també hem definit la base d'EOFs que defineix l'espai d'ordre reduït on es farà l'assimilació de dades.-Aprofitant els elements mencionats abans hem implementat el sistema d'assimilació de dades SEQUOIA amb un nucli d'anàlisi basat en interpolació òptima d'ordre reduït. Després d'avaluar el seu comportament hem utilitzat un protocol d'experiències bessones per comparar l'efectivitat de diverses xarxes de mesura per corregir diversos errors del model.Malgrat tot el treball s'ha centrat a la plataforma continental catalana gran part dels resultats obtinguts i de les tècniques emprades són aplicables a qualsevol altra regió amb característiques similars. / The goal of this thesis is to implement a data assimilation scheme into a hydrodynamic model of the Catalan continental shelf. This system would allow us to combine the information provided by measured data with the information coming from the numerical models in order to find the best approach, from a statistical point of view, of reality.To reach this objective it is needed, in a first moment, to have a good knowledge of the region and of the physical processes therein. The next step is to have a numerical model able to reproduce in a realistic way the dynamics of the area. Afterwards, the error sources of the system and the error dynamics should be characterized to, finally, implement a data assimilation system well suited for the problem. Following this way we can take profit of the data available and the tools developed to deepen in the the knowledge of the dynamics in the Catalan continental shelf from different approaches.-The analysis of the measures obtained in the frame of the research projects FANS and YOYO have allowed us to characterize the region dynamics, to study the origin of the slope current variability in the high and low frequencies, to study the processes over the shelf and to see the water mass evolution.-The implementation of the hydro dynamical model SYMPHONIE has been done carefully applying a new initialization technique (the modal potential vorticity method) and has been validated again real data to obtain a complete and realistic model. Once we had this part done, we have used it to study the evolution of a topographic Rossby wave over the continental shelf, the wind effects over the 3D dynamics and the exchanges shelf-slope induced by the wind and the slope current.-The stochastic modelling has been used to describe the dynamics of the errors associated to the slope current characterization and the wind field. We have determined that the former are stationary but non linear while the last are non stationary but highly linear. From these results we have also defined the EOFs base which defines the reduced order space where the data assimilation will be carried on. -Taking profit of the above mentioned elements, we have implemented the SEQUOIA data assimilation system with an analysis kernel based in the reduced order optimal interpolation. After evaluation its behaviour we have used a twin experiments protocol to compare the performance of different observational networks to correct different model errors.Although all the work have been done in the frame of the Catalan continental shelf, most of the obtained results and the techniques used could be applied to other shelf-slope regions with similar characteristics.

La tesi proposa una sèrie d'algoritmes destinats a obtenir informació del contingut d'electrons lliures presents a la ionosfera. El tipus de dades que s'utilitzaran seran bàsicament les corresponents a receptors de dades del sistema de posicionament global GPS. En aquest context, la tesi proposa dos aproximacions al problema:1. L'ús de dades de receptors de terra GPS combinades amb dades de ionosondes (que permeten obtenir perfils verticals del contingut d'electrons lliures de la ionosfera). Els receptors GPS donen una mesura del contingut total d'electrons en la línia de visió (i.e. integral de la densitat electrònica a través de la línia de visió o Contingut Total Electrònic Oblicu). Ara bé, el problema de les dades GPS de receptors de terra radica en el fet que són observacions bàsicament verticals i això provoca correlacions entre cel·les situades a la mateixa vertical, per tant no es possible descomposar aquesta integral de la densitat electrònica en les distintes parts que la formen. Per tant és necessari introduir un tipus de data addicional que pugui ajudar a desfer aquestes correlacions. Diversos autors proposen l'ús de models físics o dades complementaries a les dades de receptors GPS de terra, per exemple amb dades de receptors GPS embarcats en satèl·lits d'òrbita baixa (Low Earth Orbiters o LEO), associades a línies de visió horitzontal. En aquest treball es proposa l'ús de perfils verticals de densitat electrònica obtinguts a partir de dades de ionosonda. Els resultats obtinguts en aquest treball mostren que és possible expandir en longitud/latitud la resolució vertical que ofereixen els perfils verticals obtinguts a partir de ionosondes, amb discrepàncies similars a altres tècniques de sondeig ionosfèric.2. Nova implementació de l'algoritme d'inversió d'Abel. La inversió d'Abel és una eina que permet obtenir perfils verticals de densitat electrònica a partir de dades GPS de receptors embarcats en LEOs. Per que sigui aplicable, aquesta tècnica pressuposa dues hipòtesis. La primera és que la densitat electrònica depèn només de l'altura (hipòtesis de simetria esfèrica), el qual implica una clara limitació, especialment en zones on la variabilitat horitzontal de la densitat electrònica és alta (per exemple en zones properes a l'anomalia equatorial o durant tempestes ionosfèriques). La segona és assumir que el contingut electrònic per sobre del LEO és negligible, el qual és menys cert a mesura que el LEO té una òrbita més baixa (com és el cas del satèl·lit CHAMP, el qual té una òrbita propera al màxim d'electrons lliures de la ionosfera). L'algoritme proposat en aquesta tesi proposa un apropament que permet la superació de la hipòtesi de simetria esfèrica mitjançant l'ús de dades ionosfèriques que descriuen la variabilitat horitzontal de la densitat electrònica. Per tal de tenir en compte el contingut electrònic per sobre del LEO, s'introdueix una variable extra a l'algoritme, permetent així la seva estimació. Per validar la tècnica, s'han processat distints conjunts de dades corresponents a distints LEOs i èpoques. Les comparacions amb ionosondes confirmen una millora superior al 30% respecte a la clàssica aproximació que assumeix simetria esfèrica.

La presencia de ozono a nivel de la troposfera constituye uno de los problemas de contaminación más significativos en las grandes ciudades en el mundo. La formación de ozono troposférico es provocada principalmente, por las reacciones fotoquímicas entre los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles (COV). Se sabe que la contribución de los COV ya sea por fuentes antropogénicas como por fuentes biogénicas (naturales) son de igual importancia. Para conocer el papel que desempañan las emisiones biogénicas en la formación de ozono troposférico, es necesario cuantificar tanto los niveles de emisión antropogénicos y biogénicos. Hasta la fecha han sido muy pocos los intentos por cuantificar las emisiones biogénicas en el área mediterránea, que es reconocida como una de las fuentes principales de ozono troposférico en Europa. Por lo cual una de las principales limitaciones al momento de realizar un inventario de emisiones para Europa y específicamente para España, era no contar con factores de emisión propios de la vegetación de la zona. Dentro del grupo de los COV biogénicos emitidos por la vegetación terrestre los monoterponos (C10Hx) constituyen una fracción considerable.Con el presente trabajo de Tesis se ha pretendido determinar en forma experimental los flujos de emisión de los monoterpenos en tres especies típicas de la vegetación mediterránea: Pinus pinea, Pinus halepensis y Quercus ilex. Asimismo caracterizar las emisiones con respecto a las variables ambientales (Temperatura y PAR) que las controlan.Dicho objetivo se ha logrado mediante la aplicación de una metodología experimental y analítica de campo y laboratorio, basada en la descrita en la literatura y adaptada a nuestras condiciones, para lo cual ha sido necesario un proceso de validación. Las mediciones en campo se han realizado tanto en forma diaria y a lo largo de un ciclo anual. Con lo cual fue posible estudiar el comportamiento de la emisión diaria para las tres especies durante períodos cortos de tiempo ("short term"), así como cubrir un ciclo anual completo para el Quercus ilex y el Pinus pinea.Los factores de emisión obtenidos están dentro del rango de los reportados previamente para estas especies en la literatura. / The presence of tropospheric ozone constitutes one of the major problems of air pollution in the big cities of the world. Tropospheric ozone formation is controlled by photochemical reactions of NOX and the volatile organic compounds (VOC). It is known that VOC from biogenic sources as well as VOC of anthropogenic origin are of equal importance. Understanding the role that biogenic emission plays in the tropospheric ozone formation implies to quantify both biogenic and anthropogenic emission fluxes. Up to date there have been few attempts at quantifying the biogenic emission fluxes from the Mediterranean area, which is now recognized as one of the major sources of tropospheric ozone in Europe. An important limitation to build an emission inventory for Europe and specifically for Spain, has been the unavailability of specific emission factors for the Mediterranean's vegetation. Monoterpenes (C10HX) represent a significant fraction of the biogenic VOC emitted by the terrestrial vegetation.In the present Thesis the monoterpene emission fluxes from three typical Mediterranean tree species ( Pinus pinea, Pinus halepensis and Quercus ilex) have been experimentally determined.Likewise, monoterpene's emission has been characterized with regard to the environmental variables that control it.The above mentioned objectives have been achieved by the application of an experimental and analytical methodology, based on the literature and adapted to local conditions, for which a validation procedure has been carried out. Field measurements were made periodically (weekly or monthly). It has thus been possible to study the emission pattern of the species during the daily ("short term") and annual ("long term") cycles for Pinus pinea and Quercus ilex. The standard monoterpene's emission factors obtained were in the range of those previously reported in the literature.

La qualitat de l'aire d'una zona està directament lligada amb la situació meteorológica present i les seves característiques dispersives. Per aquest motiu, l'estudi dels vents en uns regió suposa una aportació d'informació necesaria per a poder aprofundir en diversos camps científics. El present tema de Tesis aprofundeix en el coneixemnet del camp de vents de la Península Ibérica i de l'Àrea Geográfica de Catalunya (AGC).Com a pas previ a l'estudi dels camps de vents s'han identificat les situacions atmosfèriques típiques que afecten a la regió d'estudi. S'ha realitzat una extensa revisió bibliogràfica de les diferents classificacions de situacions sinòptiques típiques de la Península Ibérica i Catalunya. De l'estudi s'ha vist la dificultat de trobar una classificació unitària que englobi la majoria de propostes realitzades fins el moment. Per això, tenint en compte que les classificacions existents presenten un elevat grau de subjectivitat s'ha optat per proposar i aplicar una metodologia poc desenvolupada en la regió d'estudi per tal d'analitzar els fluxos que afecten a la Península Ibèrica des d'un punt de vista estadístic.D'aquesta manera, s'ha implementat un algoritme de agrupació per cúmuls per analitzar les retro-trajectòries amb destí l'àrea de Barcelona. A partir d'una base de dades de 5 anys de retro-trajectòries cinemàtiques de 4 dies, calculades amb el model Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT), s'han obtingut un conjunt de cúmuls de retro-trajectòries de curvatura i longitud similar. Per poder realitzar descripció més acurada de la circulació troposfèrica afectant Barcelona, s'han analitzat les retro-trajectòries amb destí a 5500, 3000 i 1500 m s.n.m. a Barcelona. Els principals patrons de transport identificats a 5500 m es classifiquen en fluxos del W, fluxos del NW, fluxos del SW, i recirculacions regionals de masses d'aire sobre Europa i la mar Mediterrània. Es descriu la distribució anual dels diferents patrons de transport. A l'estiu, els fluxos moderats de W i SW en la mitja troposfera, fluxos dèbils de W i SW a 3000 m, i les recirculacions regionals a 1500 m caracteritzen els patrons de transport que afecten a Barcelona. Aquest patró general varia a l'hivern, amb major freqüència de les adveccions del W a 5000 m, i un augment de les situacions del N i NW a 1500 m. Combinant els resultats a 5000 y 1500 m s'observen un gran nombre de situacions amb desacoblament entre la troposfera baixa i mitja.A partir d'aquests resultats s'han escollit set dies que són representatius de diferents situacions atmosfèriques típiques que afecten a la Península Ibèrica definides a partir dels fluxos en la troposfera mitja i baixa (W-W, W-NW, W-wR, SW-wR, R-eR, SW-eR, NW-N). Amb l'aplicació del model numèric de pronòstic meteorològic mesoscalar mesoscalar 5th generation Mesoscale Model (MM5) s'han descrit els camps de vent d'aquestes situacions per a la Península Ibèrica i el AGC. Les simulacions s'han realitzat amb elevada resolució horitzontal (24 i 2 km respectivament). Els resultats permeten descriure les circulacions i règims de vents que s'estableixen, i permeten caracteritzar les particularitats principals de les mateixes en referència als vents. Per descriure les característiques dispersives i turbulentes de la troposfera, i especialment de la capa fronterera, es descriu també l'evolució de l'energia cinètica turbulenta per a cada dia d'estudi.S'ha realitzat un esforç important per quantificar el errors tant en superfície com en altitud dels vents i la temperatura de l'aire en la validació de les simulacions. S'han calculat diferents estadístics per analitzar l'error del model, visualitzant l'evolució horària i espacial del mateix. Per analitzar el comportament en altitud s'han validat les simulacions amb radiosondatges distribuïts pels dominis d'estudi. / El conocimiento de los campos de vientos de una región tiene una relevancia muy significativa para poder describir las circulaciones y comportamiento de los flujos en determinadas circunstancias. La calidad del aire de una zona está directamente ligada con la situación meteorológica presente y sus características dispersivas. Por ello, el estudio de los vientos en una región supone un aporte de información necesario para poder profundizar en distintos campos científicos como pueden ser la calidad del aire o la valoración de los recursos energéticos de una zona.El paso previo al estudio de los campos de vientos de la Península Ibérica y el AGC ha sido la identificación de las situaciones atmosféricas típicas que afectan a la región de estudio. Se ha realizado una extensa revisión bibliográfica de distintas clasificaciones de situaciones sinópticas típicas de la Península Ibérica y Catalunya. Del estudio se ha visto la dificultad de encontrar una clasificación unitaria que englobe la mayoría de propuestas realizadas hasta el momento. Por ello, y viendo que las clasificaciones existentes presentan un elevado grado de subjetividad se ha optado por aplicar una metodología poco desarrollada en la región de estudio para analizar los flujos que afectan a la Península Ibérica desde un punto de vista estadístico.Así, se ha implementado un algoritmo de agrupación por cúmulos para analizar las retro-trayectorias con destino el área de Barcelona. A partir de una base de datos de 5 años de retro-trayectorias cinemáticas de 4 días, calculadas con el modelo HYSPLIT, se obtiene un conjunto de cúmulos de retro-trayectorias de curvatura y longitud similar. Para poder realizar una mejor descripción de la circulación troposférica afectando a Barcelona, se han analizado las retro-trayectorias con destino a 5500, 3000 y 1500 m s.n.m. en BCN. Los principales patrones de transporte identificados a 5500 m se clasifican en flujos del W, flujos del NW, flujos del SW, y recirculaciones regionales de masas de aire sobre Europa y el mar Mediterráneo. Se describe la distribución anual de los distintos patrones de transporte. En verano, los flujos moderados de W y SW en la media troposfera, flujos débiles de W y SW a 3000 m, y las recirculaciones regionales a 1500 m caracterizan los patrones de transporte que afectan a Barcelona. Este patrón general varia en invierno con mayor frecuencia de las advecciones del W a 5000 m, e un incremento de las situaciones del N y NW a 1500 m. Combinando los resultados a 5000 y 1500 m se observan un gran número de situaciones con desacoplamiento de la baja troposfera de la media troposfera.A partir de estos resultados se han escogido siete días que son representativos de distintas situaciones atmosféricas típicas que afectan a la Península Ibérica. Con la aplicación del modelo numérico de pronóstico meteorológico mesoscalar MM5 se han descrito los campos de vientos de estas situaciones para la Península Ibérica y el AGC. Las simulaciones se han realizado con elevada resolución horizontal (2 km) para el AGC. Los resultados permiten describir las circulaciones y regímenes de vientos que se establecen, y permiten caracterizar las particularidades principales de las mismas en cuanto a los vientos se refiere. Para describir las características dispersivas y turbulentas de la troposfera, y especialmente de la capa fronteriza se describe también la evolución de la energía cinética turbulenta para cada día de estudio.Para la validación de las simulaciones se ha realizado un esfuerzo importante para cuantificar los errores tanto en superficie como en altitud de los vientos y la temperatura del aire. Se han calculado distintos estadísticos para analizar el error absoluto del modelo, visualizando la evolución horaria del mismo, y también el sesgo de los resultados. Para analizar el comportamiento en altitud se han validado las simulaciones con radiosondeos distribuidos a lo largo de la Península Ibérica y el AGC. / The air quality of a region is directly related with the present meteorological situation. The study of the winds of a region represents an important contribution to the knowledge of several scientific fields. The present PhD Thesis focuses on the knowledge of the wind field of the Iberian Peninsula and the Catalonia geographical area.The first step in the study of the wind field of a region is the identification of the typical synoptic situations affecting the zone. An extended bibliographic revision of the different classifications of the synoptic situations is presented for the Iberian Peninsula and Catalonia. The bibliographic revision has pointed out the difficulty aroused when a unified classification is intended. For that reason, and due to the high subjective approach used in the proposed classifications, a more objective approach is proposed and applied to the region of study.A cluster algorithm was implemented to analyze the backward trajectories arriving in the Barcelona area. Five years of 4-day kinematic back trajectories, computed with the HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model version 4 (HYSPLIT), were clustered and classified in groups of similar length and curvature. To better describe the tropospheric circulations at BCN, backward trajectories arriving at 5500, 3000, and 1500 m above sea level were analyzed. The main transport patterns are identified at 5500 m: westerly flows, northwesterly flows, and regional recirculations over Europe and the Mediterranean Sea. An annual distribution of the transport patterns is described. During summertime, moderate westerlies and southwesterlies in the middle troposphere, slow westerlies and southwesterlies at 3000 m, and regional recirculations at 1500 m characterize the Barcelona long-range transport. This general pattern varies during wintertime with more westerlies at 5500 m, and an increase of northern and northwestern situations at 1500 m. Large number of situations with decoupling between lower from middle troposphere are observed when combining 5500 m and 1500 m cluster results.From these results, seven meteorological situations have been selected as representative cases of the several synoptic situations affecting the Peninsula Iberica (W-W, W-NW, W-wR, SW-wR, R-eR, SW-eR, NW-N).The wind fields of the region of study has been described with the application of the the mesoscale numerical weather prediction 5th generation Mesoscale Model (MM5). The simulations have been performed with high horizontal resolution for the Peninsula Iberica and AGC (24 and 2 km) for the AGC. The results show the complex circulations developed within the domain of study, and the basic features of the wind fields can be analyzed. With the aim to describe the turbulence and dispersion of the troposphere, and with special attention to the boundary layer, the turbulent kinetic energy is analyzed.A special effort has been realized to quantify the errors of the simulations. Surface and aloft fields of wind and temperature have been validated. Several statistics are calculated, and temporal and spatial representations of them are performed. To analyze the behavior of the model aloft, the results are compared with radiosoundings located along the domains of study.

Los altos niveles de contaminantes atmosféricos en el nordeste de la Península Ibérica tienen un fuerte impacto tanto en los ecosistemas como en la salud humana. Esta región es particularmente sensible a la contaminación por ozono (O3), debido a su compleja topografía, que induce una estructura del flujo que tiene importantes efectos en el transporte y la transformación de contaminantes fotoquímicos. A pesar de esta complejidad, la utilización de modelos de calidad del aire multiescala y anidados se ha revelado como una herramienta útil a la hora de evaluar fenómenos relacionados con la calidad del aire en terrenos muy complejos.El modelo de calidad de aire de tercera generación empleado para simular la problemática de contaminación atmosférica en el nordeste de la Península Ibérica es MM5-EMICAT2000-CMAQ, configurado con alta resolución espacial (1-2km) y temporal (1h). El modelo meteorológico de mesoescala MM5 fue aplicado para simular las circulaciones atmosféricas en una escala regional. EMICAT2000 fue desarrollado por el Dr. Parra dentro del Laboratorio de Modelización Ambiental, bajo la dirección del Dr. Baldasano, con el fin de estimar las emisiones de contaminantes primarios; y para proporcionar la información requerida por el modelo de transporte químico CMAQ. Este modelo ha sido configurado con diferentes parametrizaciones para analizar su influencia en los resultados de O3 troposférico. Tras desarrollar una metodología de comparación y selección de mecanismos fotoquímicos, el mecanismo CBM-IV fue implementado en CMAQ para representar la química en fase gas y heterogénea, puesto que este mecanismo presentó un comportamiento medio y representativo del actual estado de los conocimientos en este campo.El episodio de contaminación fotoquímica seleccionado tuvo lugar entre el 13 y el 16 de agosto del año 2000. Este episodio corresponde a una situación típica de verano de bajo gradiente bárico con altos niveles de O3 en toda la cuenca Mediterránea que sobrepasan el umbral de 180 g m-3 establecido en la Directiva 2002/3/CE. El dominio de estudio cubre un área de 272x272 km2 centrado en el nordeste de la Península Ibérica. Los problemas derivados de la inicialización del modelo y de la generación de condiciones de contorno para el dominio se solucionaron empleando una aproximación multiescala, realizando simulaciones para toda la Península Ibérica y suministrando la información al dominio del noreste peninsular a través de procedimientos de anidamiento unidireccionales. La influencia de las condiciones iniciales fue minimizada mediante un spin-up de 48 horas previo a las simulaciones reales, que reduce el impacto de las condiciones iniciales a un factor por debajo del 10% en el caso del O3.La aplicación de una alta resolución resulta esencial a la hora de describir los fenómenos mesoescalares en terrenos muy complejos. Ciertas particularidades de pequeña escala aparecen cuando se usa una resolución horizontal de 2km y 16 capas verticales. Con la resolución propuesta, el modelo MM5-EMICAT2000-CMAQ puede ser aplicado para usos regulatorios, ya que alcanza los criterios de exactitud establecidos tanto por la USEPA como por la Directiva 2002/3/CE.El origen de los altos niveles de contaminación atmosférica en el área de estudio está condicionado por la superposición de circulaciones de diferente escala que pueden ser descritos por la combinación de modelos globales y regionales, como ECHAM5/MESSy y MM5-EMICAT2000-CMAQ, respectivamente. La presencia de niveles altos de O3 es el resultado de las interacciones de diferentes procesos en los que domina la fotoquímica local y la deposición seca, fundamentalmente.El método de los indicadores fotoquímicos presentado proporciona un test para la evaluación de la sensibilidad del sistema O3-NOx-COVs, mostrando la correlación entre indicadores fotoquímicos y la química de NOx y COVs en terrenos muy complejos. Adicionalmente, MM5-EMICAT2000-CMAQ es una herramienta útil a la hora de establecer políticas de control de emisión de precursores de O3 y para analizar su comportamiento en áreas industriales muy complejas como es el caso de Tarragona, donde la química de O3 está fuertemente controlada por las emisiones industriales de COVs.Con el fin de estudiar el efecto fin de semana, se acopló a MM5-CMAQ un inventario de emisiones considerando diferencias entre los distintos días de la semana. Durante los fines de semana, las emisiones de vehículos pesados experimentan una reducción substancial. El retraso de 1-2 horas en los picos de las emisiones de precursores en los fines de semana produce que se genere O3 más eficientemente que con las emisiones de NOx durante los días de semana laborables. Debido a este comportamiento, un importante incremento en los niveles de O3 es simulado y observado en las zonas costeras urbanas. La mayor reducción proporcional de NOx durante los fines de semana hace que el potencial de formación de O3 sea más activo en los fines de semana comparado con los días laborables.Por último, cabe destacar que la aplicación de MM5-EMICAT2000-CMAQ a la descripción de la problemática de calidad del aire representa un instrumento que puede contribuir a establecer políticas de gestión ambiental y legislativas dentro del marco de la actual Directiva 2002/3/CE para O3 en aire ambiente. / The high levels of air pollutants over the northeastern Iberian Peninsula in summer have a strong influence both on ecosystems and human health. The region is particularly sensitive to air pollution by ozone (O3), since its complex topography, that induces an extremely complicated structure of the flow that has important effects in the transport and transformation of pollutants. Despite of its complexity, the utilization of multiscale-nested air quality models has revealed as a useful tool to assess air quality issues in very complex terrains. The third generation air quality model MM5-EMICAT2000-CMAQ was used to simulate air quality issues in the domain of the northeastern Iberian Peninsula with high spatial (1-2km) and temporal (1h) resolution. The MM5 mesoscale meteorological model was applied to simulate regional-scale atmospheric circulations. EMICAT2000 was developed by Dr. Parra within the Environmental Modeling Laboratory headed by Dr. Baldasano, in order to estimate the emission of primary pollutants in the northeastern Iberian Peninsula; and to provide the basis for work in air quality modeling using chemical transport models. The CMAQ chemical transport model has been configured with different parameterizations in order to analyze their influence in O3 results. After developing a methodology for the comparison and selection of photochemical mechanisms, CBM-IV was implemented in CMAQ, coupling gas-phase and heterogeneous chemistry, since it reveals as the mechanism that presents a closer behavior to the average state-of-the-science.Modeling was conducted for the photochemical pollution event that took place from 13-16 August, 2000. This episode corresponds to a typical summertime low pressure gradient with high levels of O3 in the Iberian Peninsula that exceed the European threshold of 180 g m-3 established in Directive 2002/3/EC. The domain of study covers a squared area of 272x272 km2 centered the northeastern Iberian Peninsula.The problems concerning the initialization of the model and the generation of boundary conditions for the domain were solved by using a multiscale approach, performing simulations in the entire Iberian Peninsula to provide the necessary boundaries by one-way nesting procedures. The influence of initial conditions was minimized through a 48h spin-up prior to formal simulations that reduces their impact factor to lower than 10% for O3.High resolution becomes essential when describing mesoscale phenomena in very complex terrains. Some small-scale features in low-troposphere processes throughout the day appear when using a horizontal resolution of 2km and 16 vertical layers. With this resolution, the MM5-EMICAT2000-CMAQ model is suitable to be used for regulatory purposes since it meets the performance criteria established both by the USEPA and the Directive 2002/3/EC.The origin of the high levels of air pollutants in the area is conditioned by the superposition of circulations of different scale that may be described by the combination of global and regional models (ECHAM5/MESSy and MM5-EMICAT2000-CMAQ). The occurrence of high O3 levels is the result of an imbalance between high local chemical production rates and dry deposition, fundamentally. The method of photochemical indicators provides a test for sensitivity evaluation of O3-NOx-VOCs sensitivity, showing the correlation between photochemical indicators and simulated NOx-VOCs chemistry in very complex terrains. Furthermore, MM5-EMICAT2000-CMAQ provides a useful tool to set control policies for the emissions of O3 precursors and to analyze their behavior in very complex industrial areas, as the area of Tarragona, where the O3 chemistry is strongly controlled by the industrial emissions of VOCs.A day-specific hourly emissions inventory considering day-to-week variations in emissions has been coupled with MM5-CMAQ to conduct a study of the O3 weekend effect. On weekends, traffic from heavy-duty vehicles undergoes a substantial reduction. The shift of 1-2 hours in peaks of precursors emissions at weekends causes the midday emissions to produce O3 more efficiently compared with the NOx emitted on weekdays. Because of this behavior, a significant weekend increase in O3 weekend concentrations is simulated in coastal urban areas. The higher proportional reduction of NOx on weekends makes O3-forming photochemistry more active on weekends compared to weekdays.Last, it should be highlighted that the utilization of MM5-EMICAT2000-CMAQ applied to the description of air quality issues over the northeastern Iberian Peninsula represents a useful instrument that may contribute to the establishment of environmental managing policies and to regulatory purposes according to the actual Directive 2002/3/EC for O3 in ambient air.