Estudio de Caso de la Contaminación en la Cuenca Atmosférica

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Estudio de Caso de la Contaminación en la Cuenca
Atmosférica Mexicali-Imperial Valley
Convenio No. INE/PS-028/2011
Informe Final
Preparado para:
Instituto Nacional de Ecología (INE)
Preparado por:
Molina Center for Energy and the Environment (MCE2)
http://www.mce2.org
Noviembre 2011
Informe Final (Noviembre 2011)
Tabla de Contenido
Prefacio
ii
Resumen Ejecutivo
iii
Agradecimiento
ix
Lista de Colaboradores para la Elaboración de este Informe Final
x
1. INTRODUCCION
1
2. OBJETIVOS
7
3. METODOLOGIA
8
4. RESULTADOS
10
4.1. Análisis meteorológicos
10
4.2. Análisis de contaminantes atmosféricos
18
4.2.1. Análisis de Contaminantes Criterio en las Estaciones de monitoreo
21
4.2.2. Análisis de Contaminantes HAPs
40
4.3. Emisiones en la ciudades fronterizas de Tijuana y Mexicali
4.3.1. Análisis de emisiones
50
51
4.3.1.1. Emisiones por Fuentes Puntuales
53
4.3.1.2. Emisiones por Fuentes de Área
55
4.3.1.3. Emisiones por Fuentes Móviles
59
4.3.1.4. Emisiones de Gases de Efecto Invernadero
64
4.3.2. Distribución espacial de las emisiones
4.4. Análisis de programas para mejorar la calidad del aire y otros estudios.
69
73
4.4.1. Estudios realizados en la zona fronteriza
74
4.4.2. Programas para Mejorar la Calidad del Aire de Mexicali
79
4.5. Actividades de modelación de la calidad del aire.
82
5. HALLAZGOS E IMPLICACIONES EN POLITICA PUBLICA
83
6. CONCLUSIONES
89
BIBLIOGRAFIA
91
APENDICE
A-1
i
Prefacio
Este documento corresponde al Informe Final entregado por la Fundación México –
Estados Unidos para la Ciencia (FUMEC) hacia el Instituto Nacional de Ecología (INE)
en concordancia con lo establecido por el proyecto “Estudio de caso de la
contaminación en la Cuenca Atmosférica Mexicali-Imperial Valley.” Este Informe Final
ha sido preparado por el Molina Center for Energy and the Environment (MCE2), de
acuerdo a los objetivos especificados en los Términos de Referencia.
Información adicional se encuentra disponible de manera electrónica en el sitio del
Molina Center http://www.mce2.org.
ii
Estudio de caso de la contaminación en la Cuenca Atmosférica
Mexicali-Imperial Valley
-RESUMEN EJECUTIVO-
La zona fronteriza entre México y Estados Unidos en los estados de Baja California y California
presenta importantes retos sociales, económicos, y ambientales enmarcados dentro del intenso
intercambio internacional de comercio y servicios entre ambos países. Existe interés mutuo de
las dos naciones para entender las propiedades químicas y físicas de contaminantes que se
originan en esta región, junto con sus transformaciones y sus impactos potenciales en el clima
y ecosistemas. Las condiciones ambientales en la región fronteriza pueden ser exacerbadas
por la presión de factores demográficos, orográficos, meteorológicos, el nivel de
industrialización y de desarrollo socio-económicos, entre otros. Las ciudades fronterizas se
caracterizan también por el constante aumento en el traslado de personas, bienes y productos
entre ambos países, así como por una gran actividad económica generada por las numerosas
industrias de manufactura y servicios, imponiendo demandas siempre crecientes de energía y
recursos naturales que imponen altos costos para el medio ambiente. Las autoridades
ambientales en los Estados Unidos y México han promovido la cooperación entre los dos
países desde la firma del Acuerdo de la Paz en 1983. Los dos países desarrollaron
posteriormente el Programa Ambiental Frontera 2012 destinado a la limpieza del aire,
suministro de agua potable, reducción del riesgo por exposición a residuos peligrosos, y
asegurar la preparación para emergencias a lo largo de la frontera México-Estados Unidos
(Border 2012, 2005; US-EPA 2003, 2006, 2008).
A pesar de los avances obtenidos, la calidad del aire sigue siendo una gran preocupación en
toda la región fronteriza. Las presiones asociadas con la industria y el crecimiento demográfico,
el aumento en el número de vehículos viejos, las diferencias y los marcos reguladores y de
gobierno, y las condiciones topográficas y meteorológicas presentan un contexto desafiante
para abordar la gestión de la calidad del aire. Estos mismos factores también presentan
muchas oportunidades para la cooperación binacional entre los dos países durante el diseño
del nuevo Frontera 2020: Programa de Medio Ambiente de Estados Unidos y México (US-EPA,
2011).
Algunas fuentes de emisión en la zona fronteriza tienen características particulares que influyen
en la magnitud de sus impactos ambientales. La quema de biomasa y el prominente cultivo y
cosecha de productos agrícolas en la zona de Mexicali y Calexico pueden ser fuentes
importantes de emisiones de material particulado. Además del contenido geológico en el
material particulado de la región, son importantes el contenido de carbón orgánico producto de
las quemas incompletas de residuos agrícolas y de la quema de carbón en taquerías, pollerías,
etc., sales minerales y constituyentes secundarios. Las características de las emisiones de
fuentes móviles en esta región pueden también ser substancialmente diferentes a otras
ciudades debido al intenso dinamismo en el comercio de vehículos y las facilidades de traslado
entre ambos países.
El proyecto de colaboración entre Estados Unidos y México denominado Cal-Mex 2010 llevado
a cabo de mayo 15 a junio 30 del 2010, ha generado una gran cantidad de datos para la región
iii
San Diego/Tijuana, incluyendo la caracterización de los flujos de emisión de contaminantes
atmosféricos tradicionales y de gases de efecto invernadero, la composición química con alta
resolución temporal de partículas finas (primarias y secundarias), distribuciones de tamaño y
masa, y concentraciones ambientales de gases precursores de aerosoles secundarios, así
como parámetros meteorológicos. Los resultados de Cal-Mex 2010 han confirmado la
presencia de altas concentraciones de carbono negro en la región y que la composición de la
atmósfera se ve afectada significativamente por el transporte transfronterizo de contaminantes.
El objetivo principal de este estudio es generar información técnica y científica, a partir de un
análisis de contaminantes en la región fronteriza de Mexicali, enfocándose particularmente en
materia de transporte e impacto de contaminantes atmosféricos, así como su integración con la
información obtenida durante Cal-Mex 2010 incluyendo las mediciones de metano y carbono
negro y sus propiedades ópticas, físicas y químicas mediante el uso de modelos atmosféricos
para apoyar en el diseño e implementación de programas de mitigación de cambio climático y
calidad del aire a nivel local, regional y transfronterizo.
Este documento presenta los resultados de la integración y análisis de la información,
conclusiones y recomendaciones del proyecto. La metodología empleada para la realización de
este proyecto incluye: un análisis de los patrones de viento y condiciones de transporte; análisis
estadísticos de contaminantes atmosféricos; análisis de emisiones en la región; análisis de los
programas para mejorar la calidad del aire y otros estudios; y actividades de modelación de la
calidad del aire. A continuación presentamos algunas medidas que pueden ser utilizadas para
el diseño, mejoramiento, y evaluación de políticas de control de la contaminación y que pueden
contribuir a mejorar la calidad del aire en la región fronteriza, así como mitigar el cambio
climático.
Redes de Monitoreo
1) De los análisis de las concentraciones y tendencias históricas de los contaminantes
criterio y compuestos tóxicos en fase gaseosa y de aerosoles se desprende que es
necesario el fortalecimiento de los programas de medición continua a través de la redes
locales de monitoreo en la zona fronteriza de Valle Imperial-Mexicali. Esto incluye
mejorías en el aseguramiento de calidad de los datos, el aumento y/o reubicación de las
estaciones de monitoreo y el equipamiento de las estaciones con instrumentos de
medición de parámetros adicionales.
2) Las mediciones de los compuestos tóxicos obtenidas en la última década en la zona
fronteriza representan una rica base de datos que ayudan a entender los impactos de las
principales fuentes de emisión, así como para evaluar las estrategias de control de la
calidad del aire. Por lo tanto es importante que las mediciones de contaminantes tóxicos
en la región continúen realizándose e incluso se extiendan a más estaciones de
monitoreo en la zona para proveer una cobertura más amplia de las condiciones
atmosféricas y para reflejar la rápida expansión urbana y el transporte de contaminantes.
3) Las mediciones obtenidas durante la campaña de mediciones Cal-Mex 2010 mostraron
que el carbono negro constituye una fracción importante del material particulado fino. Por
lo tanto, se recomienda incluir mediciones del contenido de carbono negro en partículas
iv
como parte de las actividades de monitoreo en las redes locales para evaluar las
estrategias de control de la contaminación y de mitigación del cambio climático.
4) Los resultados muestran que el transporte transfronterizo de contaminantes secundarios
puede tener impactos a escala regional, por lo que se recomienda que se amplíe la
cobertura espacial de las redes de monitoreo para tener un mejor entendimiento sobre la
evolución de estas especies durante su transporte.
5) Los estudios realizados en la zona fronteriza subrayan la importancia del material
particulado en el deterioro de la calidad del aire, por lo que se recomienda que se amplíe
la capacidad de monitoreo de PM10 y PM2.5 en las redes locales de monitoreo, que
ayuden en la evaluación de las políticas de prevención y control de la calidad del aire
regional. Adicionalmente, debido a su importante papel en los efectos en salud y el clima,
las mediciones rutinarias de PM2.5 deberían ser incluidas en las estaciones de monitoreo
de las redes locales.
Inventario de Emisiones
1) Las mediciones realizadas en la zona fronteriza sugieren que las concentraciones de
carbono negro en esta zona pueden ser considerables. Es recomendable que los
inventarios de emisiones en la región fronteriza incluyan las estimaciones de las
emisiones de carbono negro de las principales fuentes de combustión en la zona, y que
las estimaciones sean evaluadas con técnicas de modelación inversa y utilizando técnicas
estimación “de arriba hacia abajo” para las emisiones estimadas.
2) La región fronteriza cuenta con la presencia de importantes fuentes industriales
incluyendo los ramos de manufactura, automotriz, y de generación de energía eléctrica,
entre otros. Sin embargo, los resultados sugieren que las plantas generadoras de energía
eléctrica pueden llegar a tener un impacto importante en las emisiones totales de algunos
contaminantes en la región. Se recomienda utilizar técnicas de modelación y medición de
emisiones in situ para fuentes puntuales para determinar la incertidumbre asociada a las
emisiones de NOx, SOx y partículas por estas fuentes, así como investigar su
representatividad en la distribución temporal en los inventarios de emisiones.
3) Los resultados sugieren diferencias importantes entre las estimaciones de las emisiones
por fuentes de área en las zonas fronterizas. Se recomienda evaluar y actualizar
continuamente las bases de datos utilizadas para realizar las estimaciones por fuentes de
área, en particular para las emisiones provenientes del recubrimiento de superficies
(industriales y arquitectónicas) y del uso comercial y doméstico de solventes.
4) La contribución a las emisiones de NH3 por la aplicación de fertilizantes en la región de
Mexicali-Valle Imperial puede llegar a ser muy importante en los niveles ambientales de
esta especie. Debido a que el NH3 puede impactar los niveles de formación secundaria de
aerosoles inorgánicos en ambos lados de la frontera, es muy importante evaluar las
incertidumbres en las estimaciones de las emisiones de NH3 por este tipo de fuente.
5) Los resultados de las mediciones sugieren que las emisiones de material particulado en la
región fronteriza se encuentran dominadas sobremanera por la erosión del suelo y el
levantamiento de polvos en caminos sin pavimentar y pavimentados. Es recomendable
v
caracterizar las incertidumbres de las emisiones de material particulado estimadas para
estas fuentes por medio de mediciones de campo en conjunto con la aplicación de
modelos de erosión de suelos y dispersión en la zona.
6) Las discrepancias observadas con respecto a la magnitud de las emisiones locales de
CH4 por la disposición de rellenos sanitarios entre los diferentes inventarios locales,
estatales y nacional muestran la necesidad de realizar evaluaciones de las incertidumbres
asociadas utilizando técnicas de modelación inversa y mediciones directas de emisiones
locales de CH4 en la zona fronteriza. Similarmente, los resultados muestran la necesidad
de actualizar las bases de datos utilizadas para reducir incertidumbres durante la
estimación de las fuentes de emisión de CH4.
7) Los resultados muestran diferencias importantes en las emisiones estimadas por tipo de
vehículo en la región fronteriza. Es importante actualizar las bases de datos para la
estimación de las emisiones por estas fuentes así como evaluar las incertidumbres
asociadas combinando la estimación de estas emisiones con técnicas de “abajo hacia
arriba” y la medición directa de emisiones por fuentes móviles en carretera.
8) La quema de productos agrícolas y de biomasa puede llegar a contribuir con altas
emisiones de COVs y material particulado (incluyendo carbono negro) en periodos cortos
de tiempo en la región. Se recomienda generar y actualizar continuamente una base de
datos con información sobre la ubicación, magnitud y características de los eventos de
quema de biomasa. Esta información será muy valiosa para la toma de decisiones sobre
el diseño de políticas de control y durante la selección de periodos de modelación regional
de la calidad del aire.
9) Los resultados muestran que las distribuciones de las emisiones por fuentes móviles y por
fuentes puntuales en la zona fronteriza son bastante sesgadas espacialmente: un
pequeño número fuentes (e.g. vías de acceso, avenidas, carreteras, e industrias
especificas) contienen un gran porcentaje de las emisiones totales. La presencia de “hot
spots” en estas distribuciones puede tener consecuencias muy importantes en la
certidumbre para la predicción de la ubicación y la ocurrencia de concentraciones
máximas de compuestos secundarios por lo cual se recomienda evaluar la
representatividad de las distribuciones espaciales de las emisiones en los inventarios en
la zona fronteriza.
El análisis comparativo de los inventarios existentes en la región fronteriza ha permitido
identificar áreas de oportunidad que pueden ayudar a reducir las incertidumbres asociadas a
las estimaciones. Así, se han identificado diferentes categorías de emisión dentro de las
fuentes puntuales, fuentes de área, y fuentes móviles para las cuales es muy importante
evaluar sus estimaciones y reducir sus incertidumbres. En particular, es recomendable la
utilización de métodos del tipo “arriba hacia abajo” junto con técnicas de modelación inversa
para investigar las incertidumbres asociadas a las estimaciones de las diferentes categorías de
emisión descritas.
Estudios Especiales
1) A pesar de que varios proyectos y estudios se han realizado recientemente para hacer
frente a los problemas de calidad del aire en Mexicali, el alcance, extensión y profundidad
vi
de estos estudios son todavía limitados. Son necesarios más esfuerzos para realizar
mediciones y actividades de modelación para comprender mejor la contaminación del aire
y sus efectos en salud y el clima, así como para proporcionar información científica para
el diseño y evaluación de políticas de control de emisiones.
2) Los impactos ambientales y de salud han sido una preocupación seria para los residentes
cercanos a la planta de energía geotérmica en Cerro Prieto, con informes indicando que
la mayoría de la población infantil sufre de asma, sordera y la pérdida del olfato, además
de los daños a la agricultura debido al alto contenido de salmuera. Esto contrasta con las
plantas de energía geotérmica en California, en las cuales se vuelve a inyectar la cantidad
total de salmuera. Es importante llevar a cabo un estudio de campo independiente para
caracterizar las emisiones de la estación de energía geotérmica de Cerro Prieto, así como
de los impactos en la salud de los residentes locales.
3) Es recomendable medir con alta resolución temporal de las concentraciones COVs y su
especiación detallada para que puedan ser utilizados para identificar las fuentes de
emisión locales y evaluar las estimaciones de COVs en el inventario de emisiones.
4) Se necesitan mediciones de alta resolución temporal de PM2.5 (utilizando instrumentos
avanzados como el espectrómetro de masas de aerosol) y el análisis cuantitativo de la
composición química de las PM2.5 para obtener una información útil para la identificación
de las fuentes emisoras del material particulado fino, sus transformaciones atmosféricas y
efectos en la salud. Las propiedades ópticas de los aerosoles, especialmente el
componente de carbono negro proveniente de fuentes de combustión de diesel y
biomasa, deben ser medidas y analizadas para evaluar el impacto de PM en el clima. Ya
que el polvo es un componente importante de PM10 y dado su importante papel en los
efectos en la salud, es necesario caracterizar las regiones de origen del polvo en la zona
fronteriza para comprender mejor el aporte de la resuspensión de polvos en carreteras y
por la erosión natural del viento.
Impactos en Salud
1) La salud humana es la principal preocupación sobre la contaminación del aire y el
principal impulsor de las acciones de política. Como se señaló en el informe, los
residentes de Mexicali, en especial los niños, han sufrido de asma, alergias, tuberculosis
resistentes a los antibióticos, la fibrosis pulmonar. Sin embargo, sólo hay unos pocos
estudios de salud llevados a cabo en Mexicali. Los estudios en la salud son necesarios,
incluidos los estudios por exposición de contaminantes múltiples (incluyendo PM, gases
tóxicos y metales), con atención especial a los efectos de diferentes composiciones
químicas de los contaminantes, así como los estudios de series de tiempo de PM2.5 y
otros contaminantes. Además, se necesita un estudio epidemiológico, incluida también la
exposición de algunos animales para el aire ambiente en Mexicali, para proporcionar
asociaciones causa-efecto.
Este informe presenta un resumen de los resultados principales del proyecto: “Estudio de caso
de la contaminación en la Cuenca Atmosférica Mexicali-Imperial Valley”, que incluye la
integración de los resultados obtenidos durante Cal-Mex 2010 con los resultados de los análisis
de la información ambiental relevante existente para la región Mexicali-Calexico enfocándose
vii
particularmente en las emisiones de contaminantes, su transporte, transformación e impactos
en la salud, ecosistemas y el clima. El estudio contribuye a la comprensión de la importancia de
las diferentes fuentes de emisión (urbano, quema de biomasa, naturales) y sus impactos en la
calidad del aire y el clima a lo largo de la frontera entre California y México. Los productos
generados de este estudio, los primeros en su tipo en la región fronteriza Baja CaliforniaCalifornia, proporcionará información científica relevante a los tomadores de decisiones para la
identificación, implementación y evaluación de estrategias para la prevención y el control de los
contaminantes atmosféricos y gases de efecto invernadero.
El caso de estudio de Mexicali-Valle Imperial ilustra la complejidad de abordar los asuntos
ambientales en la región fronteriza México-Estados Unidos. Las presiones asociadas con el
crecimiento industrial y demográfico, el aumento en el número de vehículos viejos, los
diferentes marcos reguladores y de gobierno, y las condiciones topográficas y meteorológicas
presentan un contexto desafiante para abordar la gestión de la calidad del aire en la región.
Estos mismos factores también presentan muchas oportunidades para la cooperación
binacional.
En Mexicali, hay una continua necesidad de mejorar el monitoreo de la calidad del aire y las
capacidades de pronóstico, para evaluar la exactitud del actual inventario de emisiones, e
identificar los huecos de información relevante. Esta información es fundamental no sólo para la
preparación efectiva de los análisis de calidad del aire y los programas de gestión en el Valle
de Mexicali, sino también para el resto de la cuenca atmosférica binacional. Las políticas para
mejorar la calidad del aire y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero deben estar
basadas en los mejores conocimientos científicos disponibles, sin embargo, la voluntad política
y capacidad debe transformar ese conocimiento en acción para la protección de la salud de la
población. Por otra parte, es necesario contar con la participación activa e informada de la
sociedad civil, el sector privado, la comunidad académica, organizaciones sociales, y el
gobierno, ya que la lucha contra la contaminación requiere la implementación de diferentes
estrategias específicas en múltiples campos de acción.
viii
Agradecimiento
El Molina Center for Energy and the Environment y sus colaboradores del Centro
Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental (CENICA), agradecen al Instituto
Nacional de Ecología de la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales por su
apoyo para la realización de este estudio. Agradecemos a la Secretaría de Protección
del Ambiente del Gobierno del Estado de Baja California por su apoyo y a la U.S.
Environmental Proteccion Agency (US-EPA) por el acceso al sistema Air Quality
System (AQS).
ix
Lista de Colaboradores para la Elaboración de este Informe Final
Molina Center for Energy and the Environment (MCE2)
Dra. Luisa T. Molina, Investigadora Principal
Dr. Miguel Zavala
Dr. Guohui Li
Dra. Naifang Bei
Dr. Wenfang Lei
MC. Hugo Barrera
Jared Morante
x
Estudio de caso de la contaminación en la Cuenca Atmosférica
Mexicali-Imperial Valley
1. INTRODUCCION
La zona fronteriza entre México y Estados Unidos a lo largo de las fronteras de los estados de
Baja California y California presenta importantes retos sociales, económicos, y ambientales
enmarcados dentro del intenso intercambio internacional de comercio y servicios entre ambos
países. Debido a que las ciudades fronterizas entre México y Estados Unidos comparten
cuencas atmosféricas comunes (ver Figura 1.1), existe interés mutuo de las dos naciones para
entender las propiedades químicas y físicas de los gases y aerosoles que se originan en esta
región, junto con sus transformaciones y sus impactos potenciales en el clima y ecosistemas.
Las autoridades ambientales en los Estados Unidos y México han promovido la cooperación
entre los dos países desde la firma del Acuerdo de la Paz en 1983. Los dos países
desarrollaron posteriormente el Programa Ambiental Frontera 2012 destinado a la limpieza del
aire, suministro de agua potable, reducción del riesgo por exposición a residuos peligrosos, y
asegurar la preparación para emergencias a lo largo de la frontera México-Estados Unidos
(Border 2012, 2005; US-EPA 2003, 2006, 2008).
A pesar de los avances obtenidos, la calidad del aire sigue siendo una gran preocupación en
toda la región fronteriza. Las presiones asociadas con la industria y el crecimiento demográfico,
el aumento en el número de vehículos viejos, las diferencias y los marcos reguladores y de
gobierno, y las condiciones topográficas y meteorológicas presentan un contexto desafiante
para abordar la gestión de la calidad del aire. Estos mismos factores también presentan
muchas oportunidades para la cooperación binacional entre los dos países durante el diseño
del nuevo Frontera 2020: Programa de Medio Ambiente de Estados Unidos y México (US-EPA,
2011).
Las condiciones ambientales en la región fronteriza pueden ser exacerbadas por la presión de
factores demográficos, orográficos, meteorológicos, el nivel de industrialización y de desarrollo
socio-económicos, entre otros. Por ejemplo, las dos principales zonas urbanas fronterizas en el
lado Mexicano tienen una alta concentración poblacional: casi el 72% de la población de Baja
California (3,16 millones de habitantes) se localiza principalmente en las ciudades de Tijuana
(47%) y Mexicali (25%) y las dos presentan altos índices de crecimiento poblacional, (INEGI,
2010). Estas ciudades fronterizas se caracterizan también por el constante aumento en el
traslado de personas, bienes y productos entre ambos países, así como por una gran actividad
1
económica generada en parte por la presencia de numerosas industrias de manufactura y
servicios. Esto impone demandas siempre crecientes de energía y recursos naturales que
imponen un alto costo para el medio ambiente.
Las zonas urbanas fronterizas conformadas por las ciudades vecinas de Tijuana-San Diego y
Mexicali-Calexico se encuentran separadas por 145 kilómetros y la cadena montañosa
denominada La Rumorosa (ver Figura 1.1), y tienen características orográficas muy distintas
entre ambas. Si bien la ciudad de Tijuana está ubicada entre cerros, cañones, barrancas y
arroyos, la parte norte de la ciudad se encuentra una zona menos accidentada (Mesa de Otay),
similar a la orografía de San Diego. Por otro lado, Mexicali y Calexico se encuentran dentro de
una planicie (Valle Imperial con una elevación promedio de 10 metros sobre el nivel medio del
mar) que es utilizada exhaustivamente por ambos países para el cultivo y cosecha de varios
productos en todo el año.
Figura 1.1. Mapa de la región fronteriza entre California, Estados Unidos y Baja California, México.
La presencia de la cadena montañosa La Rumorosa junto con el Océano Pacífico en el litoral
de la costa Oeste y la planicie central desértica, intervienen decisivamente en la prevalencia de
condiciones meteorológicas sinópticas características e influyen también en el transporte
transfronterizo de masas de aire en esta región. A su vez, la existencia de condiciones
prevalentes meteorológicas a escala sinóptica junto con las variaciones en los campos de
viento locales inducidos por la orografía local, se pueden combinar con los efectos de las
emisiones biogénicas, geológicas y de las intensas actividades antropogénicas previamente
descritas para contribuir a concentraciones altas de material particulado (PM) y gases
contaminantes que pueden ser observado en esta región fronteriza de California y México
(Mendoza et al, 2007, 2010).
2
Algunas fuentes de emisión localizadas en la zona fronteriza tienen características particulares
que influyen en la magnitud de sus impactos ambientales. La quema de biomasa y el
prominente cultivo y cosecha de productos agrícolas en la zona de Mexicali y Calexico pueden
ser fuentes importantes de emisiones de material particulado. En la región del Valle Imperial
donde se localiza la ciudad de Mexicali existe poca vegetación predominando la de tipo
matorral (cactus, chamizo, gobernadora, mezquite, pinillo). Las actividades agrícolas se
realizan principalmente con sistemas de riego asistido debido a la extrema escases de lluvia;
en realidad, el predominio del tipo de suelo árido y semidesértico hace a esta zona muy
susceptible a emisiones de material particulado. Así, las emisiones de material particulado
pueden resultar en concentraciones altas de aerosoles con alto contenido geológico, además
del contenido de carbón orgánico producto de las quemas incompletas de residuos agrícolas y
de la quema de carbón en taquerías, pollerías, etcétera, sales minerales y constituyentes
secundarios (Chow et al., 2000, LASPAU 2007). En general, todas estas actividades pueden
generar intensas emisiones de contaminantes atmosféricos que pueden potencialmente tener
consecuencias serias en la salud humana y los ecosistemas en la región fronteriza.
Las características de las emisiones de fuentes móviles en esta región pueden también ser
substancialmente diferentes de las emisiones por fuentes móviles en otras ciudades. Debido al
intenso dinamismo en el comercio de vehículos y las facilidades de traslado entre ambos
países, la densidad vehicular (número de vehículos por persona) en las ciudades fronterizas de
Tijuana y Mexicali es de los más altos del país y además los vehículos antiguos tienden a
permanecer más tiempo en circulación (CEC, 2011). Emitiendo en una cuenca compartida del
aire, un gran número de vehículos ligeros y pesados diariamente cruzan de ida y vuelta entre
las ciudades fronterizas a través de las entradas y salidas de las garitas aduanales.
La presencia simultánea de diferentes niveles de gobierno de ambos países en esta región (la
zona fronteriza entre Estados Unidos y México abarca aproximadamente 200 km entre
California y Baja California), predispone la importancia de coordinar esfuerzos por ambos
países para estudiar y conocer el transporte y los impactos de los contaminantes que son
emitidos en esta región. Un ejemplo muy importante de colaboración entre ambos países en
materia del estudio de las cuencas atmosféricas en la zona fronteriza se realizó durante el
periodo del 15 de mayo al 30 de junio del 2010 en la región fronteriza entre Tijuana, México y
San Diego, California por medio de la campaña de mediciones de contaminantes atmosféricos
denominada Cal-Mex 2010. La campaña Cal-Mex 2010 fue coordinada por el Molina Center for
Energy and the Environment (MCE2), con la colaboración de varias instituciones mexicanas
incluyendo el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la Universidad Nacional Autónoma de
México (CCA-UNAM), el Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental (CENICA)
del Instituto Nacional de Ecología (INE), el Centro de Investigación en Química de la
Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), la Universidad Autónoma de Baja
3
California (UABC), la Universidad Tecnológica de Tijuana (UTT), y la Universidad Autónoma de
Ciudad Juárez (UACJ).
En la campaña de mediciones Cal-Mex 2010 también participaron investigadores provenientes
de universidades de los Estados Unidos, incluyendo: University of California, San Diego
(UCSD), Texas A&M University (TAMU), San Diego State University (SDSU) y Virginia Tech
(VT) con el despliegue de instrumentos científicos de medición de contaminantes atmosféricos.
Para el desarrollo logístico de la campaña también participaron los grupos consultores LT
Consulting Group (LTCG) y Administración Ambiental Integral (AAI). La Campaña Cal-Mex
2010 contó con el apoyo de las agencias y instituciones de ambos lados de la frontera, como la
Agencia de Protección Ambiental (EPA), la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF), la Junta
de Recursos de Aire de California (CARB) y el Molina Center for Energy and the Environment
por parte de los Estados Unidos, así como la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos
Naturales, el Instituto Nacional de Ecología, el Gobierno del Estado de Baja California y el
Ayuntamiento de Tijuana por parte de México. La campaña Cal-Mex 2010 implicó el despliegue
de un equipo de expertos en mediciones de campo a nivel de superficie con los objetivos de
caracterizar las fuentes de emisión más importantes en las regiones fronterizas de CaliforniaMéxico, determinar la variabilidad espacial y temporal en las emisiones antropogénicas de
gases de efecto invernadero y contaminantes atmosféricos tradicionales, y evaluar el posible
impacto de estas emisiones en la calidad del aire, en la salud humana y en el cambio climático
a nivel local y regional.
La campaña de mediciones Cal-Mex 2010 ofrece una oportunidad única de la colaboración
entre los dos países para entender y solucionar los problemas comunes asociados con la
contaminación del aire en la región. La selección del periodo de mediciones de la campaña se
realizó en parte para poder coincidir con otro programa de mediciones denominado CalNex
2010 auspiciado por la CARB y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) los
cuales llevaron a cabo conjuntamente un estudio de campo para investigar los procesos
atmosféricos sobre California y la región costera del este del Pacífico durante marzo y junio del
2010. El objetivo del programa CalNex 2010 es estudiar en California los aspectos importantes
de los nexos entre la calidad del aire y los problemas de cambio climático para proveer
información científica relativa a los balances de costo-beneficio afrontados por los tomadores
de decisiones cuando abordan estos dos asuntos interrelacionados. La sinergia y la realización
paralela de las campañas de mediciones complementarias CalNex 2010 y Cal-Mex 2010
permitirán obtener un panorama más amplio de los problemas de la contaminación atmosférica
en escalas regionales.
Este Informe Final presenta los resultados de la integración y análisis de la información,
conclusiones y recomendaciones del proyecto: “Estudio de caso de la contaminación en la
Cuenca Atmosférica Mexicali-Imperial Valley”, el cual contempla la integración de los resultados
4
obtenidos durante la campaña de monitoreo Cal-Mex 2010 con los resultados de los análisis de
la información ambiental relevante existente para la región Mexicali-Calexico. El informe incluye
las fuentes revisadas, los resultados del análisis de datos de monitoreo generados en la zona
en los últimos años, así como el análisis de inventarios de emisiones y programas de calidad
del aire. Se espera que resultados de los análisis de los datos obtenidos durante la campaña
de mediciones Cal-Mex 2010 junto con los resultados de los análisis de la información en este
estudio incrementen el entendimiento sobre la importancia de las diferentes fuentes de
emisiones a lo largo de la frontera entre California y México con respecto a la contaminación
atmosférica y el cambio climático.
1.1.
Área Urbana de Mexicali
Mexicali es la capital del Estado de Baja California, sede del Ayuntamiento de Mexicali, y la
segunda ciudad más grande en Baja California. Según el censo de 2010, la Ciudad de Mexicali
cuenta con una población de alrededor de 800,000 con una densidad de población de 82/km2,
mientras que la población de toda el área metropolitana (y el municipio) es cerca de un millón
(ver Figura 1.2).
Figura 1.2. Mapa de tipo de suelo en Mexicali, Baja California, México.
Mexicali está situada en la frontera México-Estados Unidos junto a su ciudad hermana de
Calexico, California, con la que forma la región metropolitana Calexico-Mexicali. Mexicali
cuenta con uno de los más altos estándares de vida en México. Su proximidad a los Estados
Unidos ha convertido la ciudad en un centro cosmopolita e internacional en una región
desértica, es también un destino turístico popular entre los americanos en los estados
fronterizos.
5
México y los Estados Unidos han establecido normas ambientales para la calidad del aire por
contaminantes atmosféricos criterio, ver Tabla 1.1. Las normas ambientales para
contaminantes criterio son muy similares entre ambos países, sobre todo para contaminantes
en la fase gaseosa. Sin embargo, mientras que el material particulado PM10 la norma de
promedio anual es menor en México (120 µg/m3) que en los Estados Unidos (150 µg/m3) y la
norma de promedio de 24 horas para PM2.5 es mayor en México (65 µg/m3) que en los
Estados Unidos (35 µg/m3). La diferencia en la magnitud de los parámetros normados es
relevante para la zona fronteriza debido a los altos niveles observados de material particulado
en esta región. En este estudio realizamos un análisis detallado de las tendencias de los
contaminantes atmosféricos criterio y compuestos tóxicos en gases y partículas (Sección 4.2)
así como de las estimaciones de las emisiones de contaminantes por las principales fuentes
emisoras en Mexicali (Sección 4.3).
Tabla 1.1 Normas de la calidad del aire para los contaminantes criterio en México y EEUU.
Contaminantes
Monóxido de Carbono (CO)
Dióxido de Nitrógeno (NO2)
Ozono (O3)
Dióxido de Azufre (SO2)
PM2.5
PM10
Periodo
NORMA
Estados Unidos
3
Mexico
Promedio 8-horas
9 ppm (10 mg/m )
11 ppm
Promedio 1-hora
Promedio Anual
Promedio 1-hora
Promedio 8-horas
Promedio 1-hora
Promedio Anual
Promedio 24-horas
Promedio Anual
Promedio 24-horas
Promedio Anual
Promedio 24-horas
35 ppm (40 mg/m3)
0.053 ppm
0.10 ppm
0.075ppm
0.12 ppm
0.03 ppm
0.14 ppm
15 µg/m3
35 µg/m3
50 µg/m3
150 µg/m3
0.21 ppm
0.08 ppm
0.11 ppm
0.03 ppm
0.13 ppm
15 µg/m3
65 µg/m3
50 µg/m3
120 µg/m3
Partículas Suspendidas
Totales (PST)
Promedio 24-horas
Plomo (Pb)
Promedio trimestral
210 µg/m3
1.5 µg/m3
1.5 µg/m3
La economía de Mexicali se basó históricamente en la producción agrícola, y hasta hoy sigue
siendo un sector importante de la economía local. El Valle de Mexicali es uno de los valles más
fértiles y más extensos en México con más de cincuenta diferentes cultivos y es similar al del
Valle Imperial, California, en su producción agrícola. En la actualidad, el valle sigue siendo una
6
las regiones agrícolas más productivos de México, en su mayoría de trigo, algodón y hortalizas.
Mexicali es uno de los exportadores más importantes de México de vegetales en el mundo1.
Recientemente, la economía de la economía de Mexicali ha cambiado de ser basada en la
agricultura a una base más industrial. Muchas industrias multinacionales han construido plantas
en Mexicali y sus ciudades vecinas, aprovechando la abundancia de los recursos naturales en
el Valle, incluyendo la energía eléctrica, agua y suministro de gas natural. Hoy Mexicali es un
importante centro para la producción industrial en los sectores automotriz, aeroespacial,
telecomunicaciones, metalurgia y servicios de salud, así como en la fabricación y exportación
de productos a diversos países. El Tratado de Libre Comercio de América de 1994 que eliminó
la mayoría de las restricciones al comercio entre las dos naciones ofrece un auge económico
en la próxima década en Mexicali. Silicon Border, un gran parque industrial centrado en el
desarrollo de clusters de tecnología alrededor de industrias clave, se encuentra justo en la
frontera con Calexico / Mexicali2.
El rápido crecimiento demográfico, la expansión urbana y el aumento de las actividades
industriales han contribuido a más emisiones de contaminantes del aire y más gases de efecto
invernadero, con efectos negativos sobre el medio ambiente y la salud. Por ejemplo, el New
River (Río Nuevo), que va de Mexicali a través de Calexico en los Estados Unidos hacia el Mar
de Salton, es considerado como uno de los ríos más contaminados de América del Norte, con
un alto nivel de sustancias químicas tóxicas de la escorrentía agrícola, descargas municipales y
vertidos industriales debido a una infraestructura inadecuada de aguas residuales3.
2. OBJETIVOS
El objetivo principal de este estudio es generar información técnica y científica, a partir de un
análisis de contaminantes a en la región fronteriza de Mexicali, enfocándose particularmente en
materia de transporte e impacto de contaminantes atmosféricos, así como su integración con la
información obtenida durante Cal-Mex 2010 incluyendo las mediciones de metano y carbono
negro y sus propiedades ópticas, físicas y químicas mediante el uso de modelos atmosféricos
para apoyar en el diseño e implementación de programas de mitigación de cambio climático y
calidad del aire a nivel local, regional y transfronterizo.
Los objetivos específicos de este estudio son:
1
http://en.wikipedia.org/wiki/Mexicali 11/ (Accesado 11/4/11).
Silicon Border: http://www.siliconborder.com/company.html (Accesado 11/4/2011).
3 Calexico New River Committee: http://www.calexiconewriver.com/ ;
http://en.wikipedia.org/wiki/New_River_(Mexico_%E2%80%93_United_States) (Accesado 11/4/2011).
2
7

Caracterizar las variables meteorológicas, para comprender los patrones de viento
regional en la zona fronteriza de Mexicali-Imperial Valley, que permita identificar la
dispersión y transporte de los contaminantes durante la campaña de medición.

Caracterizar espacialmente las principales fuentes de emisión en la zona de estudio,
de tal forma que se cuente con información técnica suficiente que permita identificar
la contribución de éstas en la dispersión atmosférica y por tanto en la calidad del aire
y su contribución al cambio climático.

Evaluar las emisiones de componentes químicos gaseosos de la atmósfera:
precursores de O3, nitrógeno reactivo, CO, SO2, Hidrocarburos aromáticos y material
particulado, especialmente carbono negro y metano a partir de la revisión de los
inventarios de emisiones y otros datos reportados.

Implementar y evaluar los modelos atmosféricos enfocados a entender los impactos
radiativos y fotoquímicos de las emisiones de carbono negro en la región fronteriza.

Identificar la relación entre las características de la cuenca atmosférica y las fuentes
de emisión y sus posibles implicaciones en programas de gestión de la calidad del
aire y cambio climático regional.

Conformar un repositorio de información sobre la campaña de mediciones para su
difusión a través de la página web del Instituto Nacional de Ecología.

Identificar con base en la información generada por este estudio y con base en el
análisis del programa de calidad del aire vigente en Mexicali, algunas medidas de
control de la contaminación que pueden contribuir a la mejora de la calidad del aire
en esta ciudad, así como mitigar el cambio climático.
3. METODOLOGIA
En concordancia con lo establecido en los lineamientos presentados en los Términos de
Referencia del presente proyecto, se describen a continuación las metodologías generales que
se emplearon en el estudio, incluyendo fuentes revisadas e información generada, los
resultados del análisis de datos de monitoreo generados en la zona en los últimos años así
como el análisis de inventarios de emisiones y programas de calidad del aire.
Para la integración de los análisis de las abundantes bases de datos obtenidas durante CalMex 2010 en la región Tijuana-San Diego con la información ambiental en la región MexicaliCalexico se realizó un análisis profundo de las condiciones físicas de transporte regional de
8
contaminantes, así como de las características de las principales fuentes de emisión en la
región fronteriza. Esto incluye también un análisis comparativo de los inventarios de emisiones
existentes para la región, la identificación de oportunidades para su mejoría en sucesivas
ediciones, así como un análisis estadístico de las concentraciones ambientales de
contaminantes atmosféricos históricos obtenidos por las redes de monitoreo ambientales
locales y su comparación con las concentraciones y parámetros obtenidas durante la campaña,
y de los programas locales para mejorar la calidad del aire en la región.
En resumen, la metodología a emplear para la realización de este proyecto incluye:
1) Análisis de los patrones de viento y condiciones de transporte. La caracterización
de las variables meteorológicas que determinan el transporte transfronterizo en la región
se realizará mediante:
a) La utilización del modelos atmosféricos meteorológicos que incluyen el The
Advanced Research WRF (ARW) y el modelo de análisis de trayectorias
FLEXPART-WRF (WRF v3.2; Skamarock et al., 2008), y
b) Un análisis estadístico de las patrones históricos de viento de las variables
observadas por las redes de monitoreo ambiental locales, las cuales incluyen
información a nivel superficie de dirección y magnitud de viento, temperatura,
humedad relativa, presión atmosférica, y radiación solar.
La comprensión de los patrones de viento a escala regional en la zona fronteriza de
Mexicali-Imperial Valley, permite identificar la dispersión y transporte de los
contaminantes en diferentes épocas del año, incluyendo el periodo durante la
campaña de medición, lo que facilita su integración con las bases de datos
obtenidas durante la campaña de mediciones Cal-Mex 2010.
2) Análisis estadísticos de las concentraciones ambientales de contaminantes
atmosféricos. Se analizaron las tendencias históricas de los contaminantes
atmosféricos medidos mediante las redes de monitoreo ambiental en la región de
Mexicali-Calexico. Este análisis incluye tanto las concentraciones de los contaminantes
criterio y como las concentraciones de otros contaminantes adicionales en fase gaseosa
y de aerosoles que han sido obtenidos en la región. El análisis se enfoca en la
identificación de las características principales del comportamiento de los parámetros
estudiados.
3) Análisis de emisiones en la región. Se realizó un análisis comparativo de los
inventarios existentes en la región de estudio. La elaboración de un inventario de
emisiones desagregado es una tarea compleja que demanda la integración sistemática
9
de la información en un marco de cooperación institucional entre diferentes niveles de
gobierno. Algunas experiencias internacionales señalan que son necesarios años de
estudio y una considerable cantidad de recursos para definir correctamente un
inventario. Por ello, es importante identificar áreas de oportunidad que puedan ayudar a
reducir las incertidumbres asociadas a sus estimaciones. En este sentido, los resultados
de los análisis de las bases de datos obtenidas durante la campaña Cal-Mex 2010 junto
con las actividades de modelación de la calidad del aire son fundamentales para la
evaluación de las emisiones estimadas en la región fronteriza.
4) Análisis de los programas para mejorar la calidad del aire (PROAIRE) y otros
estudios. Los programas para mejorar la calidad del aire (PROAIRE) han sido
publicados para las ciudades de Tijuana y Mexicali para el periodo 2000-2005 (Gobierno
del Estado de Baja California, 1999, 2000) en años anteriores y existen en proceso de
elaboración la actualización de los correspondientes programas. El propósito de hacer
uso de la información contenida en los programas para mejorar la calidad del aire es el
de conocer el grado de factibilidad y alcance de las acciones propuestas en el
PROAIRE Mexicali-Valle Imperial al ser contrastadas con los resultados obtenidos tanto
del análisis de los datos provenientes de las estaciones de monitoreo en ambos lados
de la frontera, así como su análisis y comparación con los inventarios de emisiones
existentes y con los resultados de la modelación desarrollada en la región.
5) Actividades de modelación de la calidad del aire. Se realizaron diversas actividades
de modelación de la calidad del aire con base en los periodos meteorológicos
predominantes identificados en el análisis de parámetros meteorológicos. La evaluación
de los modelos atmosféricos se realiza utilizando las observaciones dedicadas de alta
calidad obtenidas durante la campaña de mediciones Cal-Mex 2010.
4. RESULTADOS
A continuación presentamos los resultados, discusiones, y conclusiones obtenidas de los
análisis que están referidos en los pasos metodológicos enumerados anteriormente.
4.1.
Análisis meteorológicos
En esta sección presentamos los resultados generales de los análisis de las condiciones
meteorológicas y los patrones de la pluma de transporte que ocurrieron durante el periodo del
15 mayo hasta 30 junio 2010 de la campaña Cal-Mex 2010 en la región fronteriza de CaliforniaMéxico y su comparación con las condiciones climáticas históricas en la región. Como
resultado de los análisis realizados se identificaron los principales patrones sinópticos, junto
10
con los patrones de transporte correspondiente utilizando observaciones meteorológicas
obtenidas durante la campaña de mediciones, y los resultados de las simulaciones
meteorológicas de mesoescala de alta resolución, y las simulaciones de dispersión para
describir las condiciones meteorológicas y los patrones de transporte. Las observaciones de
parámetros meteorológicos se obtuvieron realizando mediciones de perfiles verticales con
diversas técnicas incluyendo radiosondeos, ceilómetro, y mediciones con un globo cautivo
durante varios periodos diurnos, así como a través de mediciones continuas en superficie en
diferentes sitios de muestreo (ver Figura 4.1). Adicionalmente, para la realización de los análisis
y las evaluaciones del desempeño del modelo se utilizó también la información de parámetros
meteorológicos proporcionada por las redes locales de monitoreo atmosférico de México y de
Estados Unidos.
Figura 4.1. Estaciones meteorológicas y sitios de monitoreo utilizadas para el análisis de las condiciones
meteorológicas durante Cal-Mex 2010. Los puntos azules denotan estaciones de las redes locales de
monitoreo, los cuadros rejos denotas sitios de mediciones durante la campaña, y el cuadro verde
muestra la ubicación del sitio de liberación de partículas virtuales en el modelo (ver texto para explicación
de acrónimos).
Las simulaciones de las condiciones meteorológicas y patrones de transporte en la región
fronteriza fueron realizadas utilizando el modelo Advanced Research WRF (ARW) (Skamarock
11
et al., 2008). Los modelos han sido aplicados para proporcionar pronósticos meteorológicos
diarios que se verifican por medio de las observaciones disponibles durante la campaña de
mediciones Cal-Mex 2010 y que son analizados para caracterizar las condiciones
meteorológicas y patrones de transporte en la región fronteriza. También se realizaron cálculos
de dispersión de partículas Lagrangianos hacia adelante con el modelo WRF-FLEXPART (Stohl
et al, 1998; Fast and Easter, 2006). El modelo de trayectorias fue configurado para la liberación
de 6.000 partículas computacionales dentro de una celda de la malla de 10 km × 10 km x 0.02
km centrados en el sitio PQM utilizando las simulaciones de los campos meteorológicos de 3
km del modelo WRF-ARW. Los trazadores se liberan continuamente de 06 a 12 horas PDT
(hora del Pacífico) en Tijuana, México, y trazados hasta las 18 horas PDT. Todo el tiempo
utilizado en lo sucesivo es PDT (hora local).
Las observaciones de diversos parámetros meteorológicos durante la campaña fueron
obtenidas utilizando cinco sitios del Sistema Nacional de Información de la Calidad del Aire
(SINAICA) denominados LAM, ITT, PLA, ROS, y TKT (ver Figura 4.1). Los sitios de medición
intensivo durante la campaña incluyeron un sitio central fijo en el Parque Morelos (PQM,
Sistema Municipal de Parques Temáticos Tijuana), tres sitios de monitoreo de contaminantes
criterio y parámetros meteorológicos Metales y Derivados (MYD), la Universidad Tecnológica
de Tijuana (UTT), y Universidad Autónoma de Baja California-Valle de las Palmas (UABC-VP),
y 2 estaciones meteorológicas en los sitios Hunter y Formosa. Las mediciones en el PQM
incluyeron radiosondas lanzadas dos veces al día, el uso de globo cautivo y observaciones con
ceilómetro. El período de información disponible varía por cada sitio de medición adición, y se
han utilizado todos los datos disponibles durante la campaña en el presente estudio.
Para la aplicación del modelo WRF se adoptaron cuatro mallas anidadas con resolución
horizontal de 36, 12, 3, y 1 km y 35 niveles sigma en dirección vertical. Las celdas de la malla
utilizada en los cuatro dominios son de 120 × 90, 181 × 151, 169 × 169, y 127 × 127,
respectivamente. El modelo WRF se inicia a las 00:00 UTC y sus parámetros son integrados
por 36 horas. Los parámetros y condiciones meteorológicas obtenidas de Los Centros
Nacionales de Predicción Ambiental (NCEP por sus siglas en inglés), sistema de pronóstico
global (GFS por sus siglas en inglés) final (FNL), y el análisis de conjuntos de datos mundiales
de malla (con resolución de 1 º x 1 º) fueron utilizados para producir las condiciones iniciales y
de frontera para las simulaciones. Los esquemas de parametrización de los procesos físicos
utilizados en los pronósticos incluyen el esquema de conjunto de cúmulos Grell-Devenyi (Grell
y Devenyi, 2002), el WRF Single Moment (WSM) con microfísica de cinco de clases (Hong et
al, 2004; Hong y Lim, 2006), y el esquema de la Universidad de Yonsei (YSU) (Hong et al.,
2006) para los procesos de capa límite planetaria (PBL). Se generaron además pronósticos
horarios, incluyendo los vientos de superficie, la temperatura y 1-h los pronósticos de
precipitación.
12
A fin de proporcionar una visión amplia de la situación meteorológica en la zona fronteriza entre
California y México, se realizaron los análisis meteorológicos en esta área a partir de datos
históricos, los cuales incluyen 10 años (2000-2009) de análisis de conjuntos de datos
mundiales de malla NCEP-GFS y 10 años (2000-2009) de observaciones en superficie de la
Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos de Norteamérica (US-EPA). La Figura 4.2
muestra los resultados de los análisis de las condiciones meteorológicas promedio a escala
sinóptica en superficie y en capas superiores durante el período de campaña basado en 10
años de datos del NCEP-GFS. La zona fronteriza (en el interior del recuadro rojo) se encuentra
principalmente en la intersección de la superficie de alta sobre el Océano Pacífico y la
superficie a baja sobre el suroeste del continente Estadounidense. Como consecuencia de la
compleja topografía local (que incluye la cadena montañosa de la Rumorosa y la presencia del
Golfo de California o Mar de Cortés), el viento en la superficie es variable y su caracterización
puede llegar a ser compleja.
Los vientos en la superficie cerca de la zona fronteriza entre California y México en general
varían desde el noroeste (zona oeste de la zona fronteriza) al suroeste (lado este de la zona
fronteriza) durante el día. A una altitud de 850 hPa (Figura 4.2c-d), la zona fronteriza se
encuentra dentro de la vaguada en la mañana y en la parte frontal de una vaguada por la tarde,
y las direcciones del viento en esta zona son similares a las de direcciones de viento
observadas en superficie. A una altitud de 500 hPa (Figura 4.2e-f), la zona fronteriza se
encuentra sin embargo en la parte delantera de una vaguada, lo que conduce a la presencia de
vientos del suroeste en la zona.
13
Figura 4.2. Campo de vientos (vectores) y de presión a diferentes niveles durante el periodo 2000-2009.
El cuadro rojo muestra la ubicación de la zona de estudio.
14
Las rosas de viento superficiales (Figura 4.3) obtenidas con base en las observaciones desde
2000 hasta 2009 de las estaciones de monitoreo en superficie en Baja California y California y
mantenidas por la EPA demuestran también la prevalencia de las direcciones de viento del
suroeste y oeste a lo largo de la costa. La rosa de vientos en superficie demuestran que el
viento predominante a lo largo de la costa es débil y varía desde el sur hacia el norte durante la
noche y la mañana temprana (de las 21 a las 5 horas PDT). Durante el día (9 a 17 horas PDT),
la dirección de los vientos predominantes en superficie a lo largo de la costa son los principales
del suroeste hacia el noroeste.
Figura 4.3. Rosas de vientos cerca de la zona fronteriza entre California y México obtenidas con datos
históricos horarios para mayo y junio de 2000 a 2009.
En la Figura 4.3 se puede apreciar que en el caso de la zona Tijuana-San Diego se encontró
un patrón predominante para estos periodos en la dirección del viento proveniente del Océano
Pacifico hacia tierra adentro, con velocidades máximas de 3.5 a 5 m/s; por su parte, en la zona
de Mexicali-Valle Imperial la frecuencia predominante de la dirección de viento para la estación
estudiada registro patrones provenientes del sureste con velocidades que van de 2 a 3.5 m/s
en esta dirección; sin embargo, han existido registros de que las máximas velocidades de
viento para esa estación han sido hasta de 5 m/s provenientes del noroeste. Las situaciones
sinópticas promedio, tanto en la superficie y la capa superior durante Cal-Mex 2010 son muy
similares a las situaciones históricas mostradas en la Figura 4.2, indicando que las condiciones
15
climáticas durante la campaña son muy comunes en esta área. La zona fronteriza se encuentra
generalmente en el área de baja presión en la superficie y en la parte frontal de una vaguada
en las capas superiores.
En base a las verificaciones entre las simulaciones meteorológicas de alta resolución a
mesoescala y las observaciones, los datos de salida del modelo WRF y FLEXPART-WRF se
utilizaron para clasificar los patrones típicos de transporte de la pluma y las correspondientes
situaciones meteorológicas sinópticas en la zona fronteriza entre California y México. Utilizando
tanto las observaciones de rutina y las observaciones de la campaña intensiva en la zona
fronteriza junto con los datos de modelos meteorológicos de alta resolución, también se
analizaron las condiciones meteorológicas locales, tales como la altura de PBL, viento en
niveles bajos, temperatura y humedad.
Utilizando los resultados del cálculo con FLEXPART-WRF, se obtuvieron patrones de
transporte de la pluma en la frontera entre California y México, clasificados principalmente en
cuatro categorías de acuerdo con la dirección hacia donde se transportaron las plumas, que
incluyen: 1) "pluma-sureste" en el que la pluma es transportado al sureste de Tijuana, 2)
"pluma-suroeste" en el que la pluma es transportado hacia el suroeste de Tijuana, 3) "plumaeste" en el que la pluma es transportado hacia el este y noreste de Tijuana, y 4) " pluma-norte
"en el que la pluma es transportado hacia el noreste o noroeste de Tijuana. Durante la
campaña, la mayoría de los días fueron clasificados como "pluma-este" y "pluma-sureste",
indicando que las plumas originadas en Tijuana son mayormente transportadas hacia el sureste
y el este de Tijuana durante el día.
Mediante el análisis la base de datos de NCEP-GFS también hemos identificado cuatro
situaciones sinópticas típicas a 850 hPa correspondientes a los cuatro patrones de transporte
de pluma antes señalados, basados en la ubicación de la zona fronteriza en términos de
sistemas meteorológicos. Estos incluyen: 1) "vaguada oeste" o "cresta este (alta)": en el oeste
(este) de la vaguada (cresta o alta); 2) en el norte de la baja, 3) "cresta cercana (este)": cerca
de (o al este de) el eje de la vaguada; y 4) "cresta-sureste": en el sureste de la vaguada,
respectivamente (clasificaciones detalladas ver Tabla 3). Los vientos dominantes a 850 hPa en
la zona fronteriza entre California y México para estos cuatro tipos de condiciones sinópticas
son del noroeste, noreste, este, y norte, respectivamente.
Con el fin de determinar la incidencia de los patrones de viento y condiciones de transporte
identificados se analizarnos las frecuencias de la dirección de viento de todas las estaciones de
monitoreo con información meteorológica en la región fronteriza. Los datos utilizados en el
análisis consistieron en las observaciones horarias de la magnitud y dirección de viento
registradas durante el periodo de 2009 al 2010. Para determinar la frecuencia horaria de la
dirección de viento en una estación para un mes determinado, se utilizaron los histogramas de
16
las mediciones horarias. Por ejemplo, para obtener la frecuencia de la dirección de viento
histórica para la hora 0 durante Enero se seleccionan todos los datos válidos del periodo de
0:00 AM a 1:00 AM de todos los días de Enero de todos los años con información; al conjunto
de datos resultantes de esta selección se analiza sus frecuencias de dirección de viento (de 0 a
360 grados) con un histograma de frecuencias. El resultado de este procedimiento indica
entonces las direcciones mayor y menor frecuencias históricas para la hora 0 durante el mes de
Enero. Este procedimiento se repite para la siguiente hora 1 (periodo de 1:00 AM a 2:00 AM)
hasta la hora 23 (11 PM a 0:00 AM) de cada mes utilizando el mismo criterio de selección del
tamaño de “bin” (tamaño de la muestra) en los histogramas obtenidos de manera que se
puedan realizar comparaciones entre ellos. La Figura 4.4 muestra un ejemplo de análisis de
frecuencias de la dirección de viento para una estación de monitoreo en la zona fronteriza de
San Diego-Tijuana.
Figura 4.4.Analisis de frecuencias de dirección de viento de 0 a 24 horas para la estación número 2007
en la región fronteriza San Diego-Tijuana utilizando datos anuales históricos. El deslizamiento de colores
rojo a morado implica alta a nula frecuencia, respectivamente, ver detalles en el texto.
Los análisis de frecuencias de la dirección de viento de las demás estaciones de monitoreo con
información meteorológica muestran el mismo comportamiento que en la Figura 4.4, en el cual
se identifican los cambios del aumento y la disminución de las frecuencias en la dirección de
17
viento durante la época invernal y la época de verano. Este mismo comportamiento de cambio
en la frecuencia de la dirección de viento a lo largo del año es observado también en la zona
fronteriza del Valle Imperial y Mexicali.
Con el fin de investigar el transporte de las plumas durante la tarde y la noche, se ha llevado a
cabo un experimento adicional en el que los trazadores son liberados del lado de San Diego de
forma continua de 14 a 20 horas PDT, y son trazadas hasta las 2 horas PDT del día siguiente.
Los patrones de transporte de la pluma nocturna no se diferencian mucho de aquellos durante
el día, con excepción de la 4 ª categoría ("pluma-norte"), pero el transporte de la pluma es lento
durante la noche. Después de las 22 horas PDT, las plumas de la noche en general,
comenzaron a moverse hacia la costa en lugar de moverse tierra adentro, excepto el día de
"pluma-suroeste", lo que se debe principalmente a los fuertes vientos sinópticas mar adentro
durante la noche. Por otro lado, la pluma en cualquier categoría puede ser transportado hacia
el lado de México, en la zona fronteriza México-Estados Unidos, pero sobre todo muy lejos de
Tijuana (excepto los días de "pluma-suroeste").
Los pronósticos tanto a escala sinóptica como a escala urbana (incluyendo viento, temperatura
y humedad) son razonablemente consistentes con los datos de re-análisis NCEP-GFS y las
mediciones locales en la superficie y niveles altos, pero el modelo WRF subestima con
frecuencia la temperatura superficial y la altura de la capa límite planetaria durante la noche en
comparación con las mediciones. Con base en las simulaciones WRF-FLEXPART con
partículas liberadas en Tijuana por la mañana, se identificaron cuatro patrones representativos
de transporte de la pluma como "pluma-sureste", "pluma-suroeste", "pluma-este", y "plumanorte", indicando la dirección viento-abajo de la pluma. Las direcciones de transporte de pluma
son generalmente consistentes con las direcciones dominantes del viento en 850 hPa. Las
características del viento en niveles bajos (por debajo de 800 m), la temperatura y la humedad
podrían ser diferentes para las diferentes categorías de transporte de pluma.
4.2.
Análisis de contaminantes atmosféricos
En esta sección presentamos los resultados de los análisis de las concentraciones de los
contaminantes criterio y compuestos tóxicos en fase gaseosa y de aerosoles que han sido
obtenidos en la región y recopilados por el sistema denominado Air Quality System (AQS) de la
EPA. La información contenida en este sitio corresponde a datos de calidad del aire ambiente,
de sitios de monitoreo activos e inactivos que las agencias estatales y locales envían de forma
periódica (http://www.epa.gov/ttn/airs/airsaqs/aqsweb/). El análisis se enfoca en la identificación de
las características principales del comportamiento de los parámetros estudiados.
18
La Tabla 4.2.1 muestra los parámetros meteorológicos que han sido medidos en las regiones
de Mexicali y Valle Imperial de acuerdo con la base de datos del AQS. De manera similar en la
Tabla 4.2.2 se presenta la distribución de la información meteorológica disponible para Mexicali
y Valle Imperial, en donde se observa que a pesar de que no en todas las estaciones se cuenta
con todos los parámetros existe información valiosa que puede ser utilizada para realizar
análisis de frecuencias de las variables más comunes como temperatura, presión, dirección e
intensidad de vientos.
Tabla 4.2.1. Variables meteorológicas registradas por el AQS-EPA.
Descripción del Parámetro
Abreviación del Parámetro
Código del Parámetro
Velocidad de viento
WS
61101
Dirección de viento
WD
61102
Velocidad Resultante
RS
61103
Dirección Resultante
RD
61104
WGUST
61105
Desv. Estándar Hz de Dirección de Viento
SDHD
61106
Desv. Estándar Vt de Dirección de Viento
SDVD
61107
Velocidad de Viento Vertical
VWS
61109
Desv. Estándar Vt de Velocidad de Viento
SDVS
61110
Desv. Estándar Hz de Velocidad de Viento
SDHS
61111
T
62101
RH
62201
Solar Rad
63301
BP
64101
Pico de Ráfaga de Viento
Temperatura exterior
Humedad Relativa
Radiación Solar
Presión Barométrica
De la información sobre la disponibilidad de datos meteorológicos presentada en la Tabla 4.2
es posible observar que los registros más antiguos con los que se cuenta corresponden al año
de 1995 para la estación 06-25-0005 para el caso de Valle Imperial, y para el caso de Mexicali
al año de 1997 en las estaciones 80-002-0010, 80-002-0012, 80-002-0013 y 80-002-0014. La
Figura 4.2.1 identifica la distribución espacial de las estaciones de monitoreo en la región de
Mexicali y Valle Imperial que fueron analizadas en este estudio.
19
Tabla 4.2.1. Disponibilidad de datos históricos del AQS-EPA para Mexicali y Valle Imperial.
Área
Código
de
estación
Sitio
Elevación
(msnm)
Imperial
6-25-0004
Suburbano
6
Imperial
6-25-0005
Suburbano
1
Imperial
6-25-0006
Rural
Imperial
6-25-0007
Imperial
Parámetros
% Total
Disponibles
RS, RD, T,
RS, RD, T, RH,
Solar Rad, BP
99.33
6
RS, RD, T
83.77
Urbano
10
T
39.68
6-25-1003
Urbano
0
RS, RD, T
92.00
Imperial
6-25-4003
Rural
0
RS, RD, T
95.01
Imperial
6-25-4004
Rural
0
RS, RD, T
95.40
Mexicali
80-002-0010
Suburbano
15
WS, RS, RD,
SDHD, T
93.02
Mexicali
80-002-0012
Urbano
14
WS, RS, RD,
SDHD, T
88.88
Mexicali
80-002-0013
Suburbano
13
WS, RS, RD,
SDHD, T
97.09
Mexicali
80-002-0014
Urbano
6
WS, RS, RD,
SDHD, T
93.92
Mexicali
80-002-0018
Suburbano
12
WS, RS, RD,
SDHD, T
76.15
20
88.27
Periodos con
Información
Desde 01/2004 al 07/2007
Desde 01/1995 al 12/2000 y 01/2002
al 12/2010
Desde 05/1996 al 03/2000 y 01/2002
al 05/2010
Desde 11/2006 al 03/2007 y 10/2009
al 09/2010
Desde 01/2004 al 12/2006 y 05/2007
al 06/2009 y 11/2009 al 12/2010
Desde 01/2004 al 06/2009 y 10/2009
al 12/2010
Desde 01/2004 al 07/2009 y 10/2009
al 12/2010
Desde 01/1997 al 03/1997 y 05/1997
al 01/1999 y 04/1999 al 03/2000 y
04/2000 al 03/2006 y 04/206 al
12/2008; para SDHD= 01/1997 al
01/1999 y 04/1999 al 03/2005 y
11/2005 al 10/2007
Desde 04/1997 al 08/2002 y 09/2002
al 01/2009; para RS=04/1997 al
08/2002 y 09/2002 al 07/2006 y
04/2008 al 12/2008; para SDHD=
04/1997 al 04/2000 y 04/2000 al
08/2001 y 10/2001 al 07/2006; para
WS= 03/1997 al 07/1997 y 07/1997
al 08/1999 a
Desde 03/1997 al 07/1999 y 10/1999
al 06/2002
Desde 05/1997 al 10/1998 y 01/1999
al 03/2004 y 07/2004 al 01/2005 y
03/2005 al 01/2009; para WS=
06/1997 al 10/1998 y 01/1999 al
03/2004 y 05/2004 al 12/2005 y
02/2005 al 04/2008
Desde 07/2005 al 07/2008 y 08/2008
al 01/2009; para RS= 04/2008 al
07/2008 y 08/2008 al 01/2009; para
RD= 07/2005 al 10/2005 para
01/2006 al 03/2006 y 04/2008 al
07/2008 y 08/2008 al 01/2009; para
SDHD= 07/2005 al 10/2005 y
01/2006 al 03/2006
Figura 4.2.1. Localización de las estaciones de monitoreo en la región fronteriza de Baja California y
California. Para la identificación de las estaciones, el primer número significa su ubicación geográfica (73
para San Diego, 25 para Valle Imperial, y 2 para Baja California) y el segundo número identifica la
estación de monitoreo en esa zona.
En las siguientes secciones presentamos los resultados de los análisis de las tendencias y
comportamientos de los contaminantes criterio y tóxicos en las regiones fronterizas de San
Diego-Tijuana y de Valle Imperial-Mexicali.
4.2.1. Análisis de Contaminantes Criterio en las Estaciones de monitoreo
Monóxido de Carbono (CO)
El CO es medido en las estaciones de monitoreo de las zonas fronterizas utilizando métodos
infrarrojos no-dispersivos desde inicios de los 90s. Los resultados del análisis de las
concentraciones históricas del Monóxido de Carbono (CO) muestran que Mexicali ha tenido
tanto las mayores concentraciones como también la mayor tendencia decreciente en
21
comparación con las ciudades de Tijuana, San Diego y del Valle Imperial (ver Figura 4.2.1). Las
concentraciones pico de CO en Mexicali alcanzaron máximos horarios de hasta 40 ppm en los
años 1998 y 1999, lo cual es comparable a las concentraciones que se observaban en la
Ciudad de México entre 1989 y 1990, es decir aproximadamente 10 años anteriores a esas
fechas (INE 2000).
Figura 4.2.1.1. Series de tiempo de las concentraciones horarias de CO para las cuatro regiones a) San
Diego, b) Tijuana, c) Valle Imperial y d) Mexicali. Las líneas negras en cada panel muestran las
concentraciones promedio mensuales de CO en las diferentes estaciones de monitoreo.
Al comparar las concentraciones promedio mensuales desde 2008 a 2010 de acuerdo a la
disponibilidad de información para las regiones de San Diego, Tijuana, Valle Imperial y
Mexicali, se aprecia en la Figura 4.2.1.2 que la estación número 3 de Tijuana (estación de la
Mesa) presentó las concentraciones más altas en este sitio con concentraciones máximas para
el año de 2003 que alcanzaron hasta 3.5 ppm aproximadamente, mientras que en los tres sitios
restantes las concentraciones promedio mensuales fueron muy semejantes entre ellas.
22
Figura 4.2.1.2. Series de tiempo de las concentraciones promedio mensuales de CO para las cuatro
regiones a) San Diego, b) Tijuana, c) Valle Imperial y d) Mexicali.
Las concentraciones promedio mensuales de CO en las cuatro regiones muestran perfiles
anuales bien definidos con máximos en las épocas de invierno. La variación anual observada
en la Figura 4.2.1.2 se debe a las variaciones anuales en las condiciones de mezclado
inducidas por los cambios radiativos que influyen a su vez en la altura de la capa de mezclado.
Sin embargo la variabilidad anual de los datos registrados en Mexicali es mucho mayor que en
las otras áreas estudiadas. Esto sugiere que, a través de los cambios inducidos en las
condiciones de mezclado, las condiciones climáticas extremas que típicamente se
experimentan en Mexicali (temperaturas muy altas durante el verano y muy bajas durante el
invierno) tienen una influencia importante en los niveles de las concentraciones de los
contaminantes atmosféricos.
Los perfiles promedio diario de CO a partir del año 2008 al 2010 de acuerdo a la disponibilidad
de datos para las regiones de San Diego, Tijuana, Valle Imperial y Mexicali se muestran en la
Figura 4.2.1.3. En lugar de utilizar la totalidad de las bases de datos para obtener los perfiles
promedio diarios de CO, se seleccionó el periodo de 2008 al 2010 para reducir la influencia de
las tendencias históricas negativas en los promedios obtenidos. Al igual que en las Figuras
4.2.1.1 y 4.2.1.2, las variaciones de las concentraciones diarias son mucho mayores en
23
Mexicali que en las otras ciudades. Es importante mencionar que el comportamiento de CO
descrito en las Figuras 4.2.1.1 y 4.2.1.3 concuerda con la magnitud de las concentraciones de
CO promedio y máximos horarios que se registraron durante Cal-Mex 2010 las cuales fueron
de 0.78 y 5.8 ppm, respectivamente. Sin embargo, las estaciones de La Mesa (estación 3) y de
Tecate (estación 17) muestran perfiles diarios distintivamente diferentes que las otras
estaciones dentro de la zona urbana de Tijuana.
Figura 4.2.1.3 Perfiles promedio diario de CO a partir del año 2008 al 2010 de acuerdo a la
disponibilidad de datos para las cuatro regiones (San Diego, Tijuana, Valle Imperial y Mexicali).
Al igual que en Mexicali, al paso de los años la tendencia tanto en las concentraciones
máximas como promedio horario ha sido negativa para todas las ciudades fronterizas
estudiadas. En el caso de Valle Imperial la tendencia a lo largo del tiempo también ha sido
negativa desde las concentraciones máximas horarias de aproximadamente 20 a 30 ppm a
principios de los 1990s. La región que ha presentado la concentración de CO más baja a lo
largo del tiempo es San Diego siendo de picos máximos de concentración horaria en los años
24
1994 a 1998 de hasta 15 ppm, pero en años recientes las concentraciones han disminuido
hasta obtener picos máximos horarios de alrededor de las 4 ppm, mientras que para la ciudad
de Tijuana las concentraciones también han ido a la baja al paso del tiempo (1996 a 2009) y los
picos de concentraciones horarias en 2009 llegan aproximadamente a 10 ppm.
Las mayores concentraciones promedio en los perfiles diarios de CO se presentaron a las
09:00 horas y las 20:00 horas en las cuatro regiones estudiadas (ver Figura 4.2.1.3). Sin
embargo, en Mexicali en donde se presentaron las mayores concentraciones promedio de CO
para la estación 14 (COBACH) con promedios de 2.5 ppm durante la noche, mientras que
durante la mañana la concentración promedio llega solamente hasta 1.5 ppm. La característica
observada con respecto a un segundo pico distintivamente alto durante las horas de la tardenoche es particularmente grande para Mexicali. Una de las razones a las que se pudieran
atribuir este comportamiento en esta región en particular puede ser al aumento en las
actividades y hábitos de circulación vehicular de los habitantes en esa ciudad durante este
periodo del día, los cuales son influenciados por las condiciones de temperatura ambiental
extremas. Aunque cualitativamente el comportamiento de las concentraciones promedio diarias
de CO es similar entre las estaciones de monitoreo en Mexicali, se observan diferencias
importantes en cuando a la magnitud de los perfiles, lo cual sugiere además la presencia de inhomogeneidades en las distribuciones espaciales de este contaminante.
Además del incremento distintivo en las actividades antropogénicas para explicar el segundo
pico de concentraciones en Mexicali, como resultado de las condiciones ambientales extremas
es posible que las condiciones meteorológicas locales tengan un papel muy importante en la
magnitud de las concentraciones de los contaminantes por la tarde-noche. Mediante
mediciones de temperatura in situ y el uso de imágenes térmicas de satélite se analizó el
comportamiento de la isla de calor urbana en Mexicali (García-Cueto et al, 2007). Los
resultados muestran el desarrollo de una isla de calor urbana nocturna con intensidad máxima
durante el otoño, pero con la presencia de una isla urbana fría durante el día en cualquier
época del año. Similarmente, por medio de un análisis espacial de las mediciones de
temperatura en mexicali con una base de datos de 2000 a 2005 se observó la presencia de una
masa de aire tibio nocturna en la atmósfera urbana, encontrándose que la diferencia máxima
entre la ciudad y sus alrededores ocurre en invierno (García-Cueto et al, 2009).
Comparando las cuatro regiones de San Diego, Tijuana, Valle Imperial y Mexicali a partir de
2008 hasta 2010 de acuerdo a la disponibilidad de información (en el lado Mexicano existen
datos de hasta 2009 y parte de 2010, mientras que las estaciones del lado americano hay
datos disponibles hasta 2010) se encontró que en una de las estaciones de Valle Imperial
(estación 1003 ubicada en el Centro de Valle Imperial) existen datos anormalmente bajos
durante el año de 2008, lo que hace pensar en la posibilidad de que en esa estación existieron
25
concentraciones por debajo de límite de detección (menores a 0.3 ppm) o bien hubo algunos
problemas con el analizador en esa estación.
Como fue descrito en las secciones anteriores, los mayores emisores de CO son las fuentes
móviles. Esto sugiere que, al igual que lo observado en otras áreas urbanas (e.g. Bishop y
Stedman, 2008), las tendencias negativas observadas en las concentraciones de CO en
Mexicali y en las otras regiones estudiadas son resultado principalmente de las mejoras
tecnológicas progresivas en las fuentes vehiculares y a la introducción masiva de convertidores
catalíticos en estas fuentes.
Dióxido de Azufre (SO2)
Desde mediados de los 90s el SO2 es medido en las estaciones de monitoreo en la zona
fronteriza utilizando métodos de fluorescencia. Los resultados del análisis de las
concentraciones históricas de SO2 muestran también una disminución progresiva en los niveles
de este contaminante (ver Figura 4.2.1.4). En particular, en el caso de Tijuana se notan
diminuciones drásticas de las concentraciones de SO2 a partir del año 2003. Es importante
hacer notar que la estación que reporta los niveles más altos de SO2 (cuyos máximos históricos
alcanzaron hasta 300 ppb), así como las reducciones más drásticas, es la estación de
monitoreo ubicada en Rosarito. Para el caso de San Diego la tendencia a lo largo de los años
1994 a 2010 ha sido de reducción en las concentraciones atmosféricas de esta especie, y en
general con niveles máximos más bajos comparados con los de Tijuana, mantenido en valores
máximos de hasta 100 ppb durante la secada de los 90s, y en años recientes (2010) sus
niveles máximos horarios han caído hasta 20 ppb.
Se seleccionó el periodo de tiempo de 2007 al 2008 (por las razones arriba señaladas con
respecto a la homogeneidad de la información en todas las regiones) para hacer un análisis de
los perfiles promedio diarios en San Diego, Tijuana, Valle Imperial y Mexicali (Ver Figura
4.2.1.5). Durante este periodo en Tijuana solo se contaron con datos de dos estaciones de
monitoreo (La Mesa y Rosarito) y sus comportamientos de concentraciones promedio horarios
fueron distintos: en la estación de La Mesa se observa un pico mayor a las 09:00 horas y otro
de menor magnitud aproximadamente a las 22:00 horas, para el caso de Rosarito se mantiene
una tendencia sin picos de concentración bien definidos durante alguna hora en particular y las
concentraciones de SO2 ahí son más bajas que las de La Mesa.
En las estaciones de monitoreo localizadas en Valle Imperial los niveles máximos horarios de
SO2 han caído de 30 ppb en los 90s hasta 10 ppb en 2009. En el caso de Mexicali, las
reducciones correspondientes fueron desde 50 ppb en los 90s hasta 20 ppb en 2009 en las
concentraciones máximas. Es importante señalar que se observaron aparentes inconsistencias
en la magnitud de los valores reportados para las concentraciones de SO2 en las estaciones de
Valle Imperial para el periodo de 2001 hasta 2006, por lo que se recomienda que las
26
autoridades encargadas de la gestión de esta información corroboren esta tendencia, al igual
que para las estaciones del lado mexicano (Tijuana y Mexicali) en donde la tendencia para el
año 2008 presenta patrones irregulares en la serie de tiempo.
Figura 4.2.1.4 Series de tiempo de las concentraciones horarias de SO 2 para las cuatro regiones a) San
Diego, b) Tijuana, c) Valle Imperial y d) Mexicali.
Durante la campaña de monitoreo Cal-Mex 2010 las concentraciones promedio horario de SO2
fueron de 0.76 ppb. Las concentraciones relativamente bajas de SO2 observadas durante CalMex 2010 corroboran la tendencia decreciente en las emisiones de este contaminante en la
zona. Sin embargo es importante mencionar que durante la campaña se llegaron a observar
concentraciones máximas de hasta 40 ppb, lo cual indica la presencia de fuentes importantes
de este contaminante. Cabe señalar que las concentraciones promedio de Tijuana con respecto
a las de San Diego son más bajas alcanzando en el caso de Tijuana 1.2 ppb de SO2, mientras
que en San Diego las concentraciones promedio llegan a ser de hasta 4 ppb de SO2 en la
estación de Otay (estación 2007) durante las 09:00 horas, indicando posiblemente el impacto
de la circulación de camiones pesados a diesel que transitan a esa hora del día por la zona.
27
Figura 4.2.1.5 Perfiles promedio diario de SO2 a partir del año 2008 al 2010 para a) San Diego, b)
Tijuana, c) Valle Imperial, y d) Mexicali.
Para el caso de Mexicali el pico de concentración promedio horario de SO2 se encontró
aproximadamente a las 20:00 horas, alcanzando niveles de 4 ppb siendo solo una estación la
que contó con información para esta especie (ver Figura 4.2.1.5). En el caso de Valle Imperial
el pico de las concentración promedio horaria de SO2 ocurre a las 10:00 horas con
concentraciones de 1.5 ppb aproximadamente e igual que en el caso de Mexicali solo una
estación ubicada en la zona fronteriza (estación 5, ubicada en la calle Ethel) fue la que contó
con registros de esta especie.
Dióxido de Nitrógeno (NO2)
El NO2 es medido en las estaciones de monitoreo de las zonas fronterizas utilizando métodos
de luminiscencia química desde inicios de los 90s. El análisis del NO2 en las cuatro regiones
estudiadas mostró concentraciones que tuvieron marcados perfiles anuales (al igual que en el
caso de las concentraciones de CO), con las mayores concentraciones en la época de invierno,
28
y con tendencias decrecientes muy pequeñas en sus concentraciones máximas (ver Figura
4.2.1.6).
En la ciudad fronteriza de San Diego las concentraciones horarias se ha mantenido en los
niveles de 80 ppb con máximos horarios de NO2 de hasta 140 ppb aunque existe une pequeña
tendencia negativa en los últimos años. Los datos obtenidos en las estaciones de monitoreo de
Tijuana muestran que las concentraciones de NO2 horarias se han mantenido en los niveles de
100 ppb y con picos de hasta de 200 a 250 ppb de corta duración, pero se observa una gran
variabilidad en cuando las concentraciones promedio mensuales entre las diferentes estaciones
en Tijuana, Tecate y Rosarito.
Figura 4.2.1.6 Series de tiempo de las concentraciones horarias de NO 2 para las cuatro regiones a) San
Diego, b) Tijuana, c) Valle Imperial y d) Mexicali. Las líneas negras en cada panel muestran las
concentraciones promedio mensuales de NO2 en las diferentes estaciones de monitoreo.
En el sistema AQS no se encuentran aún disponibles los datos de concentración de NO2 para
las estaciones de Tijuana con fechas posteriores al 2009. Durante Cal-Mex 2010 las
concentraciones máximas horarias observadas en Parque Morelos y en la Universidad
Tecnológica de Tijuana (UTT) fueron apenas superiores a los 50 ppb, lo cual sugeriría la
existencia de una disminución en las concentraciones máximas de NO2 en la zona de Tijuana
con respecto a años anteriores. En el caso de Valle Imperial las concentraciones promedio
29
horario a lo largo de los años han sido valores aproximados de 80 a 100 ppb con máximos de
hasta 200 ppb de esta especie; y en el caso de Mexicali las concentraciones promedio horario
han sido de aproximadamente 100 a 120 ppb NO2, mientras que sus máximos han alcanzado
concentraciones de 200 a 220 ppb.
Al realizar un análisis de las series de tiempo de las concentraciones promedios mensuales de
NO2 en cada uno de los sitos, se observa una tendencia negativa en las concentraciones de
NO2 en la región de San Diego, pero no en las otras regiones (ver Figura 4.2.1.7). Las
contracciones promedio mensuales de NO2 más bajos se registraron en Valle Imperial con
valores de 15 a 20 ppb. Así, la comparación entre las diferentes regiones muestra que en
general las concentraciones de NO2 tienden a ser más altas en Mexicali que en Valle Imperial y
que en la actualidad los niveles de NO2 son similares entre Tijuana y San Diego.
Figura 4.2.1.7 Series de tiempo de las concentraciones promedio mensuales de NO 2 para las cuatro
regiones a) San Diego, b) Tijuana, c) Valle Imperial y d) Mexicali.
En el caso de las estaciones de monitoreo en Tijuana, la estación número 3 (La Mesa) destaca
por sus concentraciones distintivamente altas comparada con las otras estaciones al igual que
en el caso del CO. La ubicación de la estación de La Mesa se encuentra dentro de un área con
intenso tráfico vehicular y de actividades de comercios, por lo que es posible que la presencia
cercana de emisiones por combustión de combustibles fósiles influyen en las concentraciones
observadas de CO y NO2 es esta estación (LT Consulting, 2010b).
30
La comparación de los perfiles de concentración promedio diarios para las cuatro regiones en
el periodo de 2007 a 2008 muestra que todas presentan picos a las 09:00 horas y otro
posteriormente a las 20:00 horas (ver Figura 4.2.1.8). Mexicali presentó picos de concentración
más grandes con respecto a Valle Imperial tanto en la mañana como en la noche. Además, el
pico de concentración de las 20:00 horas en Mexicali es mayor que el de la mañana, cuando
las concentraciones promedio alcanzan los 40 ppb, mientras que el pico de la mañana llega a
las 35 ppb. El hecho de que el segundo pico vespertino de concentración promedio diaria sea
mayor que el primer pico matutino que tanto para CO como para NO2 en la ciudad de Mexicali
sugiere que por la tarde-noche existen emisiones importantes por combustión de combustibles
fósiles en esa zona, además de la probable presencia de capas de mezclado relativamente
bajas inducidas por las condiciones extremas de temperatura.
Figura 4.2.1.8. Perfiles promedio diario de NO2 a partir del año 2007 al 2008 para a) San Diego, b)
En la región de Valle Imperial las concentraciones promedio de esta especie durante la mañana
son similares a la de la noche, con concentraciones de aproximadamente 25 ppb de NO 2. Por
su parte, tanto Tijuana como San Diego presentaron la misma tendencia tanto en las horas en
que se presentan mayores concentraciones de NO2, así como, a la hora en la que se presenta
en mayor pico de NO2, el cual fue durante la mañana (09:00 horas) con concentraciones
alrededor de las 30 ppb.
31
Ozono (O3)
Las concentraciones de ozono en las estaciones de monitoreo en las zonas fronterizas desde
los 90s se han obtenido utilizando métodos de medición con luz ultravioleta. El análisis de las
concentraciones de ozono se realizó con los datos promedio horarios disponibles desde el año
1994 hasta 2010. Los resultados muestran que no ha habido una disminución gradual aparente
de los niveles de concentración promedio mensual de ozono a lo largo de los años que se
tienen registros (Ver Figura 4.2.1.9). Para el cálculo de los promedios mensuales de ozono, se
filtraron las influencias de las concentraciones nocturnas al considerar únicamente el periodo
diurno (6 AM a 6 PM, hora local) en las estimaciones. Las concentraciones promedio
mensuales de ozono entre las cuatro regiones estudiadas muestran niveles similares entre los
pares de las ciudades fronterizas hermanas con ciclos anuales bien definidos y con las
mayores concentraciones durante el verano.
Figura 4.2.1.9. Series de tiempo de las concentraciones horarias de ozono para las cuatro regiones a)
San Diego, b) Tijuana, c) Valle Imperial y d) Mexicali. Las líneas negras en cada panel muestran las
concentraciones promedio mensuales utilizando solo periodos diurnos (6 AM a 6 PM, hora local).
Los resultados de los análisis de las tendencias históricas de las concentraciones de ozono
indican que aunque no se observaron tendencias negativas significativas en las
concentraciones promedio mensuales, sí se detectó la presencia de una tendencia negativa en
32
las concentraciones máximas de ozono en algunas de las regiones estudiadas (ver Figura
4.2.1.10). El análisis de los máximos mensuales de las concentraciones de ozono en cada
estación muestra una disminución en los eventos máximos a través de los años desde 1994
hasta 2010 en Mexicali y Valle Imperial. En el caso de Tijuana y de San Diego no se observa
sin embargo una disminución clara en los eventos máximos mensuales de ozono, manteniendo
concentraciones niveles máximos de hasta de 100 ppb en ambos casos. Estos resultados
contrastan con las reducciones correspondientes observadas y descritas anteriormente para los
contaminantes CO y NO2 en las zonas fronterizas.
Figura 4.2.1.10. Series de tiempo de concentraciones máximas mensuales de ozono en a) San Diego,
b) Tijuana, c) Valle Imperial y d) Mexicali
Los perfiles de concentración promedio diarios de ozono muestran que el pico de máxima
concentración para San Diego, Tijuana, Valle Imperial y Mexicali ocurre entre las 14:00 y 15:00
horas (ver Figura 4.2.1.11). Las concentraciones promedio diarias en Valle Imperial y Mexicali
muestran valores muy similares entre sí, del orden de 50 ppb. El análisis de los datos históricos
indica que las concentraciones promedio diarias máximas llegan a niveles de aproximadamente
40 ppb tanto en San Diego. En el caso de las concentraciones en Tijuana se observan mayores
concentraciones promedio diarias en la estación de Tecate que en las estaciones dentro de la
zona urbana. Durante la campaña Cal-Mex 2010 las concentraciones promedio horarias
33
observadas en Parque Morelos y en la Universidad Tecnológica de Tijuana (UTT) de alrededor
de 25 ppb, similares a las concentraciones promedio en La Mesa.
Figura 4.2.1.11. Perfiles promedio diario de ozono a partir del año 2008 al 2010 para a) San Diego, b)
En el sistema AQS no se encuentran aún disponibles los datos de concentración de ozono para
las estaciones de Tijuana con fechas posteriores al 2009. Durante Cal-Mex 2010 las
concentraciones máximas horarias observadas en Parque Morelos y en la Universidad
Tecnológica de Tijuana (UTT) fueron de 67 ppb y 88 ppb, respectivamente. Durante la
campaña se identificó también que existe un transporte en general de la zona centro y este de
San Diego hacia la zona urbana de Tijuana para continuar hacia la zona de la UTT en el estesureste de la región de estudio. Los datos indican que la “penetración” de la pluma de ozono
fue todavía más allá de la UTT observándose en forma recurrente niveles altos en Valle de las
Palmas y Tecate. Como consecuencia, se detectó un envejecimiento parcial de las parcelas de
aire en esa trayectoria de vientos asociado a este transporte.
Partículas Suspendidas Totales (PST)
Existen algunos registros limitados de concentraciones de PST en las zonas fronterizas de San
Diego, Tijuana, y Mexicali entre de 1994 y 1996, sin embargo se dejaron reportar a partir de
1996 en el caso de San Diego y para el caso de Tijuana y Mexicali se reportan hasta 2001 en el
34
sistema de AQS (ver Figura 4.2.1.12). Las concentraciones reportadas de PST representan
promedios diarios en condiciones de temperatura y presión estándar obtenidas con medidores
de alto volumen y métodos gravimétricos.
Los tres sitios en la región fronteriza de San Diego con datos en el año de 1994 muestran
concentraciones promedio diarias mucho menores que las correspondientes en las estaciones
en Tijuana. Sin embargo, las concentraciones promedio diarias de PST en Tijuana presentan
una variabilidad considerable entre las diferentes estaciones de monitoreo durante todos los
periodos con observaciones disponibles. Similarmente, en la ciudad de Mexicali las
concentraciones promedio diario de PST muestran una gran variabilidad espacial, con algunos
sitios alcanzando valores de hasta 1400 µg/m3 en el año 2001. Estos valores son mucho más
altos que los observados en la Ciudad de México y otras áreas metropolitanas del país al
principio de la pasada década (INE, 2000).
Figura 4.2.1.12. Series de tiempo para PST en a) San Diego, b) Tijuana, y c) Mexicali, reportadas a
condiciones de temperatura y presión estándar.
La variabilidad espacial de las concentraciones diarias de PST es un indicativo a su vez de la
heterogeneidad espacial de las fuentes de emisión que impactan las estaciones de monitoreo.
El sitio de monitoreo número 15 de la ciudad de Mexicali se encuentra localizado en al oeste de
35
la periferia de la ciudad, alejada de la zona urbana. Los escasos periodos con información
disponible de concentraciones promedio diarios de partículas suspendidas totales no permiten
identificar tendencias de largo plazo de este contaminante. Cabe mencionar que la norma
ambiental para las concentraciones de PST es de 210 µg/m3 en un periodo de 24 horas en
México con una frecuencia máxima aceptable de 1 vez al año, mientras que las
concentraciones mostradas en la Figura 4.2.1.12 para varias estaciones rebasan este valor.
Por lo tanto, es recomendable la continuación de las mediciones de PST en las estaciones de
monitoreo en las ciudades fronterizas.
Plomo en Partículas Suspendidas Totales (Pb)
Los datos del AQS muestran el contenido de plomo promedio diario en PST en registros
continuos desde 1994 hasta 2010 para una estación del Valle Imperial y por periodos más
cortos en estaciones de las otras zonas fronterizas (Ver Figura 4.2.2.1). Las mediciones de las
concentraciones promedio diarias de contenido de plomo en PST en las zonas fronterizas
fueron obtenidas utilizando instrumentos de bajo volumen y utilizando filtros de teflón.
Figura 4.2.1.13. Series de tiempo para Plomo en PST Totales en a) San Diego b) Tijuana c) Valle
Imperial y d) Mexicali, reportadas a condiciones de temperatura y presión estándar (TPS)
36
Las concentraciones promedio diarias en Tijuana tienen una alta variabilidad entre los
diferentes sitios de monitoreo. En general las concentraciones promedio diarias en Tijuana son
sustancialmente mayores que las registradas en las otras 3 regiones, sin embargo,
comparando las concentraciones máximas en este lugar, estas tuvieron su máximo entre los
años 1999 y 2000 alcanzando concentraciones de hasta 0.6 µg/m3 para posteriormente
disminuir al transcurso de los años hasta 2010. En el caso de San Diego, Imperial y Mexicali las
concentraciones son aun menores y sin una tendencia clara de aumentar o disminuir a lo largo
del tiempo. En todo caso, los valores observados no rebasan la norma de contenido de plomo
de 1.5 µg/m3 para en México, aunque son semejantes a los valores observados en la Ciudad
de México al inicio de la década pasada y mucho menores a los valores registrados en la
misma ciudad al inicio de los 80’s con concentraciones promedio de 2 hasta 6 µg/m3 promedios
trimestrales (INE, 2000). Debido a la remoción del contenido de plomo en las gasolinas en
nuestro país, no se espera que los niveles de concentración de plomo en partículas aumente
consistentemente en el futuro.
Partículas Menores a 10 micras (PM10)
Los registro de las concentraciones históricas de PM10 disponibles en el sistema AQS fueron
obtenidos utilizando instrumentos de medición de alto volumen y analizadas con técnicas
gravimétricas desde 1994 hasta el 2010 para múltiples sitios de monitoreo en las zonas
fronterizas (ver Figura 4.2.1.14). La mayoría de los datos se encuentran en resolución temporal
de promedio diarios obtenidos con métodos gravimétricos, pero en algunas estaciones y por
periodos cortos se cuenta con información de concentraciones promedio horarias obtenidas
con múltiples métodos.
De los registros obtenidos de PM10 en las cuatro regiones fronterizas estudiadas, en Mexicali
se presentaron los valores más altos de PM10 con concentraciones promedio diarias
frecuentes desde 400 a 600 µg/m3 aproximadamente, seguido por Valle Imperial y Tijuana con
concentraciones promedio diarias alrededor de 200 µg/m3 y finalmente San Diego presentando
concentraciones promedio diarias de hasta 100 y 150 µg/m3. Durante la campaña de Cal-Mex
2010 se obtuvieron concentraciones promedio diarios de PM10 en el rango de 20 a 60 µg/m3en
los diferentes sitios de muestreo.
Cabe mencionar que de acuerdo a la norma ambiental en México el percentil 98 de los
promedios de 24 horas que no debe de rebasar 120 µg/m³ y el promedio aritmético anual no
debe rebasar 50 µg/m³ para PM10. Se puede observar como estos valores son cotidianamente
rebasados en la ciudad fronteriza de Mexicali y en algunas ocasiones en la región del Valle
Imperial. Además, las observaciones de las concentraciones promedio de PM10 en Mexicali
muestran una gran variabilidad espacial en comparación con las mediciones en Valle Imperial
(aun para las concentraciones de promedios horarios), lo cual es significativo dada la cercanía
37
entre las dos regiones. Las concentraciones obtenidas en las estaciones en Tijuana, Rosarito y
Tecate se muestran mayores que las correspondientes en la región fronteriza de San Diego.
Figura 4.2.1.14. Series de tiempo para PM10 medidas en intervalos de 5 días (representadas por “+”) y
medidas cada hora (representadas por “‫ )”סּ‬en las regiones de a) San Diego, b) Tijuana, c) Valle Imperial,
y d) Mexicali, reportadas a condiciones de temperatura y presión estándar (TPS).
En Tijuana, Mexicali, y Valle Imperial existieron mediciones horarias para PM10 totales
(representadas en la Figura 4.2.1.14 con los símbolos “‫ )”סּ‬durante algunos periodos donde se
observa claramente el aumento en la concentración de PM10 hasta valores que llegan a
duplicar y triplicar el valor promedio, al tener una resolución horaria en comparación con los
promedios de PM10 reportados cada 5 días de medición aproximadamente (representadas en
la Figura 4.2.1.14 con los símbolos “+”). Con esto se demuestra la importancia de contar con
mediciones con mayor resolución temporal que permitan identificar las fuentes de estos
eventos extraordinarios de PM10.
Partículas Menores a 2.5 micras (PM2.5)
Solo se encontraron registros de PM2.5 en el sistema de AQS en estaciones de San Diego y
Valle Imperial con mediciones continuas desde 1999 hasta el 2010 obtenidas con múltiples
38
métodos, incluyendo equipos Andersen con impactadores de 2.5 micrómetros, Tappered
Electron Oscillating Microbalance (TEOM), y Beta Attenuatiuon Monitors (BAM).
Las concentraciones de PM2.5 pueden llegar a ser muy similares en la región fronteriza de San
Diego y Valle Imperial, con valores que oscilan entre las 30 a 70 µg/m3 (Figura 4.2.1.15). Sin
embargo en la región fronteriza de San Diego existen un número mayor de estaciones que
mantienen registros para este contaminante. Dentro de la misma región de San Diego existen
concentraciones máximas que alcanzaron hasta las 250 µg/m3, mientras que para la zona de
Valle Imperial los máximos alcanzaron picos de 100 µg/m3 durante algunas fechas a lo largo de
los años 1999 hasta 2010.
Figura 4.2.1.15. Series de tiempo para PM2.5 en a) San Diego y b) Valle Imperial reportadas a
condiciones locales. Series de tiempo para PM2.5 medidas en intervalos de 5 días (representadas por
“+”) y medidas cada hora (representadas por “ ‫)”סּ‬.
39
En la zona de San Diego se observa una tendencia de disminución gradual de PM2.5 para
2010 en cuanto a eventos máximos, mientras que para Valle Imperial esta tendencia de
disminución en eventos extremos es menos clara. Al igual que en el caso anterior de PM10, en
San Diego han existido muestreos horarios de PM2.5 (representadas por “‫ )”סּ‬a finales de 2008
y hasta 2010 observando que una mayor resolución en el tiempo de muestreo permite observar
eventos extremos en las concentraciones de PM2.5, mientras que para Valle Imperial no hay
registros con resolución de este tipo. Cabe mencionar que la norma oficial Mexicana para los
niveles de concentración ambiental de PM2.5 es de 65 µg/m3 promedio de 24 horas.
Durante Cal-Mex 2010 se obtuvieron datos simultáneos de concentración de PM2.5 y PM10 en
los sitios de Parque Morelos, Metales y Derivados y Valle de las Palmas. Los resultados
muestran que PM2.5 representa una fracción pequeña de PM10. En general, PM10 se puede
asociar a partículas de origen geológico (formadas por mecanismos físicos), mientras que las
partículas más pequeñas se asocian a procesos de combustión y de condensación de
compuestos secundarios. Estos resultados sugieren que la fracción geológica en la zona
fronteriza es relativamente alta.
4.2.2. Análisis de Contaminantes HAPs
Análisis de HAPs en Partículas
Se analizó el comportamiento de las concentraciones históricas de compuestos tóxicos o HAPs
(por las siglas de “Hazardous Air Pollutants”) en el material particulado en las zonas fronterizas
obtenidas mediante múltiples métodos, incluyendo mediciones con equipos de alto y bajo
volumen con filtros de teflón, y analizados por absorción atómica y por cromatografía iónica, y
que fueron registradas en el sistema de AQS. Las figuras asociadas a los análisis de estos
contaminantes se presentan en el Apéndice anexado a este documento.
Es importante mencionar que como parte de los acuerdos entre México y los Estados Unidos
para la zona fronteriza entre California y Baja California, desde mediados de la década de los
90s la Agencia para la Protección de la Ambiente de los Estados Unidos (US-EPA) realiza
operaciones de apoyo en las redes locales de monitoreo atmosférico en las ciudades de
Tijuana y Mexicali, aunque en años recientes mediante programas de capacitación y apoyo
paulatinamente se han transferido más de estas actividades a las autoridades ambientales
locales Mexicanas (US-EPA 2007). Gracias a estos acuerdos ha sido posible realizar
monitoreos de compuestos tóxicos HAPs en algunos sitios dentro las ciudades de Tijuana y
Mexicali mediante la utilización de filtros en equipos de alto y bajo volumen, canisters
presurizados, y cartuchos los cuales son trasladados para el análisis de su composición
química en los Estados Unidos, siguiendo los mismos procedimientos metodológicos y de
análisis de la US-EPA que se utilizan para analizar las muestras correspondientes en las
estaciones de monitoreo localizadas en las regiones fronterizas de San Diego y Valle Imperial.
40
Los datos obtenidos de esta forma en el lado Mexicano son incluidos también dentro del
sistema de AQS.
Se obtuvieron las concentraciones de Mercurio, Níquel, Manganeso, Plomo, Cromo, Arsénico
en PM2.5 en San Diego y Valle Imperial a partir de 2002 hasta 2010 (ver Figuras A.4.2.2.1 y
A.4.2.2.2). La gran mayoría de estos componentes en PM2.5 se encontraron dentro del límite
de detección instrumental (0.002, 0.002, 0.002, 0.002, 0.02 µg/m3 respectivamente). Las
máximos concentraciones registradas para estos componentes fueron de 0.01, 0.07, 0.04, 0.18,
y 0.025 µg/m3, respectivamente.
Se observó que las concentraciones de plomo y cromo fueron mayores en las dos estaciones
ubicadas en la región fronteriza de San Diego con respecto a las concentraciones registradas
en la estación de Mexicali. Cabe mencionar que solo se encontraron registros de las
concentraciones de Cadmio para la estación número 3 de San Diego, siendo la mayoría de sus
concentraciones menores a 0.01 µg/m3 y las máximas fueron de 0.35 µg/m3 en el año de 2004.
Se obtuvieron registros para las concentraciones de Mercurio en PM10 en las estaciones
número 4, 5 y 1003 de Valle Imperial desde los años 1995 hasta mediados del año 2000 (ver
Figura A.4.2.2.3). Las concentraciones de Mercurio en PM10 estuvieron dentro de sus límites
instrumentales de 0.001 µg/m3. El Níquel presentó también concentraciones mínimas menores
de 0.012 µg/m3 y el Manganeso presentó concentraciones menores a 0.1 µg/m3. El Plomo
presentó concentraciones menores a 0.1 µg/m3 aunque sus máximos registrados llegaron a 0.3
µg/m3 en el año de 1995. Las concentraciones de Cromo fueron del orden de 0.01 µg/m3 y en
el caso del Arsénico sus concentraciones fueron menores a 0.008 µg/m3.
Las mediciones de componentes inorgánicos en PST se registraron a partir de 1995 hasta 2003
en las regiones de San Diego, Tijuana, Mexicali y Valle Imperial. Es importante señalar que la
única estación con información en Tijuana corresponde a la estación de Rosarito (Ver Figura
A.4.2.2.4). En términos generales se observaron concentraciones substancialmente menores
de Fósforo en la región de San Diego en comparación con las otras tres regiones cuyas
concentraciones máximas fueron hasta de 0.3 µg/m3. En el caso de Mercurio en PST las
concentraciones en las cuatro regiones se mantuvieron en su mayoría dentro del límite de
detección instrumental (0.002 µg/m3), sin embargo en la estación de San Diego los registros de
Mercurio existen desde los años 1994 hasta 2003, mientras que para las otras tres regiones el
monitoreo se llevó a cabo desde 1996 hasta 2003 (ver Figura A.4.2.2.5).
Los registros de Níquel en las cuatro regiones ha mantenido concentraciones significativamente
mayores a sus análogas en la estación de Rosarito (Tijuana) con valores máximos de 0.2
µg/m3, mientras que para las tres regiones restantes los niveles fueron menores
manteniéndose en el rango de 0.01 µg/m3. (Ver Figura A.4.2.2.6). El Manganeso en las cuatro
regiones se mantuvo en niveles menores a 0.07 µg/m3 en San Diego pero en Rosarito los
41
niveles alcanzaron máximos de 0.3 µg/m3 mientras que Mexicali y Calexico se mantuvieron en
niveles menores a 0.15 µg/m3. El número de estaciones que registraron estos valores fue de 2
en San Diego y 1 en Valle Imperial, 1 Rosarito (Tijuana) y 1 Mexicali. (Ver Figura A.4.2.2.7).
Los registros en San Diego y Valle Imperial se tienen para los años de 1994 a 2010 con una
interrupción en la información para el año 2004 a 2007.
Las concentraciones de cromo VI se mantuvieron debajo del límite inferior de 0.1 µg/m3 y el
cobalto presentó igualmente concentraciones muy bajas cercanas al límite de detección
instrumental. Las concentraciones de cromo son mayores sustancialmente en Rosarito que en
los otros tres sitios (Ver Figura A.4.2.2.8). Para el caso del Cadmio no hay mediciones
recientes, aquellas registradas datan de los años 1994 y concluyen en el año 2000,
observándose mayores niveles en Tijuana incluyendo Rosarito (Ver Figura A.4.2.2.9). Las
concentraciones de Arsénico mantienen tendencias que se encuentran debajo del límite de
detección por debajo de 0.01 ug/m3. El antimonio tiene concentraciones que van por debajo de
0.04 µg/m3.
La mayoría de las concentraciones registradas de HAPs en partículas presentaron
concentraciones cercanas a los límites de detección. Sin embargo, resulta evidente también
que la información es muy limitada, que necesita actualizarse, y que es necesaria la medición
de estos componentes dentro de las zonas urbanas de Tijuana y Mexicali.
Durante Cal-Mex 2010 se analizó la composición química de las partículas con microscopia
electrónica. En la estación de Parque Morelos se observó una mayor influencia de partículas
ricas en carbono, que de acuerdo a su morfología estas podrían generarse de la quema de
biomasa (Pastizal), ya que se encuentran asociadas a elementos como el K, Na, Si, Fe y Cl.
Por otra parte, en la estación de Metales y Derivados se observó una gran contribución de
partículas de óxido de silicio de morfología esferoidal, las cuales pueden generarse de
procesos de alta temperatura provenientes de fuentes industriales. Así mismo se observaron
partículas de óxido de plomo de morfología irregular provenientes de fuentes antropogénicas.
Análisis de HAPs en Fase Gaseosa
Se analizó el comportamiento de las concentraciones históricas componentes HAPs en fase
gaseosa en las zonas fronterizas obtenidas mediante múltiples métodos, incluyendo
mediciones con canisters presurizados de 6 litros y cartuchos con silica y analizados con
cromatografía ligera de alto desempeño (HPLC) registradas en el sistema de AQS. La mayoría
de los registros de compuestos HAPs en fase gaseosa registrados en el sistema AQS se
encuentran dispersos en periodos con diversa duración entre 1994 y 2010. Al igual que para los
componentes HAPs en partículas, algunas de las figuras referidas en esta sección se muestran
en el Apéndice anexado a este documento.
42
Las concentraciones registradas de estireno se encuentran en periodos regulares para las
cuatro regiones desde 1994 hasta 2010 encontrando concentraciones más altas en la región de
Mexicali con niveles que van hasta los 25 ppb mientras que para las otras tres regiones
restantes los niveles no mayores a las 10 ppb (ver Figura 4.2.3.1). Es importante señalar que
aunque la región con una mayor cobertura en el número de estaciones fue San Diego, la
variación observada entre estos sitios de monitoreo es menor que la variación de estireno
observada en la única estación de monitoreo con registros en Mexicali.
Figura 4.2.3.1 Concentraciones promedio de 24 horas de estireno obtenidas en estaciones de monitoreo
localizadas en a) San Diego, b) Tijuana (Rosarito), c) Valle Imperial, y d) Mexicali.
Durante Cal-Mex 2010 las concentraciones promedio diario de estireno fueron de 4.78, 4.92, y
5.29 para los sitios de Parque Morelos; Metales y Derivados, y CECyTE, respectivamente.
Estas concentraciones se encuentran dentro del rango de los niveles registrados en Rosarito.
El clorobenceno se registró solamente en San Diego en niveles de 0.4 ppbc para años
anteriores a 2004 y otro periodo de mediciones en 2007 Por otro lado, mientras que para el
1,2,4, Triclorobenceno solo se encontraron registros entre 2007 y 2009 en San Diego con
concentraciones menores a 1 ppb así como concentraciones de 1,4 Diclorobenceno las cuales
se mantuvieron siempre menores a 1 ppb al igual que en Rosarito (Tijuana), en la única
estación que monitoreo este compuesto de Mexicali en años anteriores a 2004 hubo
concentraciones por niveles de 20 ppb. (Ver Figura A.4.2.3.1). Esto sugiere que las emisiones
43
de compuestos aromáticos en Mexicali son particularmente altas en comparación con las otras
zonas fronterizas.
Otro compuesto aromático importante que se analizó fue el o-Xileno, para el cual se obtuvieron
los registros en las cuatro regiones fronterizas desde 1994 al 2010. Cabe señalar que para los
compuestos meta y para Xilenos solo se encontraron registros de monitoreo en San Diego para
algunas estaciones. Para el p-Xileno se detectaron concentración menores a 6 ppb para un
único breve periodo de medicines para el primer semestre de 2007, mientras que del m-Xileno
las concentraciones fueron menores a 15 ppb para el mismo periodo y mismas estaciones.
Con respecto al o-Xileno las concentraciones en Mexicali son las más altas registradas para los
cuatro sitios fronterizos siendo sus concentraciones del orden de las 60 ppbc para la única
estación que hubo registros (ver Figura 4.2.3.2), indicando de nuevo la presencia de
importantes fuentes emisoras con alto contenido de compuestos aromáticos. Aunque los
compuestos xilenos pueden también provenir de la combustión de combustibles fósiles, una
fracción importante puede ser emitida directamente de actividades que involucran el uso de
solventes y desengrasantes.
Figura 4.2.3.2 Concentraciones promedio de 24 horas de o-xileno obtenidas en estaciones de monitoreo
44
Se obtuvieron registros de las concentraciones históricas de Tolueno y Benceno para las cuatro
regiones fronterizas, los cuales mostraron también ciclos anuales bien definidos con las
máximas concentraciones durante la temporada invernal (ver Figuras 4.2.3.3 y 4.2.3.4). La
estación de monitoreo en Mexicali presento las concentraciones más altas en niveles cercanos
a las 250 ppbc para tolueno mientras que las otras 3 regiones mantuvieron concentraciones
oscilando entre los 20 y 40 ppbc. En el caso de Benceno también las concentraciones más
altas de benceno se registraron en Mexicali llegando hasta 90 ppbc mientras que San Diego y
Rosarito sus niveles fueron de aproximadamente 15 ppbc. Para ambos compuestos no se
observa una tendencia de incremento o decremento de concentraciones a lo largo del tiempo.
Figura 4.2.3.3 Concentraciones promedio de 24 horas de Tolueno obtenidas en estaciones de monitoreo
Las concentraciones de o-xilenos en San Diego, Rosarito Tijuana y Valle Imperial fueron
menores que en Mexicali con valores por debajo de los 12 ppbc excepto para la región de Valle
Imperial en donde la tendencia que muestran los datos observados disminuyen con el tiempo
hasta el año 2010. Es importante hacer notar que esta reducción de o-xylenos, no es muy clara
en los registros de la estación de monitoreo en Mexicali, aunque es posible que esto se deba a
la insuficiencia del número de muestras. Las concentraciones de estos compuestos exhiben un
ciclo anual bien definido, con las concentraciones máximas observadas en la temporada
invernal
45
Al igual que otros compuestos aromáticos, las concentraciones de etilbenceno fueron también
más altas (de 5 a 10 veces) en la región de Valle Imperial y Mexicali que con respecto a San
Diego y Tijuana. En estas dos últimas regiones las concentraciones de etilbenceno se
mantuvieron por debajo de su límite de detección aunque se llegaron a observar picos en la
temporada invernal hasta de 50 ppbc (ver Figura A.4.2.3.2). Además de ser un producto de la
combustión de combustibles fósiles, el etilbenceno también se usa para fabricar el estireno, y
por la polimerización de éste se obtiene el poliestireno, que sirve en la fabricación de resinas,
plásticos y hules.
Figura 4.2.3.4 Concentraciones promedio de 24 horas de Benceno obtenidas en estaciones de
monitoreo localizadas en a) San Diego, b) Tijuana (Rosarito), c) Valle Imperial, y d) Mexicali.
Con respecto a los compuestos orgánicos volátiles medidos durante Cal-Mex 2010 en los sitios
de monitoreo de Metales y Derivados, Parque Morelos y CECyTE, el compuesto aromático de
mayor concentración observada fue el Tolueno. Los datos sugieren que la fuente principal de
los BTEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos) analizados es vehicular, pero existe
también un componente de otras fuentes, presumiblemente fuentes industriales. Los niveles de
concentraciones de Benceno fueron relativamente bajos comparados con los niveles
observados en la Figura 4.2.3.4, con la diferencia que la estación de monitoreo referida es la de
Rosarito.
Las razones de Benceno/Tolueno estimadas utilizando las concentraciones promedio diarias
históricas de estos contaminantes para las regiones fronterizas de San Diego, Rosarito
46
(Tijuana), Valle Imperial, y Mexicali son de 0.35  0.18, 0.36  0.30, 0.37  0.16, y 0.33  0.09,
respectivamente. Estos valores son muy similares a los observados en los diferentes sitios de
muestreo durante Cal-Mex 2010 de aproximadamente 3.2 lo cual indica la influencia de
emisiones de compuestos aromáticos por fuentes cercanas al sitio de muestreo.
Los resultados muestran que muchos compuestos HAPs gaseosos se encuentran en nivels
bajos de concentración promedio. Por ejemplo, los cis y trans 1, 3 Dicloropronpeno mostraron
concentraciones menores al límite de detección de aproximadamente 0.2 ppb, el tricloroetileno
para Mexicali presentó algunos eventos aislados de hasta 16 ppbc mientras que para los
demás sitios se mantuvo por niveles menores a los 2 ppbc (ver Figura A.4.2.3.3) mientras que
el bromometano mostró concentraciones menores a 0.3 ppb para las cuatro regiones
fronterizas.
A diferencia de los aromáticos anteriormente descritos, el tetracloroetileno se mantiene en
concentraciones relativamente homogéneas en las cuatro regiones con niveles por debajo de
las 2 ppbc. Las concentraciones de tetracloroetileno en San Diego para los años 90’s fueron
más altas (aproximadamente 2 ppbc) sin embargo se observa que a principio del año 2000 las
concentraciones disminuyeron por debajo de 1 ppbc. Las concentraciones de Metilcloroformo
presentan también una disminución significativa a partir del 2000 observando concentraciones
muy semejantes entre las cuatro regiones del orden de menos de 1 ppbc (ver Figura A.4.2.3.5).
Las concentraciones de Acetaldehído muestran los valores más altos en la región fronteriza de
Mexicali y Valle Imperial con niveles promedio de 6 ppb y máximos de hasta de 16 ppb
mientras que para San Diego y Rosarito el promedio de las concentraciones son de
aproximadamente 2.5 ppb y sus máximos llegaron hasta los 7 ppb para ambos sitios, indicando
una gran variabilidad en las concentraciones de este contaminante (ver Figura 4.2.3.5). No se
observan tendencias claras de disminución o aumento en los niveles de concentración de
Acetaldehído a lo largo de los años. Aunque el sitio de monitoreo en Tijuana corresponde en
realizad a la estación de monitoreo de Rosarito, es importante hacer notar que durante Cal-Mex
2010 se obtuvieron mediciones de Acetaldehído en el sitio de Parque Morelos con valores
promedio de 1.7 ppb y con concentraciones máximas registradas de hasta 8.4 ppb.
47
Figura 4.2.3.5 Concentraciones promedio de 24 horas de Acetaldehído obtenidas en estaciones de
Las concentraciones de Formaldehído se mantuvieron cercanos a los niveles de 6 ppbc para
las estaciones de monitoreo en las zonas fronterizas de San Diego, Rosarito y Valle Imperial,
mientras que para la estación de monitoreo en Mexicali sus niveles fueron mayores llegando
hasta los 10 a 12 ppb la mayor parte de las observaciones (ver Figura 4.2.3.6). Es importante
hacer notar que de que en este último sitio existen registros para los años 1998 a 2001 y de
2004 a 2010 mientras que para los otros tres sitios los registros son más abundantes a través
del tiempo. Por otro lado, los niveles concentración de MTBE se registraron en los cuatro sitios
fronterizos desde los años de 1998 hasta finales de 2003, y de estas distribuciones de
concentración se observa que en Rosarito las concentraciones fueron menores que en San
Diego, Mexicali y Valle Imperial muy probablemente por la disminución en el parque vehicular
que circula en la región de Rosarito (ver Figura A.4.2.3.8).
Se observó que para el caso del Butadieno se registraron disminuciones en las
concentraciones máximas o picos en años recientes en las zonas fronterizas, aunque las
concentraciones promedio (de aproximadamente 3 ppbc) se han mantenido sin tendencia
alguna excepto la del ciclo anual pues las máximas concentraciones se presentan también
durante la temporada de invierno (ver Figura A.4.2.3.9). Sin embargo los picos de
concentración de Butadieno ocurren en niveles más altos en la zona de Mexicali y Valle
Imperial llegando a alcanzar hasta los 12 y 20 ppbc, respectivamente. En el caso del Disulfuro
de carbono se obtuvieron registros de las mediciones para el periodo de 2002 al 2006 para
48
todas las regiones fronterizas. Las concentraciones promedio de Disulfuro de Carbono en San
Diego y Valle Imperial para todos los sitos de monitoreo se mantienen en niveles de
aproximadamente 2 ppb (ver Figura A.4.2.3.10). Es importante señalar que en el caso de San
Diego se observan ciclos de este compuesto que aumentan a mitad de cada año.
Figura 4.2.3.6 Concentraciones promedio de 24 horas de formaldehido obtenidas en estaciones de
El tetra cloruro de carbono presentó una tendencia similar en las cuatro regiones fronterizas
aunque existen periodos sin información en las mediciones para los años de 2004 a 2007. A
pesar de esto es posible observar en los todas las regiones fronterizas tendencias de
disminución en años recientes (ver Figura A.4.2.3.6). Igualmente, las concentraciones de
cloroformo y diclorometano para todos los sitios estudiados fueron menores a 0.1 y 0.5 ppb,
respectivamente. Por otro lado, existen registros de las concentraciones observadas de
Acetonitrilo en las cuatro regiones fronterizas a partir de 2004 y hasta 2010. En San Diego se
llegaron a registrar concentraciones máximas de Acetonitrilo arriba de 10 ppb (ver Figura
A.4.2.3.7). Las concentraciones de Acroleína fueron menores a 5 ppb de en los sitios de
monitoreo de la región fronteriza, aunque llegaron a registrarse algunos picos para San Diego y
Rosarito de hasta 20 ppbc.
49
4.3.
Emisiones en la ciudades fronterizas de Tijuana y Mexicali
Existen una serie de inventarios de emisiones en la región fronteriza los cuales incluyen la
estimación de las emisiones de diversos contaminantes atmosféricos de varios tipos de
fuentes. Por ejemplo, el Instituto Nacional de Ecología (INE), con el apoyo de la Agencia de
Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y la Western Governors’ Asociación (WGA),
inició en 1995 el “Proyecto de Inventario de Emisiones para México”. Posteriormente se unieron
a este proyecto la Comisión para la Cooperación Ambiental (CCA) y la Subsecretaría de
Gestión para la Protección Ambiental de SEMARNAT. Como resultado de este proceso se
publicó en 2005 el inventario de emisiones de los estados de la frontera norte y en 2006 el
Inventario Nacional de Emisiones de México, INEM-1999 (SEMARNAT-INE, 2005, 2006). Estos
inventarios incluyen las emisiones de los contaminantes: NOx, SO2, PM10, PM2.5, COV y NH3
provenientes de fuentes fijas, móviles, naturales y de área e incluyen la estimación de estas
emisiones para el estado de Baja California, México.
Para los municipios Tijuana y Rosarito también se han realizado esfuerzos para estimar las
emisiones en esta región fronteriza. En el año 2000 se publicó el “Programa para mejorar la
calidad del aire Tijuana-Rosarito 2000-2005” o PROAIRE (Gobierno del Estado de Baja
California, 2000). Como parte de los insumos para la elaboración de este programa de calidad
del aire, se utilizó un inventario de emisiones con año base 1998 que incluía emisiones anuales
de NOX, SO2, gases orgánicos totales (GOT), CO y PM10. Recientemente ha sido publicado el
inventario de emisiones de Tijuana y Rosarito para el año base de 2005 (LT Consulting,
2010a). Las fuentes de emisión que integran el nuevo inventario de emisiones para Tijuana y
Rosarito incluyen: puntuales (industrias), fuentes de área (e.g. comercios, servicios, y erosión
de suelos), fuentes móviles (con y sin circulación en carreteras), y fuentes biogénicas. Los
contaminantes estimados en este inventario incluyeron: NOx, SO2, COV, CO, PM10 y PM2.5,
NH3 y CH4. El nuevo inventario de emisiones para Tijuana y Rosarito ha sido el resultado de la
cooperación y los esfuerzos combinados de varias instituciones gubernamentales de Estados
Unidos y México y representa un gran avance con respecto al primer inventario de emisiones
con año base de 1998.
En el caso de la ciudad de Mexicali, los esfuerzos para estimar las emisiones en esta región
fronteriza comenzaron a finales de la década de los noventa también como parte del “Programa
para mejorar la calidad del aire de Mexicali 2000-2005” o PROAIRE (Gobierno del Estado de
Baja California, 1999). Como parte del PROAIRE de Mexicali se realizó un inventario de
emisiones con el año base del 1999 (ICARI, 1999) y el cual incluyó la estimación de las
emisiones de PM10, SO2, CO, NOx, hidrocarburos, Pb, NH3 para diversas fuentes incluyendo:
fuentes puntuales, fuentes de área (incluyendo biogénicas y por erosión de suelo) y fuentes
móviles (con y sin circulación en carreteras). Al igual que para la región de Tijuana y Rosarito,
la continuación de los esfuerzos para mejorar las estimaciones de las emisiones en esta región
50
permitieron la publicación del inventario de emisiones para Mexicali para el año base 2005 el
cual incluye numerosas mejoras y actualizaciones con respecto a las estimaciones anteriores
(ERG, 2009). El reciente inventario incluye las emisiones de PM10, PM2.5, SO2, CO, NOx,
COVs, CH4, y NH3 para las fuentes puntuales, fuentes de área, y fuentes móviles en la ciudad
de Mexicali. En las secciones siguientes presentamos los resultados de los análisis de la
información contenida en los inventarios de emisiones para las ciudades de Tijuana-Rosarito y
Mexicali.
4.3.1.
Análisis de emisiones
En esta sección presentamos los resultados de los análisis comparativos de las emisiones por
tipo de fuente para las ciudades de Tijuana y Mexicali con énfasis en las magnitudes de las
emisiones estimadas. Los resultados de los análisis de las distribuciones espaciales de las
emisiones en las dos ciudades fronterizas se presentan en la siguiente sección. La Tabla 4.3.1
muestra los resultados de las estimaciones de las emisiones anuales de diversos
contaminantes por tipo de fuente en Mexicali. Similarmente, la Tabla 4.3.2 muestra los
resultados de las estimaciones de las emisiones anuales de diversos contaminantes por tipo de
fuente en Tijuana y Rosarito.
Tabla 4.3.1 Emisiones anuales de contaminantes por tipo de fuente en Mexicali.
Puntuales
Área
Móviles carreteras
Móviles no carreteras
Totales
COV
733
14,841
8,977
532
25,083
CO
4,116
18,854
60,603
2,423
85,996
NOx
14,376
1,354
8,570
4,485
28,785
SO2
4,624
173
169
60
5,026
9,015
252
NH3
9,268
PM10
1,627
50,876
765
550
53,818
PM2.5
128
6,744
666
533
8,072
6,034
144
CH4
6,178
Fuente: Inventario de emisiones de Mexicali (ERG, 2009). Las fuentes de are incluyen las emisiones por
erosión de suelos y las biogénicas. Espacios en blanco indican que las emisiones de contaminantes no
aplican o no fueron calculadas debido a falta de datos.
51
Tabla 4.3.2 Emisiones anuales de contaminantes por tipo de fuente en Tijuana y Rosarito.
COV
CO
NOx
SO2
NH3
Municipio Puntuales
Área
Tijuana
3,884
14,819
Móviles
Móviles no
Biogénicas Total
carreteras carreteras
5,526
594
1,247
26,071
Rosarito
490
442
1,840
34
901
3,707
Total
4,374
15,261
7,367
628
2,148
29,778
Tijuana
382
1,869
51,707
3,251
NA
57,209
Rosarito
1,123
18
18,703
163
NA
20,007
Total
1,505
1,887
70,410
3,414
NA
77,216
Tijuana
461
403
10,067
6,226
395
17,553
Rosarito
3,391
10
1,433
316
277
5,428
Total
3,852
413
11,501
6,542
672
22,980
Tijuana
1,021
4
258
91
NA
1,373
Rosarito
3,750
NS
78
4
NA
3,831
Total
4,770
4
335
95
NA
5,204
Tijuana
0
934
250
0
NA
1,184
Rosarito
49
238
105
NE
NA
392
Total
49
1,171
355
0
NA
1,576
Tijuana
30
30,409
135
572
NA
31,147
263
2,303
33
37
NA
2,637
Total
293
32,712
168
609
NA
33,783
Tijuana
21
4,713
NE
549
NA
5,282
217
395
NE
36
NA
648
Total
238
5,108
NE
585
NA
5,930
Tijuana
NA
4,482
NE
NE
NA
4,482
Rosarito
NA
97
NE
NE
NA
97
Total
NA
4,579
NE
NE
NA
4,579
PM10 Rosarito
PM2.5 Rosarito
CH4
Fuente: Inventario de emisiones a la atmósfera en los municipios de Tijuana y Playas de Rosarito, Baja
California, 2005 (LT Consulting, 2010a). Las fuentes de are incluyen las emisiones por erosión de suelos.
NA= No aplica, NS= No significativo, NE= No estimado.
52
4.3.1.1. Emisiones por fuentes puntuales
La zona fronteriza entre Baja California y California cuenta con la presencia de numerosas e
importantes fuentes industriales entre las cuales sobresalen los ramos de manufactura,
automotriz, y de generación de energía eléctrica, entre otros. Es importante hacer notar que
algunas de las fuentes emisoras de naturaleza industrial son clasificadas en los inventarios
como fuentes de área debido al número de fuentes y su dispersión espacial. Tal es el caso de
categorías como ladrilleras para la fabricación artesanal de tabique rojo, el recubrimiento de
superficies industriales, tintorerías, etc., y como tal sus emisiones son consideradas en dentro
de las fuentes de área.
La comparación entre las emisiones provenientes de fuentes puntuales entre Mexicali y
Tijuana-Rosarito muestra que existen diferencias importantes entre las características de estas
fuentes en ambas zonas fronterizas (ver Figura 4.3.1). Las emisiones estimadas de CO, NOx, y
PM10 son mayores en Mexicali que en Tijuana, mientras que lo contrario ocurre para las
emisiones estimadas de COV y PM2.5. Las emisiones de SO2 por fuentes puntuales son muy
similares en magnitud en ambas regiones. La diferencia más grande se encuentra en las
emisiones estimadas de NOx, las cuales son 3.7 veces mayores en Mexicali que en Tijuana, así
como en las emisiones estimadas de COVs, las cuales son 6 veces mayores en Tijuana que en
Mexicali. Aunque la diferencia en las estimaciones de partículas también en muy grande, las
contribuciones de material particulado por estas fuentes a las emisiones totales de PM10 son
muy pequeñas.
Fuentes puntuales en Mexicali
Fuentes puntuales en Tijuana
5
Emisiones [tons]
10
4
10
3
10
2
10
1
10
0
10
COV
CO
NOx
SO2
NH3
PM10 PM2.5 CH4
Figura 4.3.1. Comparación de emisiones anuales por fuentes puntuales entre las ciudades fronterizas de
Mexicali y Tijuana para diversos contaminantes.
Una revisión de las diversas ramas o giros industriales en las estimaciones de las emisiones
por fuentes puntuales en ambas zonas fronterizas muestra que las diferencias identificadas
53
entre las emisiones estimadas de NOx y COVs entre Mexicali y Tijuana se deben
principalmente a las características de las plantas generadoras de energía eléctrica, así como a
la inclusión de plantas de almacenamiento y distribución de productos derivados del petróleo en
Mexicali. De acuerdo a los resultados de los análisis de la ubicación y distribuciones espaciales
de estas emisiones (los cuales son presentados con mayor detalle en las siguientes secciones),
una fracción pequeña del total del número de industrias contribuye sobremanera en las
emisiones totales por fuentes puntuales en ambas zonas fronterizas.
Algunas de las principales fuentes puntuales pueden llegar a tener emisiones importantes de
contaminantes en la región fronteriza. Por ejemplo, las emisiones estimadas de la
termoeléctrica de Rosarito como resultado de la combustión de combustibles fósiles se
presentan como importantes contribuyentes de NOx (88%) y SO2 (79%) de las emisiones
totales por fuentes fijas en la región de Tijuana-Rosarito. Así, la presencia de la planta de
generación de energía eléctrica en Rosarito puede llegar a tener un impacto importante en las
emisiones totales de algunos contaminantes de formación secundaria como nitratos y sulfatos
en la región.
Debido a que la magnitud de las emisiones estimadas de NOx y SO2 para la planta
termoeléctrica de Rosarito son lo suficientemente grandes comparadas con respecto a las otras
fuentes puntuales, las variaciones en las emisiones de esta fuente tienen el potencial de inducir
cambios importantes en los niveles de concentración de contaminantes secundarios viento
abajo en la región. Resulta por tanto muy importante determinar la incertidumbre asociada a
estas emisiones, así como investigar la representatividad de estas estimaciones en cuanto a la
distribución temporal (perfil diario de la intensidad de las emisiones) durante su utilización en
modelos de calidad del aire en la región.
Como parte de las mediciones realizadas durante Cal-Mex 2010, se obtuvieron observaciones
de columnas de NO2 utilizando instrumentos miniDOAS en los alrededores de la planta
termoeléctrica de Rosarito (Rivera et al, 2011). Los resultados preliminares de los análisis de
estas mediciones sugieren discrepancias importantes entre las emisiones de NOx reportadas
en el inventario para Rosarito y las estimadas utilizando las mediciones con miniDOAS. Es por
tanto muy importante continuar investigando la incertidumbre en cuanto a la representatividad y
distribución temporal asociada a las emisiones por fuentes de generación de energía eléctrica
en Tijuana-Rosarito.
En cuanto a las emisiones puntuales de jurisdicción federal en la ciudad de Mexicali, las
instalaciones de PEMEX Refinación Planta Mexicali (para el almacenamiento y distribución del
petróleo y productos del petróleo) son consideradas como las principales fuentes de emisiones
de COVs, mientras que las plantas de vidrio (e.j., Fevisa and Vitro AFG) y la planta de papel
(e.j., Fábrica de Papel San Francisco) son consideradas las fuentes principales de SO2. En el
54
inventario de emisiones de Mexicali se considera que otras fuentes puntuales tales como la
fabricación de productos petrolíferos y del carbón pueden también llegar a ser importantes
emisores de NOx y SO2. Mientras que otros sectores industriales de la manufactura electrónica,
computación y comunicaciones tienen emisiones grandes de COVs.
De acuerdo a las estimaciones realizadas en el inventario de emisiones de Mexicali, las plantas
de generación de electricidad son las principales fuentes de emisión de NOx, CO, y PM10. Sin
embargo, es muy importante hacer notar que en el inventario no existen emisiones reportadas
de la Comisión Federal de Electricidad-CFE planta de energía geotérmica en Cerro Prieto.
Aunque las emisiones por procesos de combustión de combustibles fósiles son mínimas para
esta fuente, otras sustancias pueden ser emitidas en cantidades considerables. Por ejemplo, de
acuerdo a las estimaciones reportadas en el Registro de Emisiones y Transferencias de
Contaminantes (RETC), las emisiones anuales de ácido sulfhídrico provenientes de la planta de
energía geotérmica en Cerro Prieto para 2009 fueron de ~12,000 toneladas, mientras que las
de metano y de CO2 fueron de 11,800 y 416,354 toneladas, respectivamente (SEMARNAT,
2009). Por otro lado, aunque sí se encuentran reportadas las emisiones de otras plantas
generadoras de electricidad tales como la “Termoeléctrica de Mexicali” y de “Energía de Baja
California, Central Termoeléctrica” algunas de las emisiones estimadas deberían ser
actualizadas con las instalaciones recientes y las condiciones de operación actuales. Al igual
que para la región de Tijuana-Rosarito, es por tanto también muy importante realizar una
evaluación integral de las estimaciones de contaminantes emitidos actualmente por las plantas
de generación de energía eléctrica, principalmente para NOx y SOx (SO2 y otros compuestos
con contenido de azufre como el H2S), en la región de Mexicali.
4.3.1.2. Emisiones por fuentes de área
En ambas zonas fronterizas de Tijuana-Rosarito y Mexicali las fuentes de área son las
principales emisoras de COVs, NH3, PM10, PM2.5 y CH4. Por otro lado, con excepción de las
fuentes puntuales, las emisiones de la mayoría de los contaminantes son mucho más grandes
en Tijuana que en Rosarito (ver Tabla 4.3.1). Esto es consecuencia directa de la mayor
población y actividades asociadas con comercios, servicios, y de transporte en Tijuana que en
Rosarito, lo cual influye directamente en que la magnitud de las emisiones por fuentes de área
y móviles sea más grande en Tijuana que en Rosarito.
La comparación de las emisiones de diversos contaminantes por fuentes de área entre las
ciudades fronterizas de Tijuana y Mexicali se muestra en la Figura 4.3.2. La comparación de las
emisiones entre ambas ciudades muestra que las emisiones anuales estimadas para la ciudad
de Mexicali son mucho mayores que para la ciudad de Tijuana, con excepción de las emisiones
de COVs. Incluso la diferencia entre las emisiones de COVs es relativamente pequeña: la
55
razón entre ambas es de apenas 0.85:1. Es importante hacer esta observación porque la
diferencia entre el número de habitantes (de aproximadamente 2:1 entre Tijuana y Mexicali)
sugeriría que las emisiones por fuentes de área fueran substancialmente mayores en Tijuana
que en Mexicali.
5
Emisiones [tons]
10
Fuentes de area en Mexicali
Fuentes de area en Tijuana
4
10
3
10
2
10
1
10
0
10
COV
CO
NOx
SO2
NH3
PM10 PM2.5 CH4
Figura 4.3.2. Comparación de emisiones anuales por fuentes de área entre las ciudades fronterizas de
Mexicali y Tijuana para diversos contaminantes.
La comparación entre las principales categorías emisoras de COVs de las fuentes de área en
las ciudades de Mexicali y Tijuana se presenta en la Figura 4.3.3. Las principales categorías
emisoras que contribuyen a la las altas emisiones de COVs en Mexicali con respecto a las
emisiones de COVs en Tijuana son las de: Recubrimiento de superficies industriales, uso
comercial y doméstico de solventes, y actividades de lavado y desengrasado. Cuando se
considera la relación de 2:1 entre el número de habitantes de ambas ciudades (línea continua
en la Figura 4.3.3) se observa que las emisiones en Mexicali tienden a ser proporcionalmente
más grandes que en Tijuana. Destaca también la diferencia entre las emisiones de COVs para
los cruces fronterizos entre ambas ciudades, siendo mucho más grandes las estimaciones para
la ciudad de Mexicali. Por lo tanto, debido a que las emisiones por fuentes de área están
directamente relacionadas con la intensidad de las actividades comerciales y de servicios así
como con el crecimiento poblacional, es importante por tanto evaluar y actualizar
continuamente las bases de datos utilizadas para realizar las estimaciones. En particular, las
evaluaciones y actualizaciones continuas de las bases de datos deben considerarse para las
emisiones provenientes del recubrimiento de superficies (industriales y arquitectónicas) y del
uso comercial y doméstico de solventes.
56
10
4
Emisiones Mexicali [tons]
G
J
10
3
H
2
F
I
K
C
L
10
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
E
D
N
10
Fuentes de Area
M
O
1
B
10
Combustión comercial de GLP
Combustión residencial de GLP
Cruces fronterizos
Fabricación artesanal de tabique rojo
Tratamiento de aguas residuales
Rec. de superficies arquitectónicas
Rec. de superficies industriales
Aplicación de asfalto
Lavado en seco (tintorerías)
Lavado y desengrasado
Pintura de vehículos
Pintura de tránsito
Uso comercial/doméstico de solventes
Artes gráficas
Distribución de gasolina
A
0
0
10
1
10
2
10
3
4
10
10
Emisiones Tijuana [tons]
Figura 4.3.3. Comparación de emisiones anuales de COVs de las principales fuentes de área entre las
ciudades fronterizas de Mexicali y Tijuana. La línea punteada representa la relación 1:1 y la línea
continua representa la relación 2:1.
Existen algunas similitudes importantes entre las características de las emisiones por fuentes
de área entre las zonas fronterizas de Tijuana-Rosarito y Mexicali. En ambas zonas fronterizas
existen fuentes de área que contribuyen substancialmente a las emisiones de COVs son las de
distribución de gasolina, recubrimiento de superficies industriales (particularmente de los ramos
automotriz, manufacturas y productos metálicos), uso de solventes, y actividades de
desengrasado en industrias.
Existe además otra diferencia importante entre las características de emisión de NH3 entre las
regiones de Tijuana-Rosarito y Mexicali. Por un lado, las emisiones domésticas de amoniaco y
los residuos de animales son las principales fuentes de NH3 en Tijuana-Rosarito, mientras que
en la región de Mexicali las emisiones por la aplicación de fertilizantes (principalmente
amoniaco anhídrido y urea) contribuyen también a las emisiones de NH3. Esta diferencia es el
reflejo directo la mayor intensidad en las actividades agrícolas y ganaderas en la región de
Mexicali que en Tijuana-Rosarito. Más aún, las actividades agrícolas son también muy intensas
en la región vecina de Valle Imperial-Calexico todo el año, por lo que las emisiones de NH3 en
la región pudieran ser considerablemente mayores a las consideradas para la ciudad de
Mexicali. Debido a que la contribución a las emisiones de NH3 por la aplicación de fertilizantes
en ambos lados de la frontera puede llegar también a impactar los niveles de formación
secundaria de aerosoles inorgánicos viento debajo en la región de Mexicali-Valle Imperial, es
57
muy importante evaluar las incertidumbres en las estimaciones de las emisiones de NH3 por
este tipo de fuente.
Las emisiones de material particulado en las regiones fronterizas de Tijuana-Rosarito y Mexicali
se encuentran dominadas sobremanera por la erosión del suelo y el levantamiento de polvos
en caminos sin pavimentar y pavimentados. De acuerdo a los inventarios, las emisiones del
material particulado se encuentran en una proporción en masa de PM10/PM2.5 de
aproximadamente 10:1 en el caso de Mexicali y de 6.5:1 en el caso de Tijuana-Rosarito. Esto
sugiere que en ambas zonas fronterizas la contribución en masa del material particulado en el
ambiente se encuentra dominado por partículas de tamaño mayores a 2.5 micrómetros, lo cual
es consistente con los resultados obtenidos de las mediciones realizadas en la ciudad de
Tijuana durante Cal-Mex 2010 (INE, 2011).
Es posible utilizar los resultados de las propiedades físicas y químicas de las partículas
observadas durante Cal-Mex para investigar las características de las principales fuentes de
emisión de PM en la región fronteriza. Durante la campaña Cal-Mex 2010 en Tijuana se
realizaron mediciones de partículas PM10, PM2.5, PM1 y sus características químicas en
varios sitios de muestreo y con diferentes técnicas de medición. La inter-comparación de los
diferentes resultados obtenidos permitió obtener un mejor entendimiento de la composición
química de las partículas y sus propiedades, así como de los procesos de emisión involucrados
en la zona de estudio. En general, cuando se toman en cuenta los diferentes tamaños de
partículas de las observaciones, todos los datos de concentración en masa del material
particulado para todos los equipos mostraron correlaciones relativamente altas y tendencias
similares. La comparación de las muestras gravimétricas de PM2.5 y PM10 por periodos de 24
horas presentó también altas correlaciones entre los diferentes equipos y entre las mediciones
continuas de concentración de partículas. Además, el rango de las mediciones de PM10
obtenidas durante la campaña fue similar en magnitud a los valores promedio de concentración
en años anteriores obtenidas por medio de las estaciones automáticas de monitoreo locales
para los mismos meses del año de este estudio, lo cual es un indicativo de una buena
representatividad temporal de las observaciones.
En cuanto a la información obtenida del tamaño de las partículas observadas y su relación con
posibles fuentes de emisión asociadas, las mediciones de la concentración del número de
partículas indicaron altas correlaciones entre los instrumentos que miden partículas pequeñas y
se encontró que el número de partículas entre 0.003 y 0.01 µm es significativamente alta. La
comparación entre las concentraciones de PM2.5 y de PM10 indica que PM2.5 representa una
fracción pequeña de PM10, lo cual es consistente con las estimaciones en los inventarios de
emisiones.
58
En general, el PM10 en el aire ambiente se puede asociar a partículas de origen geológico
(formadas por mecanismos físicos), mientras que las partículas más pequeñas se asocian
comúnmente a procesos de combustión y de condensación de compuestos secundarios. Las
comparaciones entre las concentraciones de PM2.5 y PM10 sugieren que la fracción geológica
en Tijuana es relativamente alta. Por analogía, es muy posible entonces que aun en las
condiciones actuales las partículas en el aire ambiente en Mexicali tienen también una
importante fracción de origen geológico.
4.3.1.3. Emisiones por fuentes móviles
Es importante realizar un análisis comparativo de las emisiones por fuentes móviles en los
inventarios existentes en la región de estudio para identificar áreas de oportunidad que puedan
ayudar a reducir las incertidumbres asociadas a las emisiones estimadas. Esto es importante
porque las características de las emisiones por fuentes móviles en la zona fronteriza pueden
ser diferentes a otras áreas urbanas debido al intenso dinamismo en el comercio de vehículos y
las facilidades de traslado entre ambos países.
Las emisiones por fuentes móviles en la zona fronteriza pueden tener impactos importantes en
las concentraciones de importantes contaminantes atmosféricos en la región. El número de
vehículos por persona en las ciudades fronterizas de Tijuana y Mexicali es de los más altos del
país y los vehículos antiguos tienden a permanecer más tiempo en circulación dentro de la flota
vehicular (CEC, 2011). Adicionalmente, un gran número de vehículos ligeros y pesados cruzan
diariamente entre las ciudades fronterizas a través de las entradas y salidas de las garitas
aduanales y emitiendo dentro de la cuenca común compartida por las ciudades fronterizas en
ambos países.
Las características descritas de las flotas vehiculares en la región fronteriza sugieren que es
muy importante realizar evaluaciones del tipo “de arriba hacia abajo” (utilizando por ejemplo
información del consumo de combustible por tipo de fuente) de las estimaciones de las
emisiones por fuentes móviles en la región fronteriza. Por ejemplo, un estudio que compara las
emisiones de gases y partículas en Mexicali con las emisiones correspondientes en la Ciudad
de México y Austin, Texas, mostró que en un vehículo por base la flota de vehículos de
Mexicali es significativamente más contaminante que la flota de las otras ciudades, ver Tabla
4.3.3, probablemente debido a diferencias en la edad del parque de vehículos (Zavala et al,
2009). Similarmente, la comparación de las concentraciones ambientales de COV por la
mañana en Mexicali (Mendoza et al., 2009) con las concentraciones en la Ciudad México,
resulta en un factor de 2.2 mol/mol más alta en la Ciudad de México, en promedio, a pesar de
que las proporciones de personas/vehículo para la Ciudad de México y Mexicali son de
alrededor de 20 y 10, respectivamente.
59
Tabla 4.3.3. Comparación de las emisiones de la flota móvil a gasolina [toneladas/día] en
Mexicali con otras zonas urbanas.
a
Contaminante
Mexicalia
Imperial
Countya,b
Ciudad de
Mexicoc
CO
175 ± 62
23.0
2,765
NOx
10.4 ± 1.3
2.0
188
Población
850,000
155,000
17,400,000
Vehículos
293,000
77,000
3,000,000
Datos de población y de número de vehículos de la SEMARNAT (2005) proyectados utilizando las
tasas de crecimiento demográfico anual del 2,6% y 1,5%, así como 2,9 y 1,9 personas por vehículo para
Mexicali y el Valle Imperial, respectivamente.
b
Datos de emisiones de CARB, (2007) para el 2005 con
c
las emisiones de los vehículos ligeros pasajero para el Valle Imperial, California. datos del inventario de
emisiones 2004 ZMVM (CAM, 2006) para LDGVs.
Debido al cotidianamente intenso tráfico de vehículos pesados de transporte de carga y de
vehículos a pasajeros, las emisiones en los cruces fronterizos pueden ser significativamente
altas (INE 2008; Meza et al 2010). Mientras que los vehículos de gasolina son emisores
importantes de compuestos orgánicos volátiles, la gran parte de los vehículos a diesel en la
región puede contribuir significativamente a las emisiones de NOx y de hollín. Es importante
hacer notar que dado que los inventarios de emisiones existentes en las regiones de Tijuana y
Mexicali se basan en procedimientos tipo “de abajo hacia arriba” (en el cual se utilizan bases de
datos con información sobre las flotas vehiculares locales), es posible que las emisiones
generadas por los vehículos de comercio y de carga provenientes de otras partes del país (es
decir no registrados dentro de las bases de datos de las zonas fronterizas) no se encuentren
adecuadamente representadas en las emisiones totales por fuentes móviles en la región.
La comparación entre las emisiones anuales por fuentes móviles en carretera y fuentes móviles
no-carretera entre las ciudades fronterizas de Mexicali y Tijuana se muestra en la Figura 4.3.4.
Con excepción de las emisiones de partículas y NO x, las emisiones de los diversos
contaminantes emitidos por las fuentes móviles no-carretera son substancialmente más bajos
que sus contrapartes por fuentes móviles en carretera en ambas zonas fronterizas. Las
principales categorías emisoras de NOx y particulares por fuentes móviles no-carreteras son las
del uso de equipo agrícola y de la construcción y, en el caso de Tijuana, las emisiones por la
terminal de autobuses.
60
Figura 4.3.4. Comparación de emisiones anuales por fuentes móviles (panel izquierdo) y por fuentes
móviles no-carretera (panel derecho) entre las ciudades fronterizas de Mexicali y Tijuana para diversos
contaminantes.
Los resultados de las estimaciones de los inventarios de emisiones muestran que las emisiones
de contaminantes gaseosos por fuentes móviles son mayores en Tijuana que en Mexicali, con
excepción de las emisiones de COVs. Sin embargo, la diferencia entre las emisiones por
fuentes móviles a carretera de ambas zonas fronterizas son relativamente pequeñas, lo cual es
sobresaliente dada la enorme diferencia entre el tamaño de las flotas vehiculares. La
comparación entre ambas ciudades debería entonces realizarse entre la magnitud de las
emisiones divididas por el número de vehículos considerados en las estimaciones.
Una comparación de la razón emisión/vehículo calculadas en cada zona fronteriza permitiría
distinguir las categorías o tipos de vehículo que contribuyen más a las emisiones totales por
fuentes móviles. Desafortunadamente, el inventario de emisiones de Mexicali no incluye la
información sobre el número de vehículos por categoría considerado en sus estimaciones, por
lo cual no nos fue posible realizar esta comparación contra las de emisiones fuentes móviles
por tipo de vehículo en Tijuana. Sin embargo, sí es posible realizar una comparación de
emisiones de acuerdo a los diferentes tipos de vehículos y buscar si existen consistencias entre
las diferencias en las emisiones estimadas (ver Figura 4.3.5).
61
Figura 4.3.5. Comparación de emisiones por categorías de vehículos entre Mexicali y Tijuana para a)
NOx, b) COVs, c) CO, d) SO2, e) PM10, y f) NH3. A= “Light-Duty Gasoline Vehicles, LDGV” (automóviles
y taxis); B=”Light-Duty Gasoline Trucks, LDGT” (combis, pick ups y camionetas); C=” Heavy-Duty
Gasoline Vehicles, HDGV” (microbuses); D=” Heavy-Duty Diesel Vehicles, HDDV” (autobuses,
tractocamiones, y vehiculos > 3 tons); E= Motocicletas. La liniea punteada muestra la relación 1:1.
62
La comparación de las emisiones por tipo de vehículo entre Mexicali y Tijuana sugiere que las
emisiones de los vehículos LDGT (combis, pick ups y camionetas a gasolina) son
consistentemente más grandes en Mexicali que en Tijuana para todos los contaminantes
analizados. Por lo contrario, las emisiones de contaminantes gaseosos por los vehículos de
pasajeros a gasolina (LDGV) son más grandes en Tijuana que en Mexicali (lo cual es
consistente con la diferencia entre el tamaño de las flotas vehiculares) aunque en diferentes
proporciones dependiendo del contaminante. Por ejemplo, las razones de las emisiones de
COVs/NOx para Mexicali y Tijuana son de 3.9:1 y de 1.75:1, respectivamente, lo cual sugiere
que en una comparación de vehículo-por-vehículo (del tipo LDGVs) las emisiones estimadas de
COVs son mayores en Mexicali que en Tijuana. En el caso de las razones COVs/NOx para
vehículos del tipo HDDV en Mexicali y Tijuana las estimaciones son muy similares: 0.06 y 0.08,
respectivamente.
Cuando estas estimaciones son utilizadas como datos de entrada en modelos de calidad del
aire, las diferencias en las razones de COVs/NOx pueden tener impactos importantes en los
resultados de la modelación de contaminantes de formación secundaria en la región. Por tanto
es importante evaluar las incertidumbres asociadas a las emisiones estimadas por fuentes
vehiculares en la región.
Para las fuentes móviles en Mexicali los vehículos y camionetas de carga ligera a gasolina son
la principal fuente de emisiones de COV, CO, NH3, y CH4, mientras que los vehículos carga
pesada a diesel son la principal fuente de emisiones de NOx, SO2, PM10, y PM2.5. Los
vehículos y camionetas de carga ligera a diesel, así como las motocicletas, contribuyen
relativamente con pocos contaminantes. En el caso de Tijuana, el inventario sugiere que los
automóviles a gasolina dominan las emisiones de COVs y CO, mientras que los autobuses, las
pick up y los tractocamiones son los principales emisores de NOx y de partículas. Por otro lado,
las emisiones de PM2.5 y CH4 por fuentes móviles a carretera no fueron incluidas en el
inventario de emisiones de Tijuana por lo que no es posible realizar la comparación de estas
emisiones.
El análisis comparativo de los inventarios existentes en la región fronteriza nos permite
identificar áreas de oportunidad que puedan ayudar a reducir las incertidumbres asociadas a
sus estimaciones. Así, hemos identificado diferentes categorías de emisión dentro de las
utilización de métodos del tipo “arriba hacia abajo” para investigar las incertidumbres asociadas
a las estimaciones de las diferentes categorías de emisión descritas. En este sentido, los
resultados de los análisis de las bases de datos obtenidas durante la campaña Cal-Mex 2010
junto con las actividades de modelación de la calidad del aire serán fundamentales para la
evaluación de las emisiones estimadas. En la sección siguiente presentamos los resultados de
63
los análisis de las distribuciones espaciales de las emisiones estimadas en los inventarios de
emisiones de Mexicali y Tijuana-Rosarito.
4.3.1.4. Emisiones de Gases de Efecto Invernadero
Es importante evaluar mediante observaciones y actividades de modelación de la calidad del
aire y de modelación del clima la contribución de las emisiones de gases de efecto invernadero
a los cambios en el clima e impactos en ecosistemas en la región.
Metano
El metano, un precursor del ozono troposférico, se incluye también como uno de los seis gases
de efecto invernadero (CO2, CH4, N2O, HFC, PFC y SF6) controlados por el Protocolo de Kyoto.
El metano es un potente gas de efecto invernadero de corta duración que se mantiene en la
atmósfera unos 10 años y tiene 25 veces el potencial de calentamiento global del CO2 – esto
es, la eliminación de una tonelada de metano equivale a 25 toneladas de CO2 en una escala de
cien años, y 76 toneladas en una escala de tiempo de 20 años; sin embargo incluyendo los
efectos indirectos la reducción equivalente sería de 100 toneladas.
Dentro de las emisiones por fuentes de área, se considera al confinamiento de residuos o
rellenos sanitarios como la principal fuente de emisiones de CH4 en ambas zonas fronterizas.
De acuerdo a los inventarios de emisiones de Tijuana y Mexicali, las emisiones anuales en
2005 estimadas para este tipo de fuentes fue de alrededor de 4,565 y 6,019 tons/año de CH4,
respectivamente, lo cual resulta intrigante puesto que la población de Tijuana es al menos 2
veces mayor que la de Mexicali. Una revisión de las memorias de cálculo de las emisiones
estimadas revela que la diferencia en las estimaciones se encuentra en los parámetros
seleccionados durante la aplicación del modelo cinético teórico de primer orden de producción
de metano (principalmente en las constantes de tasa de generación y en el potencial de
generación de metano). Adicionalmente, las cantidades estimadas de residuos dispuestos en
los rellenos sanitarios son desproporcionales al número de habitantes en las dos ciudades
(~321,000 y 280,000 Mg/año para Mexicali y Tijuana, respectivamente) aunque los documentos
no hacen referencia explícita a la composición (plásticos, metales, matera orgánica, etc.) de los
desechos sólidos considerados. El conocimiento de la composición de los residuos sólidos que
son dispuestos es muy importante porque determina el contenido de carbono de los mismos
(IIE, 2007). Las diferencias observadas sugieren que una actualización de las bases de datos
utilizadas puede beneficiar en la reducción de las incertidumbres durante la estimación de las
fuentes de emisión de metano.
Las emisiones de metano por rellenos sanitarios descritas anteriormente corresponden a las
estimaciones realizadas en los inventarios locales de Tijuana y Mexicali para el año base 2005
(LT Consulting, 2010a, ERG, 2009). Dichas estimaciones fueron realizadas utilizando la técnica
64
de “abajo hacia arriba” con un modelo cinético teórico de primer orden de producción de
metano para rellenos sanitarios. Recientemente, se realizaron también estimaciones de las
emisiones de metano para el estado de Baja California para el año base 2005 utilizando el
software y la metodología del Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, (CMM,
2007). Aunque en dicho estudio no se utilizó la versión IPCC-2006 sino la versión anterior
IPCC-1996, en la metodología se proporcionan los datos de actividad sobre disposición de
residuos sólidos y diversos parámetros para el sector de residuos sólidos (municipales e
industriales y su composición), y el software está basado en una ecuación de primer orden que
estima la cantidad de metano generado como resultado de la degradación de la materia
orgánica bajo condiciones anaeróbicas.
En el estudio de CMM (2007) las estimaciones de metano por disposición de residuos sólidos
para todo el estado de Baja California para 2005 son de aproximadamente 88.6 Gg/año, es
decir casi un orden de magnitud mayores que la suma de las emisiones de Tijuana y Mexicali
juntas (~10 Gg/año) obtenidas por los inventarios locales, no obstante que el 72% de la
población del estado se localiza en estas dos ciudades (INEGI, 2010). En comparación, las
emisiones nacionales por la disposición de residuos sólidos para el 2003 en el Inventario
Nacional de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero (INEGEI) fue de ~1,773 Gg/año
considerando una cantidad de residuos dispuestos en los rellenos sanitarios de ~32,900
Gg/año en todo el país (INE, 2006). De acuerdo recientes actualizaciones realizadas, se estima
que para el 2005 las emisiones nacionales de CH4 por disposición de residuos sólidos se
incrementó a aproximadamente 2,340 Gg/año considerando una cantidad de residuos
dispuestos en los rellenos sanitarios de ~35,400 Gg/año (IIE, 2008). Por lo tanto, de acuerdo a
la proporciones nacionales/estatal/ciudad de población y de generación de residuos, las
estimaciones a nivel nacional coinciden en orden de magnitud con las estimaciones del CMM
(2007), aunque no es posible una comparación directa debido a las posibles diferencias en la
composición de los residuos sólidos considerados. Las discrepancias entre las emisiones
estimadas muestran la necesidad de realizar evaluaciones de las incertidumbres asociadas a
estas estimaciones utilizando técnicas de modelación inversa así como mediante la aplicación
de técnicas de mediciones directas de emisiones de metano en la zona fronteriza.
Las emisiones de CH4 por la Comisión Federal de Electricidad-Campo y Central
Geotermoeléctrica de Cerro Prieto no se encuentran reportadas en el inventario de emisiones
2005 para Mexicali (ERG, 2009). Sin embargo, de acuerdo a lo reportado en el Registro de
Emisiones y Transferencias de Contaminantes (RETC) para el año 2009 se emitieron 11.8 Gg
de CH4 por esta fuente (SEMARNAT, 2009). Estas estimaciones convierten a la planta
generadora de electricidad geotérmica de Cerro Prieto como la principal fuente emisora puntual
de CH4 en la región fronteriza.
65
Durante Cal-Mex se realizaron mediciones continuas de CH4 en el sitio de monitoreo de Parque
Morelos (ver Figura 4.3.6) mediante la técnica de cromatografía de gases con detección por
ionización de flama. Los resultados de los análisis de las observaciones muestran un perfil
diario con las mayores concentraciones durante la noche y primeras horas de la mañana. Las
observaciones mostraron también distintivos eventos de corta duración con altas
concentraciones de CH4.
Debido a la corta duración de los eventos de alta concentración de metano observados durante
la campaña es probable que se encuentren relacionados con variaciones de las fuentes de
emisión y no con variaciones en las concentraciones de fondo o de transporte de gran escala.
Es recomendable por tanto la utilización de modelos atmosféricos de dispersión y de
trayectorias con técnicas inversas para determinar la magnitud de los impactos regionales de
estas fuentes.
Figura 4.3.6. Panel izquierdo: Mediciones de CH4 obtenidas durante Cal-Mex 2010. Panel derecho: Perfil
diario (hora local) de las mediciones de CH 4 (línea roja). Puntos rosas representan las observaciones de
CH4 obtenidas por hora del día.
De acuerdo con un reciente estudio del UNEP/WMO (2011), la reducción de las emisiones de
metano pueden llevar a la protección del clima a corto plazo, además de proporcionar
importantes beneficios para la calidad del aire. La instalación de tecnologías apropiadas,
disponibles, y costo-efectivas pueden hacer reducciones sustanciales de las emisiones
mundiales de metano. Muchas de las oportunidades de reducción de metano disponibles
incluyen la recuperación y uso del metano como combustible para la generación de
electricidad, tanto dentro de las instalaciones de combustible, o de distribución para la venta de
gas. Además, la captura y uso del biogás generado en el relleno sanitario podría ser una
oportunidad importante para mitigar las emisiones de metano. Por lo tanto, es importante
reducir las incertidumbres asociadas de las emisiones estimadas por estas fuentes.
66
Bióxido de Carbono
Adicionalmente a las mediciones de CH4, durante Cal-Mex 2010 se realizaron también
mediciones de los flujos de emisiones de CO2, NOx, y del número de partículas a través la
aplicación de la técnica de covarianza turbulenta en varios lugares en Tijuana y San Diego
mediante una torre de flujos (Klapmeyer et al., 2011), ver Figura 4.3.7. Las mediciones
realizadas mediante la torre de flujos son representativas de las fuentes emisoras localizadas
dentro de un área de influencia determinada, la escala espacial de la cual varía dependiendo
de la magnitud de los vientos durante las observaciones. Las mediciones con la torre de flujo
pueden ser importantes para entender mejor las características de las emisiones provenientes
de las fuentes de área en una región.
Parque Morelos
Otay
UTT
CO2 [ppm]
420
410
400
390
12:00 AM
6:00 AM
12:00 PM
6:00 PM
Hr
Figura 4.3.7. Panel izquierdo: Mediciones de CO2 obtenidas durante Cal-Mex 2010 en los sitios Parque
Morelos, Otay, y la Universidad Tecnológica de Tijuana (UTT).
Los resultados de los análisis de las mediciones de CO2 en la zona fronteriza muestran
concentraciones en el rango de 390 a 425 ppm en los diversos sitios de monitoreo con un claro
perfil diurno. Las mayores concentraciones de CO2 se observaron por la mañana para todos los
sitios con un posterior descenso debido a la expansión de la capa de mezclado. Las
concentraciones observadas en el sitio de Otay fueron menores que en los sitios de Parque
Morelos y de la UTT. Sin embargo, la variabilidad observada en el sitio de UTT sugiere la
67
probabilidad de que las diferencias observadas no solo se deban a la proximidad de fuentes
emisoras sino también a las variaciones en las condiciones de mezclado.
Las concentraciones de CO2 observadas fueron utilizadas para estimar los flujos de emisión de
CO2 por medio de la técnica de covarianza de turbulencia vertical. Los resultados muestran que
los flujos de CO2 variaron de 0.33 mg m-2 s-1 a la zona del parque Morelos a 0.49 mg m-2 s-1 en
dos lugares adyacentes al tráfico pesado. En comparación, las emisiones totales estimadas
para todo el estado de Baja California para el año 2005 son de ~13,800 Gg de CO 2/año de las
cuales los sectores de transporte automotriz, la generación de electricidad, residencial y de
servicios contribuyen con 50%, 34%, y 12% respectivamente (CMM, 2007). Considerando un
área aproximada de 625 km2 para la zona urbana de Tijuana, la extrapolación anual de los
flujos estimados concuerda con el orden de magnitud de las emisiones de CO2 estimadas para
el estado. La comparación entre ambas estimaciones en este momento no es directa, sin
embargo, debido a la necesidad de desagregar los flujos observados por tipo de fuente.
De acuerdo a lo reportado en el Registro de Emisiones y Transferencias de Contaminantes
(RETC) para los años 2004, 2006, 2007, 2008, y 2009 se emitieron aproximadamente 575.2,
693.1, 514.3, 484.3, y 416.3 Gg de CO2, respectivamente, por la Comisión Federal de
Electricidad-Campo y Central Geotermoeléctrica de Cerro Prieto (SEMARNAT, 2009). Sin
embargo, de acuerdo a la información del RETC otras fuentes generadoras de electricidad
también contribuyen con emisiones substanciales de CO2 en Baja California: La Central
Termoeléctrica Presidente Juárez, Energía Azteca X S. de R. L. de C. V., y la Termoeléctrica
de Mexicali S. de R. L. de C. V., emitieron 1434, 845.8, y 1537 Gg. La suma de estas emisiones
del sector de generación de electricidad por el RETC (~4,200 Gg) concuerda también con el
orden de magnitud de las emisiones estimadas por CMM (2007) utilizando las técnicas del
IPCC.
Los flujos de CO2 observados durante Cal-Mex 2010 constituyen la suma de las aportaciones
de fuentes naturales y fuentes antropogénicas. Estas últimas tienden también a correlacionarse
con flujos de otras especies como NOx y partículas. El promedio de los flujos de NOx variaron
desde 1.7 µg m-2 s-1 en el Parque Morelos hasta 3.1 µg m-2 s-1 en una zona comercial. El
promedio de los flujos de número de partículas osciló entre 0.68 × 109 m-2 s-1 en la zona
residencial suburbana a 2.65 × 109 m-2 s-1 en un puerto cruce fronterizo. Los flujos no mostraron
un patrón diurno consistente sin un fuerte contraste entre el día de la semana y los flujos de fin
de semana. Los flujos de CO2 y NOx fueron similares en magnitud a los observados en otros
estudios urbanos, mientras que los flujos de número partículas fueron mayores, probablemente
debido a diferencias en la altura de la torre y el rango de tamaño de los contadores de
partículas empleados, así como la posibilidad de que los vehículos y las industrias en la región
fronteriza son más contaminantes que las que se encuentran en áreas de estudio con controles
más estrictos de emisiones.
68
4.3.2.
Distribución espacial de las emisiones
La aplicación de modelos de calidad del aire en la región fronteriza requiere, entre otras cosas,
información sobre la distribución espacial de las emisiones en la zona de estudio. Así, la
ubicación precisa de las principales fuentes emisoras es un requerimiento imprescindible
durante la utilización de modelos atmosféricos de calidad del aire para estudiar la química y el
transporte de los contaminantes atmosféricos en la región fronteriza. En esta sección
presentamos los resultados de los análisis de la distribución de algunas de las principales
fuentes emisoras en las ciudades de Tijuana y Mexicali construidas de acuerdo a la información
proporcionada en los inventarios de emisiones más recientes de estas áreas urbanas para el
año base del 2005 (LT Consulting, 2010a; ERG, 2009).
Las distribuciones espaciales de las emisiones por fuentes de área tienen un papel muy
importante la evolución y transformación de compuestos químicos. Esto ocurre principalmente
debido a la gran contribución de emisiones de COVs tanto por fuentes de combustión (e.g.
quema de combustibles fósiles para la cocción) y por fuentes evaporativas (e.g. uso de
solventes). Como se describió en la sección anterior, las emisiones de fuentes de área son los
contribuyentes más importantes de emisiones de COVs en ambas ciudades fronterizas de
Tijuana y Rosarito. Las principales fuentes de área emisoras de COVs son el uso comercial y
domestico de solventes, la distribución de combustibles fósiles, y el recubrimiento de
superficies industriales y arquitectónicas. Tanto para la ciudad de Tijuana como para Mexicali
las distribuciones espaciales de estas emisiones son por tanto muy similares a la distribución
espacial de la densidad poblacional en la zona de estudio.
Las emisiones por fuentes biogénicas (las cuales podrían considerarse también como fuentes
de área) no representan contribuciones importantes a las emisiones de COVs para las zonas
urbanas de Tijuana y Mexicali debido a los tipos de vegetación predominantes en estas zonas
de estudio. Sin embargo, la quema de productos agrícolas y de otros tipos de biomasa pueden
llegar a ser grandes emisores de COVs y material particulado (incluyendo carbono negro) en
periodos cortos de tiempo. Si bien la contribución de las emisiones anuales de estas fuentes
puede llegar a estimarse utilizando bases de datos de la ocurrencia de quema de biomasa, la
ubicación precisa de los eventos es mucho más difícil de obtener. La información de la
ubicación, magnitud y características de estos eventos de quema de biomasa deberá por tanto
ser investigada con detalle durante la selección de periodos de modelación de la calidad del
aire en la zona de estudio.
Las distribuciones espaciales de las emisiones de CO por fuentes móviles para las ciudades de
Mexicali y Tijuana se muestran en la Figuras 4.3.8 y 4.3.9, respectivamente. Los resultados
muestran que la distribución de las emisiones de CO por fuentes móviles en ambas ciudades
es bastante sesgada espacialmente: un pequeño número de vías de acceso, avenidas y
69
carreteras contienen un gran porcentaje de las emisiones totales en el dominio de estudio. Este
efecto es sin embargo aún más pronunciado en el caso de la distribución de emisiones por
fuentes móviles en la ciudad de Mexicali, en la cual las principales vías de acceso a la ciudad
tienen asignadas una elevada cantidad de emisiones en comparación con las carreteras y
avenidas dentro de la zona urbana.
Las grandes diferencias observadas entre las distribuciones espaciales de las emisiones por
fuentes móviles entre el área urbana y sus principales avenidas, carreteras y vías de acceso
para las ciudades de Tijuana y Rosarito se encontró también para los compuestos emitidos de
COVs, SO2, NH3, y PM10 (ver Figuras A.4.3.1, A.4.3.3-5). Una excepción, sin embargo, fueron
las distribuciones de las emisiones de NOx, para las cuales se observaron las más altas
emisiones concentradas en los sitios de cruce fronterizos y algunos otros puntos dentro de las
zonas urbanas (ver Figura A.4.3.2). Las distribuciones espaciales de las emisiones de PM2.5 y
CH4 para la ciudad de Mexicali mostraron también las más altas emisiones en las principales
avenidas, carreteras, y vías de acceso a la ciudad (ver Figura A.4.3.6).
Figura 4.3.8. Distribución espacial de las emisiones de CO (tons/año) por fuentes móviles en carreteras
en las ciudades fronterizas de Mexicali. La escala de colores es similar a la que se encuentra en la
Figura 4.3.9.
70
Figura 4.3.9. Distribución espacial de las emisiones de CO (tons/año) por fuentes móviles en carreteras
en las ciudades fronterizas Tijuana.
Dado que el dominio espacial del inventario de emisiones de Mexicali es más grande que el de
Tijuana, y que algunas de las carreteras y vías de acceso a la ciudad de Mexicali tienen altas
emisiones asignadas, la distribución espacial de emisiones resulta más homogénea y con
contribuciones relativamente bajas dentro de la zona urbana de Mexicali. Por otro lado, la
comparación de las distribuciones espaciales de las emisiones por fuentes móviles entre las
ciudades fronterizas revela un mayor predominio de “hot spots” (lugares con altos niveles de
emisiones) dentro de la zona urbana de Tijuana que en la zona urbana de Mexicali. La
presencia de estos “hot spots” en estas distribuciones de emisiones puede tener consecuencias
muy importantes en la certidumbre para la predicción de la ubicación y la ocurrencia de
concentraciones máximas de compuestos secundarios (por ejemplo la ubicación de las
concentraciones máximas de ozono y aerosoles secundarios) durante la aplicación de modelos
de calidad del aire en la zona. Así, es muy importante evaluar la representatividad de las
distribuciones espaciales de las emisiones por fuentes móviles en los inventarios de Tijuana y
Mexicali para mejorar la certidumbre en la predicción de los procesos físicos y químicos que
deseen ser evaluados.
Las fuentes puntuales contribuyen significativamente a las emisiones de NOx y SO2 en las
ciudades fronterizas de Tijuana y Mexicali principalmente a través de las industrias
generadoras de energía eléctrica y de manufactura de productos. Las distribuciones espaciales
de las emisiones de NOx y de SO2 por fuentes puntuales para las ciudades de Tijuana y
Rosarito se muestran en las Figuras 4.3.9 y 4.3.10. La comparación de las distribuciones
71
espaciales muestra que en ambas zonas de estudio una gran fracción de las emisiones totales
de NOx y SO2 esta atribuida a un número muy pequeño de fuentes de emisión puntuales. Esta
característica se encontró también en las distribuciones espaciales de las fuentes puntuales de
emisión de PM10, PM2.5, CO, e incluso COVs (ver Figuras A.4.3.7 y A.4.3.8), lo cual sugiere
que, además de los procesos de combustión, en muchas de las principales fuentes puntuales
otros procesos -tales como los de desgate de superficies y emisiones evaporativas- contribuyen
también en forma importante.
Figura 4.3.9. Distribución espacial de las emisiones de NO x (tons/año) por fuentes puntuales en las
ciudades fronterizas de Tijuana (panel izquierdo) y Mexicali (panel derecho). Las áreas urbanas están
representadas por el color morado.
72
Figura 4.3.10. Distribución espacial de las emisiones de SO2 (tons/año) por fuentes puntuales en las
ciudades fronterizas de Tijuana (panel izquierdo) y Mexicali (panel derecho). Las áreas urbanas están
representadas por el color morado.
Al igual que para las emisiones por fuentes móviles en carretera, el que un número muy
pequeño de fuentes de emisión puedan contribuir sobremanera a las emisiones totales puede
llegar a tener implicaciones significativas en los procesos químicos y físicos en las zonas
cercanas a la ubicación de estas fuentes. Debido a que un número muy pequeño de fuentes de
emisión puntuales contribuyen significativamente a las emisiones totales, las incertidumbres
asociadas a las estimaciones de estas fuentes pueden llegar a tener un impacto muy grande en
la estimación total de las emisiones en el área de estudio y, consecuentemente, en los
resultados obtenidos con la utilización de modelos de calidad del aire en la región. Por ello, es
muy importante reducir las incertidumbres en las estimaciones de las emisiones de las
principales fuentes puntuales en las ciudades de Tijuana y Rosarito a través de la evaluación
de la representatividad de los datos de actividad y factores de emisión utilizados en las
estimaciones.
4.4.
Análisis de los programas para mejorar la calidad del aire y otros estudios en la
región fronteriza.
Los programas para mejorar la calidad del aire (PROAIRE) han sido publicados para las
ciudades de Tijuana y Mexicali para el periodo 2000-2005 (Gobierno del Estado de Baja
California, 1999, 2000) en años anteriores y existen en proceso de elaboración la actualización
de los correspondientes programas. El propósito de hacer uso de la información contenida en
los programas para mejorar la calidad del aire es el de conocer el grado de factibilidad y
73
alcance de las acciones propuestas en el PROAIRE Mexicali-Valle Imperial al ser contrastadas
con los resultados obtenidos tanto del análisis de los datos provenientes de las estaciones de
monitoreo en ambos lados de la frontera, así como su análisis y comparación con los
inventarios de emisiones existentes y con los resultados de la modelación desarrollada en la
región.
4.4.1. Estudios realizados en la zona fronteriza
Estudios de transporte de contaminantes
El transporte transfronterizo de contaminantes en la zona de Mexicali y Valle Imperial ha sido
una preocupación creciente para los habitantes en ambos lados de esta región, debido a que
los contaminantes emitidos provenientes de las actividades antropogénicas (industriales,
comerciales, agrícolas, y de los cruces fronterizos) y de las fuentes naturales (polvo) pueden
llegar tener impactos en la salud humana y en el medio ambiente. Como una de las más
ciudades de más rápido crecimiento en México en la última década (Quintero et al., 2006,
2010), Mexicali se ha convertido en una región que con problemas para cumplir con las normas
de calidad del aire para CO, O3, y PM10 en México como consecuencia del rápido crecimiento
demográfico y la expansión de la industrial.
En las últimas dos décadas los gobiernos de México y Estados Unidos han realizado esfuerzos
considerables para evaluar, entender, y controlar el transporte transfronterizo de las emisiones
(US-EPA 2003, 2006, 2008). Las concentraciones ambientales de contaminantes criterio han
sido monitoreadas y varios estudios especiales se han puesto en marcha para comprender
mejor la dinámica de la calidad del aire en esta región. El estudio denominado “Imperial Valley
/Mexicali Cross Border PM10 Transport Study” se inició en 1992 para estimar la distribución
espacial y temporal de las concentraciones de PM10, conocer las principales fuentes emisoras
que contribuyen a las concentraciones de PM10, y para analizar la composición química
(elemental, metales, iones y la fracción orgánica) de PM10 y PM2.5, y para estimar el
transporte transfronterizo de PM10 en la zona fronteriza del Valle Imperial-Mexicali (Chow et al,
2000; Chow y Watson, 2001; Watson y Chow, 2001).
Este estudio “Imperial Valley /Mexicali Cross Border PM10 Transport Study” encontró que la
mayoría de PM10 tiene un origen geológico por re-suspensión de polvos, con una fracción
significativa de proveniente de los escapes de fuentes móviles, una cierta contribución
proveniente de la quema de biomasa y de pequeñas fracciones de compuestos inorgánicos
secundarios, aunque las concentraciones en masa de la tarde en Mexicali casi duplicaron a los
de Calexico, aunque las concentraciones en masa del material particulado en Mexicali fueron
casi el doble de las concentraciones observadas en el lado americano en el mismo periodo, el
total del transporte transfronterizo fue sólo de alrededor de una y una-y-media veces más alto
que en México, debido a que los vientos del norte fueron más frecuentes. Adicionalmente, el
74
proyecto de MOHAVE (“Measurement of Haze and Visual Effects”) de los Estados Unidos fue
diseñado para estimar la contribución de la central eléctrica de Mohave al deterioro de la
visibilidad en el Parque Nacional del Gran Cañón, mostrando que la contaminación del aire
proveniente de Baja California podía ser transportada a la región del Gran Cañón e impactar en
la visibilidad en el Parque Nacional (Eatough et al., 2001).
Varios proyectos apoyados por la “Southwest Center for Environmental Research and Policy”
(SCERP por sus siglas en inglés) han obtenido y analizado un amplio conjunto de compuestos
orgánicos volátiles y de partículas PM10 y estudiado su correlación con los campos de viento
en Mexicali y Calexico, así como los impactos de las plantas de generación de energía, la
quema de productos agrícolas, y cruce transfronterizo de camiones comerciales en la calidad
del aire desde 1991 (Mendoza et al., 2007). El estudio de los efectos de la contaminación del
medio ambiente (en especial PM10) en las enfermedades respiratorias también se incluyeron
en estos proyectos. Como parte del estudio de 1997 denominado “Southern California Ozone
Study” (SCO97), se midieron las concentraciones ambientales de compuestos orgánicos
volátiles y se estudiaron las contribuciones correspondientes de las principales fuentes
emisoras (Zielinska et al., 1999). Un hallazgo clave fue la determinación de la gran contribución
de las fuentes móviles a las concentraciones ambientales de los compuestos orgánicos
volátiles totales. En una campaña complementaria realizada 1999, una distribución más
detallada de las fuentes que contribuyen a las concentraciones ambientes de COVs señaló a
los vehículos de gasolina como los principales contribuyentes (Fujita et al., 2004).
Como fue señalado en la sección de análisis de las emisiones en la zona fronteriza en este
documento, el primer inventario de emisiones desarrollado para Mexicali se publicó como parte
del Programa para Mejorar la Calidad del Aire en Mexicali (PROAIRE) para un año base de
1996 (Gobierno del Estado de Baja California, 1999). El inventario incluyó la estimación de las
emisiones de PM10, SO2, CO, NOx, hidrocarburos, Pb, NH3 para diversas fuentes incluyendo:
fuentes puntuales, fuentes de área (incluyendo biogénicas y por erosión de suelo) y fuentes
móviles (con y sin circulación en carreteras). La continuación de los esfuerzos para mejorar las
estimaciones de las emisiones en esta región permitieron la publicación del inventario de
emisiones para Mexicali para el año base 2005 el cual incluye numerosas mejoras y
actualizaciones con respecto a las estimaciones anteriores (ERG, 2009). El reciente inventario
incluye las emisiones de PM10, PM2.5, SO2, CO, NOx, COVs, CH4, y NH3 para las fuentes
puntuales, fuentes de área, y fuentes móviles en la ciudad de Mexicali.
Más recientemente, García-Cueto et al. (2007) examinó la existencia de islas de calor urbano y
su relación con el uso de la tierra en la ciudad de Mexicali mediante medidas directas in situ de
la temperatura del aire e imágenes satelitales. Los resultados de ese estudio muestran el
desarrollo de una isla de calor urbana nocturna con intensidad máxima durante el otoño, pero
con la presencia de una isla urbana fría durante el día en cualquier época del año.
75
Similarmente, por medio de un análisis espacial de las mediciones de temperatura en Mexicali
con una base de datos de 2000 a 2005 se observó la presencia de una masa de aire tibio
nocturna en la atmósfera urbana, encontrándose que la diferencia máxima entre la ciudad y sus
alrededores ocurre en invierno (García-Cueto et al, 2009).
En un estudio reciente denominado “Border Ozone Reduction and Air Quality Improvement
Program” (BORAQIP por sus siglas en inglés) realizado en la región del Valle de MexicaliImperial en 2005, se midieron las concentraciones ambientales de una amplia gama de
compuestos orgánicos volátiles. Las observaciones obtenidas fueron analizadas para
determinar la contribución de las diversas fuentes emisoras a las concentraciones ambientes,
indicando una aportación del 56% de compuestos orgánicos volátiles relacionados con fuentes
móviles a gasolina, 18% proveniente de las emisiones de gas LP, el 6% proveniente de las
emisiones de combustión de diesel, y el 5% proveniente de los productos de consumo
(Mendoza et al., 2009). Similarmente, se caracterizó la composición química de las partículas
finas (PM2.5) (Mendoza et al., 2010), y los resultados sugieren que la fuente predominante es
de origen antropogénico y que el material orgánico, en lugar del polvo mineral, es el principal
componente. Además, un laboratorio móvil fue utilizado para analizar las emisiones de NOx,
CO, compuestos orgánicos volátiles específicos, NH3, y algunos de los componentes
principales de partículas finas y sus propiedades de las fuentes móviles para cuantificar mejor
las características de las emisiones por estas fuentes bajo diferentes modos de funcionamiento
(Zavala et al., 2009).
Estudios sobre salud pública
Se han realizado algunos estudios sobre los efectos en salud pública por el material particulado
en Mexicali. Al inicio de la década de los 90s, Osornio-Vargas et al. (1991) sugirieron a través
de la toxicidad celular inducida experimentalmente por un polvo mezclado con contenido de
illita y sílice de Mexicali puede llevar a fibrosis pulmonar en personas expuestas.
Moreno et al. (1997) encontró que las muestras de polvo de Mexicali puede inducir anafases
anormales y podría actuar como un agente clastogénico. Collins et al. (2001) utilizaron un
modelo de regresión Poisson para estudiar el impacto que las PM10 pudieron haber tenido
sobre las principales enfermedades respiratorias en el Valle Imperial-Mexicali utilizando los
datos recogidos durante el período 1997-2000. Kelly et al. (2010) identificaron episodios de la
tarde en Calexico / Mexicali con la participación de los picos de concentración de material
particulado hasta 10 veces mayores que las reportadas para causar efectos adversos a la
salud. Más recientemente, Osornio et al. (2011) encontraron que el material particulado puede
causar la degradación del CND y el tamaño del material particulado, y que el tipo de suelo o
elementos antropogénicos generan patrones específico biológicos de respuesta. Así, todos
76
estos estudios se centran en los efectos de salud provocados por el polvo en el material
particulado.
Estudios sobre la Central Geotérmica de Cerro Prieto
Los recursos renovables pueden reducir las emisiones contaminantes al aire. Debido a esto, los
recursos renovables han jugado un papel importante en la negociación de acuerdos
internacionales, muchos de los cuales han incluido la participación activa del gobierno
mexicano. México en años recientes ha surgido como un país líder en la región, y más
ampliamente en el mundo en desarrollo, en las áreas de energía limpia y control de emisiones.
La energía geotérmica es una forma de energía renovable derivado de calor en la corteza
terrestre. Este es considerado como una fuente de energía renovable debido a que el agua se
repone mediante la lluvia y el calor es continuamente producido por la tierra. La energía
geotérmica se ha utilizado durante miles de años en algunos países para cocinar y calentar.
Esta energía térmica es contenida en la roca y los fluidos debajo de la corteza terrestre. Esta se
puede encontrar desde el suelo poco profundo hasta varios kilómetros por debajo la superficie,
e incluso más abajo de la roca fundida extremadamente caliente llamada magma. Estos
depósitos subterráneos de vapor y agua caliente puede ser aprovechada para generar
electricidad o para calentar y enfriar edificios directamente4.
La energía geotérmica puede ser encontrada en forma de volcanes, aguas termales y géiseres.
Básicamente hay tres tipos de plantas de energía geotérmica para extraer energía de debajo
de la tierra: vapor seco, “flasheo” de vapor, y planta de energía binaria. Hay muchas ventajas
de la energía geotérmica. Esta puede ser extraída sin quemar un combustible fósil como el
carbón, el gas o el petróleo. La energía geotérmica tiene emisiones muy bajas de gases de
efecto invernadero. A diferencia de la energía solar y la eólica, la energía geotérmica está
siempre disponible los 365 días del año. Sin embargo, tiene algunos problemas ambientales.
La principal preocupación es la liberación de sulfuro de hidrógeno, un gas que huele a huevos
podridos a bajas concentraciones. Otra preocupación es la disposición de algunos fluidos
geotérmicos, que pueden contener bajos niveles de materiales tóxicos.
En 1982, la Comisión Federal de Electricidad de México (CFE) creó la División de Proyectos
Eléctricos Geotérmicos cuya función específica es la de coordinar todas las actividades
relacionadas con energía geotérmica en México. La CFE fue responsable de que México se
convirtiera en uno de los mayores productores de energía geotérmica todo el mundo. La
Central Geotérmica de Cerro Prieto es el sitio más importante que ha sido desarrollado por el
gobierno mexicano. Es una de las estaciones de energía geotérmica más grandes en el mundo,
4
http://environment.nationalgeographic.com/environment/global-warming/geothermal-profile/(accesado en
11/3/11)
77
con una capacidad instalada de 720 MW, con planes de expansión hasta 820 MW para el año
2012. Se encuentra localizada en el Valle de Mexicali entre el Pacífico y las placas tectónicas
de América, cerca de la Falla de San Andrés. La llanura es un delta, y el área geológica está
compuesta por arcillas no consolidadas, arena y grava que se apoyan en las rocas
sedimentarias de areniscas, lutitas y limonitas. Algunos de los pozos en el campo fueron
perforados en al final de la década de 1960. Sin embargo, no fue sino hasta abril de 1973 que
dos unidades de 37.5 MW comenzaron a funcionar. Actualmente el sitio tiene una capacidad de
720 MW distribuidos en cuatro plantas, Cerro Prieto I-IV (180, 220, 220 y 100 MW
respectivamente) (SDRRESG, 2005).
No hay emisiones de Cerro Prieto reportados en el inventario de emisiones de Mexicali. Sin
embargo, como se mencionó en la Sección 4.3.1, de acuerdo con el RETC en 2009 Cerro
Prieto emitió 11.8 Gg de CH4, indicando que es la principal fuente fija de CH4 en la región
fronteriza, además de 416.3 Gg de CO2 (SEMARNAT, 2009). Por otra parte, en 2009 hubo
emisiones anuales de sulfuro de hidrógeno de Cerro Prieto de ~ 12 Gg (SEMARNAT, 2009).
De acuerdo con un artículo publicado por la CFE (Puente y Hernández, 2005), la CFE ha
monitoreado las concentraciones ambientales de H2S en los alrededores de la Central
Geotérmica de Cerro Prieto desde 1997. Los datos de monitoreo muestran que, alrededor y en
el entorno de la planta de energía, los promedios mensuales de las concentraciones de H2S
fueron por debajo de 15 y 40 ppb en el verano e invierno, respectivamente, y el 90% de las
veces las concentraciones horarias de H2S estaban por debajo de 50 ppb, estableciendo que
no hay peligro para la salud. Esto es consistente con el estudio de Gallegos et al. (2000), los
cuales utilizaron un modelo de dispersión para estimar las concentraciones de H2S emitidos por
Cerro Prieto, y encontraron que las concentraciones medias anuales en las áreas pobladas
cercanas fueron de aproximadamente 13-14 ppb, mientras estas fueron de alrededor de 30 ppb
en el campo geotérmico.
Sin embargo, recientemente los impactos ambientales y de salud han sido una gran
preocupación de los residentes en las localidades de la central geotérmica, incluyendo Nuevo
León, Oaxaca, Michoacán de Ocampo, Delta y Pátzcuaro5. De acuerdo con los investigadores
locales, la mayoría de la población infantil sufre de asma, sordera y la pérdida del olfato,
además de los daños a la agricultura debido al alto contenido de sales (Imperial/Mexicali AQTF,
2010).
Un estudio encargado por la CFE y llevada a cabo por Programa Universitario del Medio
Ambiente (PUMA) de la UNAM en 2010 concluyó que “la calidad del aire en el valle de Mexicali
es buena, ya que sus niveles están muy por debajo de las normas ambientales mexicanas,
5
http://www.bionero.org/ecologia/contaminacion-de-geotermica-de-cerro-prieto-enferma-al-valle-de-mexicali.
(Accesado en 11/3/11)
78
particularmente respecto al Ácido Sulfhídrico dentro de la zona de influencia, no rebasan la
Norma Oficial Mexicana”. Con respecto a la calidad del agua, el estudio determinó que “no
existe un incremento de los químicos de Cerro Prieto hacia las zonas agrícolas aledañas,
además que las muestras de agua indican que el mercurio, el cromo y el cobre no representan
peligro alguno en la región. Las concentraciones de arsénico, flúor y cadmio están por abajo de
los límites establecidos para agua potable, mientras que el boro en la zona agrícola cumplió
con los criterios ecológicos de calidad del agua para riego de cultivos sensibles y además no se
observó evidencia de un flujo hacia los pozos someros”. El estudio también encontró que “las
concentraciones de los elementos Litio y Boro tampoco representan un riesgo para el desarrollo
vegetal y ambiental puesto que no sobrepasan los límites ambientales y se asocian a los
niveles de salinidad propias de los suelos de esta región.”. La Facultad de Medicina informó
que “en cuanto a los síntomas oculares y los síntomas respiratorios, la prevalencia fue baja y
con dichos datos no es posible identificar ningún daño a la salud que parezca directamente
relacionado con el complejo geotérmico”6.
Aparte de la conferencia de prensa que se mencionó anteriormente, el informe completo de
este estudio no ha sido publicado aún para permitir una revisión de las mediciones y análisis.
Es importante llevar a cabo un estudio de campo independiente para caracterizar las emisiones
de la Central Geotérmica de Cerro Prieto, así como los impactos en la salud. Cabe señalar que,
en respuesta a las quejas sobre el impacto potencial sobre el ambiente y la salud en contra de
la Central Geotérmica de Cerro Prieto, la CFE está diseñando un proyecto de $ 72.6millones de
dólares para reducir la evaporación superficial del depósito. La empresa también contratará a
un laboratorio para evaluar cualquier emisión. El proyecto será completado en el año 20187.
4.4.2. Programas para Mejorar la Calidad del Aire de Mexicali
Como se describió anteriormente, Mexicali juega un papel importante en la economía nacional
de México debido a su dinámica urbana, demográfica, manufacturera y empresarial, así como
su proximidad a los Estados Unidos. Si bien el desarrollo de la ciudad tiene beneficios sociales
y económicos, también genera problemas ambientales, particularmente el deterioro de la
calidad del aire. La proliferación de un gran número de actividades industriales, comerciales y
de servicios, así como el acelerado crecimiento de su flota de vehicular, han tenido un impacto
negativo en la calidad del aire en Mexicali. Esto se debe especialmente a la mala condición en
la que se encuentran los vehículos privados y el sistema de transporte público; y la importación
de vehículos usados altamente contaminantes. La situación se acentúa a través de las
6
http://www.bionero.org/especiales/reportajes/estudio-de-la-unam-sostiene-que-geotermoelectrica-cerro-prieto-nocontamina-hay-polemica (Accesado en 11/4/2011).
7
http://thinkgeoenergy.com/archives/8170 (Accesado en 11/3/11).
79
emisiones de polvo y material particulado generado por la quema urbana clandestina, quemas
agrícolas, y las emisiones de carreteras y caminos sin pavimentar (Gobierno del Estado de
Baja California, 1999).
Aunque ha habido intentos aislados en la solución de estos problemas, estos no siempre han
tenido éxito como resultado de una planificación estratégica coordinada de los tres niveles de
gobierno (municipal, estatal y federal). Además, la presencia de autoridades de México y
Estados Unidos con diferentes responsabilidades y estructuras jurisdiccionales en la región
Mexicali-Valle Imperial; la existencia de conglomerados urbanos con diferentes niveles de
desarrollo; y la diversidad de actividades agrícolas, comerciales y de servicios, requieren de
enfoques integrados y complejos en la solución del problema de la contaminación del aire
(Gobierno del Estado de Baja California, 1999).
El Programa para Mejorar la Calidad del Aire de Mexicali 2000-2005 (PROARE 2000-2005)
representa el esfuerzo conjunto entre autoridades ambientales municipales, estatales y
federales, los miembros de la comunidad académica y organizaciones no gubernamentales,
para diseñar e implementar un conjunto de estrategias para controlar las fuentes de
contaminantes que afectan la calidad del aire en la ciudad de Mexicali y para proteger la salud
de la población. El Programa aspira a convertirse en un conjunto de directrices a seguir, que no
sólo beneficiará a Mexicali, sino también el resto de la cuenca atmosférica binacional (Gobierno
del Estado de Baja California, 1999).
El documento PROARIE revisa los problemas de contaminación del aire que Mexicali enfrenta
y los esfuerzos que se han hecho para reducir los niveles de contaminantes del aire en la
ciudad. En él se describe el primer inventario de emisiones desarrollado para Mexicali con año
base 1996. El PROAIRE contiene las siguientes cinco estrategias y cada una de ellas las
agrupa en un número diferente de acciones específicas que si se aplica de acuerdo al
programa, reducirían las emisiones de los diferentes contaminantes que exceden los Niveles
Máximos Permisibles de calidad del aire:
•
•
•
•
•
Industria, comercio y servicios
Vehículos de motor
Gestión urbana y de transporte
Recuperación ecológica
Investigación y acuerdos internacionales
Un total de 27 acciones concretas se recomendaron para controlar las emisiones de los cuatro
sectores: industria, comercio y servicios, transporte, y suelos y vegetación (Gobierno del
Estado de Baja California, 1999). De acuerdo con un estudio publicado por Quintero y Nieblas
(2008), siete años después de la aplicación de la PROAIRE en Mexicali se ha observado muy
80
poco progreso en las acciones señaladas en las estrategias del Programa, a excepción de los
siguientes logros:
• Incorporación de la red de monitoreo de la calidad en Mexicali, bajo la gestión del
Estado de Baja California. En junio de 2007 el gobierno del estado se hizo cargo de la
operación de la red de monitoreo de la US EPA, la cual manejó y financió la red de
monitoreo desde 1997.
• Hacer pública la información sobre el estado de la calidad del aire en tiempo real. Los
datos colectados por las estaciones de monitoreo de calidad del aire se publican en
línea, junto con el índice de calidad del aire (IMECA) para los contaminantes criterio.
• Desarrollo de un estudio integral y mejoramiento del transporte público. Se han llevado
a cabo diversos estudios y proyectos, dando lugar a la adquisición de 200 autobuses
nuevos equipados con sistemas de aire acondicionado para mejorar la movilidad y la
calidad del aire.
• Programa Integral de Pavimentación y Calidad del Aire (PIPCA). A nivel estatal, el
PIPCA está desarrollándose en cinco municipios incluyendo Mexicali. La pavimentación
ha llevado a una reducción de PM10 de 14.5%.
El PROARE 2000-2005 ha sido actualizado por Quintero et al. (2010). Las acciones que no se
han aplicado se incluyen en el PROAIRE 2010-2015, que actualmente está siendo revisado por
la SEMARNAT. De las 5 estrategias que se consideran en el PROAIRE, los siguientes son
necesidades urgentes que necesitan ser implementadas:
• Industria, comercio y servicios: la recuperación de vapores en terminales de
almacenamiento y estaciones de servicio, evaluación del impacto ambiental en la
Central Geotérmica de Cerro Prieto, la implantación de un programa de reducción de
COV en la industria.
• Vehículos de motor: condicionar a Estados Unidos la importación de los vehículos
usados para que se certifique la inspección de vehicular (“smog check”) del país de
origen.
Debe tenerse en cuenta en nuestro estudio se han revisado y evaluado no sólo las tendencias
históricas de los contaminantes criterio, sino también las fuentes y procesos de emisión. En
base a este análisis, hemos preparado una lista de recomendaciones para mejorar la calidad
del aire y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
81
4.5.
Actividades de modelación de la calidad del aire.
Se han realizado varios estudios de modelación relacionados con los problemas de calidad del
aire en el área de Mexicali - Valle Imperial. Se ha aplicado un modelo de meteorológico de
mesoescala (MM5) para simular y obtener una mejor comprensión de las condiciones
meteorológicas y los patrones de circulación que llevan a las altas concentraciones de ozono
en el Valle de Mexicali-Imperial. Se ha investigado también el comportamiento del modelo a
cambios en la parametrización física, a la resolución horizontal, y la asimilación de datos a
través de pruebas de sensibilidad (Vanoye y Mendoza, 2009).
Los resultados del estudio no mostraron que se obtuvieran mejoras significativas con una alta
resolución de malla y el uso de la Asimilación de Datos en Cuatro Dimensiones (FDDA por sus
siglas en inglés), probablemente debido a la insuficiencia de los datos en las observaciones y la
poca resolución espacial utilizada para las emisiones. Los resultados del estudio también
mostraron que la formación de la zona de convergencia y un mezclado lento con bajas alturas
de mezclado pueden aumentar los niveles de contaminación de O3.
Se han empleado también los modelos receptores de Balance Químico de Masa (CMB por sus
siglas en inglés) para identificar y cuantificar las fuentes de material particulado grueso (PM10)
(Chow et al., 2000) y compuestos orgánicos volátiles (COVs) (Mendoza et al., 2009) en la
región fronteriza de Mexicali -Valle Imperial. Los resultados sugieren que la mayoría de las
PM10 observadas se originaron a partir de polvo, con una fracción significativa proveniente de
los escapes de fuentes móviles, cierta contribución de la quema de biomasa y algunas
pequeñas fracciones provenientes de compuestos inorgánicos secundarios. Los resultados
sugieren también que las principales fuentes que aportaron a las concentraciones de los COV
fueron: el escape de automóviles a gasolina (56%), emisiones de gas LP (18%), gases de
escape de vehículos a diesel (6%) y productos de consumo (5%).
De acuerdo a los resultados de un análisis con CMB utilizando las observaciones de material
particulado obtenidas durante un estudio realizado en la región fronteriza de Valle ImperialMexicali al inicio de los 90’s (Chow et al., 2000), aunque las concentraciones en masa del
material particulado en Mexicali fueron casi el doble de las concentraciones observadas en
Calexico en el mismo periodo, el total del transporte transfronterizo fue sólo de alrededor de
una y una-y-media veces más alto que en México, debido a que los vientos del norte fueron
más frecuentes. El análisis de CMB también identificó que el material particulado originado en
el lado Mexicano, incluso podría transportarse hacia el norte en la región del Gran Cañón
(Eatough et al, 2001). Los análisis de tipo trayectoria inversa (“back-trajectory”) realizados con
el modelo HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model por sus
siglas en inglés) también permitieron explorar el transporte de la pluma y su efecto sobre la
composición química del material particualdo, y se encontró que las emisiones del Sur de
82
California (tan lejos como hasta Los Ángeles, CA) puede tener una fuerte influencia sobre los
niveles del material particulado en Mexicali durante el invierno (Mendoza et al., 2010).
Se ha aplicado el modelo 3D de transporte químico CMAQ (Community Multiscale Air Quality
Modeling System por sus silgas en inglés) para investigar la formación de contaminantes y el
transporte transfronterizos en el área de Mexicali-Valle Imperial, y para estimar la contribución
de las fuentes hacia los niveles de O3 y PM2.5 (Mendoza et al., 2011). Se encontró que las
emisiones de la región de Tijuana-San Diego, en particular las emisiones de fuentes móviles,
pueden tener un papel muy importante en la calidad del aire de la zona de Mexicali-Valle
Imperial durante verano. Los resultados sugieren que la formación de O3 en la región MexicaliValle Imperial fue más sensible a los controles de NOx que a los controles de COVs. Para las
PM2.5, alrededor del 50% de la PM2.5 en Mexicali durante el episodio de verano se pueden
atribuir directamente a las fuentes de área locales, aunque hubo muy pequeñas contribuciones
de las fuentes móviles (<2%) debido a la probable subestimación de las emisiones de PM2.5.
En este estudio se utilizó, un inventario de emisiones cercano al año 2000.
Estudios más completos utilizando Modelos de Transporte Químico (CTM) dirigidos hacia una
amplia gama de aspectos de calidad del aire y el clima utilizando inventarios de emisión
mejorados en conjunto con el uso de datos de campañas intensivas de mediciones de campo
están en marcha. Un modelo con escala regional-a-urbana con acoplamiento en línea de la
química y clima (WRF-Chem) ha sido desarrollado en el Centro Molina para Energía y Medio
Ambiente, proporcionando una herramienta útil para apoyar en el diseño de políticas de control
de la contaminación regional y estrategias de mitigación del cambio climático. Este modelo se
utilizará para evaluar más a fondo la calidad del aire y el clima regional, cuando el inventario de
emisiones de 2010 a lo largo de la frontera México-Estados Unidos sea liberada por la
California Air Resources Board.
5. HALLAZGOS E IMPLICACIONES DE POLITICA PUBLICA
Con base en los resultados descritos anteriormente y en el análisis del programa de calidad del
aire en Mexicali, en esta sección presentamos algunas medidas que pueden ser utilizadas para
el diseño, mejoramiento, y evaluación de políticas de control de la contaminación y que pueden
contribuir a mejorar la calidad del aire en la región fronteriza, así como mitigar el cambio
climático.
Redes de Monitoreo
1) De los análisis de las concentraciones y tendencias históricas de los contaminantes
criterio y compuestos tóxicos en fase gaseosa y de aerosoles se desprende que es
83
necesario el fortalecimiento de los programas de medición continua a través de la
redes locales de monitoreo en la zona fronteriza de Valle Imperial-Mexicali. Esto
incluye mejorías en el aseguramiento de calidad de los datos, el aumento y/o
reubicación de las estaciones de monitoreo y el equipamiento de las estaciones con
instrumentos de medición de parámetros adicionales.
2) Las mediciones de los compuestos tóxicos obtenidas en la última década en la zona
fronteriza representan una rica base de datos que ayudan a entender los impactos
de las principales fuentes de emisión, así como para evaluar las estrategias de
control de la calidad del aire. Por lo tanto es importante que las mediciones de
contaminantes tóxicos en la región continúen realizándose e incluso se extiendan a
más estaciones de monitoreo en la zona para proveer una cobertura más amplia de
las condiciones atmosféricas y para reflejar la rápida expansión urbana y el
transporte de contaminantes.
3) Las mediciones obtenidas durante la campaña de mediciones Cal-Mex 2010
mostraron que el carbono negro constituye una fracción importante del material
particulado fino. Por lo tanto, se recomienda incluir mediciones del contenido de
carbono negro en partículas como parte de las actividades de monitoreo en las
redes locales para evaluar las estrategias de control de la contaminación y de
mitigación del cambio climático.
4) Los resultados muestran que el transporte transfronterizo de contaminantes
secundarios puede tener impactos a escala regional, por lo que se recomienda que
se amplíe la cobertura espacial de las redes de monitoreo para tener un mejor
entendimiento sobre la evolución de estas especies durante su transporte.
5) Los estudios realizados en la zona fronteriza subrayan la importancia del material
particulado en el deterioro de la calidad del aire, por lo que se recomienda que se
amplíe la capacidad de monitoreo de PM10 y PM2.5 en las redes locales de
monitoreo, que ayuden en la evaluación de las políticas de prevención y control de
la calidad del aire regional. Adicionalmente, debido a su importante papel en los
efectos en salud y el clima, las mediciones rutinarias de PM2.5 deberían ser
incluidas en las estaciones de monitoreo de las redes locales.
Inventario de Emisiones
1) Las mediciones realizadas en la zona fronteriza sugieren que las concentraciones
de carbono negro en esta zona pueden ser considerables. Es recomendable que los
84
inventarios de emisiones en la región fronteriza incluyan las estimaciones de las
emisiones de carbono negro de las principales fuentes de combustión en la zona, y
que las estimaciones sean evaluadas con técnicas de modelación inversa y
utilizando técnicas de estimación “de arriba hacia abajo” para las emisiones
estimadas.
2) La región fronteriza cuenta con la presencia de importantes fuentes industriales
incluyendo los ramos de manufactura, automotriz, y de generación de energía
eléctrica, entre otros. Sin embargo, los resultados sugieren que las plantas
generadoras de energía eléctrica pueden llegar a tener un impacto importante en las
emisiones totales de algunos contaminantes en la región. Se recomienda utilizar
técnicas de modelación y medición de emisiones in situ para fuentes puntuales para
determinar la incertidumbre asociada a las emisiones de NOx, SOx y partículas por
estas fuentes, así como investigar su representatividad en la distribución temporal
en los inventarios de emisiones.
3) Los resultados sugieren diferencias importantes entre las estimaciones de las
emisiones por fuentes de área en las zonas fronterizas. Se recomienda evaluar y
actualizar continuamente las bases de datos utilizadas para realizar las
estimaciones por fuentes de área, en particular para las emisiones provenientes del
recubrimiento de superficies (industriales y arquitectónicas) y del uso comercial y
doméstico de solventes.
4) La contribución a las emisiones de NH3 por la aplicación de fertilizantes en la región
de Mexicali-Valle Imperial puede llegar a ser muy importante en los niveles
ambientales de esta especie. Debido a que el NH3 puede impactar los niveles de
formación secundaria de aerosoles inorgánicos en ambos lados de la frontera, es
muy importante evaluar las incertidumbres en las estimaciones de las emisiones de
NH3 por este tipo de fuente.
5) Los resultados de las mediciones sugieren que las emisiones de material particulado
en la región fronteriza se encuentran dominadas sobremanera por la erosión del
suelo y el levantamiento de polvos en caminos sin pavimentar y pavimentados. Es
recomendable caracterizar las incertidumbres de las emisiones de material
particulado estimadas para estas fuentes por medio de mediciones de campo en
conjunto con la aplicación de modelos de erosión de suelos y dispersión en la zona.
6) Las discrepancias observadas con respecto a la magnitud de las emisiones locales
de CH4 por la disposición de rellenos sanitarios entre los diferentes inventarios
locales, estatales y nacional muestran la necesidad de realizar evaluaciones de las
incertidumbres asociadas utilizando técnicas de modelación inversa y mediciones
85
directas de emisiones locales de CH4 en la zona fronteriza. Similarmente, los
resultados muestran la necesidad de actualizar las bases de datos utilizadas para
reducir incertidumbres durante la estimación de las fuentes de emisión de CH4.
7) Los resultados muestran diferencias importantes en las emisiones estimadas por
tipo de vehículo en la región fronteriza. Es importante actualizar las bases de datos
para la estimación de las emisiones por estas fuentes así como evaluar las
incertidumbres asociadas combinando la estimación de estas emisiones con
técnicas de “abajo hacia arriba” y la medición directa de emisiones por fuentes
móviles en carretera.
8) La quema de productos agrícolas y de biomasa puede llegar a contribuir con altas
emisiones de COVs y material particulado (incluyendo carbono negro) en periodos
cortos de tiempo en la región. Se recomienda generar y actualizar continuamente
una base de datos con información sobre la ubicación, magnitud y características de
los eventos de quema de biomasa. Esta información será muy valiosa para la toma
de decisiones sobre el diseño de políticas de control y durante la selección de
periodos de modelación regional de la calidad del aire.
9) Los resultados muestran que las distribuciones de las emisiones por fuentes móviles
y por fuentes puntuales en la zona fronteriza son bastante sesgadas espacialmente:
un pequeño número fuentes (e.g. vías de acceso, avenidas, carreteras, e industrias
especificas) contienen un gran porcentaje de las emisiones totales. La presencia de
“hot spots” en estas distribuciones puede tener consecuencias muy importantes en
la certidumbre para la predicción de la ubicación y la ocurrencia de concentraciones
máximas de compuestos secundarios por lo cual se recomienda evaluar la
representatividad de las distribuciones espaciales de las emisiones en los
inventarios en la zona fronteriza.
El análisis comparativo de los inventarios existentes en la región fronteriza ha permitido
identificar áreas de oportunidad que pueden ayudar a reducir las incertidumbres asociadas a
las estimaciones. Así, se han identificado diferentes categorías de emisión dentro de las
utilización de métodos del tipo “arriba hacia abajo” junto con técnicas de modelación inversa
para investigar las incertidumbres asociadas a las estimaciones de las diferentes categorías de
emisión descritas.
Estudios Especiales
86
1) A pesar de que varios proyectos y estudios se han realizado recientemente para
hacer frente a los problemas de calidad del aire en Mexicali, el alcance, extensión y
profundidad de estos estudios son todavía limitados. Son necesarios más esfuerzos
para realizar mediciones y actividades de modelación para comprender mejor la
contaminación del aire y sus efectos en salud y el clima, así como para proporcionar
información científica para el diseño y evaluación de políticas de control de
emisiones.
2) Los impactos ambientales y de salud han sido una preocupación seria para los
residentes cercanos a la planta de energía geotérmica en Cerro Prieto, con informes
indicando que la mayoría de la población infantil sufre de asma, sordera y la pérdida
del olfato, además de los daños a la agricultura debido al alto contenido de
salmuera. Esto contrasta con las plantas de energía geotérmica en California, en las
cuales se vuelve a inyectar la cantidad total de salmuera. Es importante llevar a
cabo un estudio de campo independiente para caracterizar las emisiones de la
estación de energía geotérmica de Cerro Prieto, así como de los impactos en la
salud de los residentes locales.
3) Es recomendable medir con alta resolución temporal de las concentraciones COVs y
su especiación detallada para que puedan ser utilizados para identificar las fuentes
de emisión locales y evaluar las estimaciones de COVs en el inventario de
emisiones.
4) Se necesitan mediciones de alta resolución temporal de PM2.5 (utilizando
instrumentos avanzados como el espectrómetro de masas de aerosol) y el análisis
cuantitativo de la composición química de las PM2.5 para obtener una información
útil para la identificación de las fuentes emisoras del material particulado fino, sus
transformaciones atmosféricas y efectos en la salud. Las propiedades ópticas de los
aerosoles, especialmente el componente de carbono negro proveniente de fuentes
de combustión de diesel y biomasa, deben ser medidos y analizados para evaluar el
impacto de PM en el clima. Ya que el polvo es un componente importante de PM10
y dado su importante papel en los efectos en la salud, es necesario caracterizar las
regiones de origen del polvo en la zona fronteriza para comprender mejor el aporte
de la resuspensión de polvos en carreteras y por la erosión natural del viento.
Impactos en Salud
1) La salud humana es la principal preocupación sobre la contaminación del aire y el
principal impulsor de las acciones de política. Como se señaló en el informe, los
87
residentes de Mexicali, en especial los niños, han sufrido de asma, alergias,
tuberculosis resistentes a los antibióticos, la fibrosis pulmonar. Sin embargo, sólo
hay unos pocos estudios de salud llevados a cabo en Mexicali. Los estudios en la
salud son necesarios, incluidos los estudios por exposición de contaminantes
múltiples (incluyendo PM, gases tóxicos y metales), con atención especial a los
efectos de diferentes composiciones químicas de los contaminantes, así como los
estudios de series de tiempo de PM2.5 y otros contaminantes. Además, se necesita
un estudio epidemiológico, incluida también la exposición de algunos animales para
el aire ambiente en Mexicali, para proporcionar asociaciones causa-efecto.
88
6. CONCLUSIONES
Las intensas actividades antropogénicas junto con la presencia de fuentes biogénicas y
geológicas importantes, pueden contribuir significativamente a altos niveles de material
particulado (PM) y gases contaminantes en la región fronteriza de California y México. Por ello,
es necesario que los planes estratégicos de control de la calidad del aire en la región fronteriza
estén basados en información adecuada sobre las características de las fuentes de emisión en
esta región. Este informe final presenta los resultados del proyecto: “Estudio de Caso de la
Contaminación en la Cuenca Atmosférica Mexicali-Imperial Valley”, el cual contempla la
integración de los resultados obtenidos durante la campaña de monitoreo Cal-Mex 2010 con los
resultados de los análisis de la información ambiental relevante existente para la región
Mexicali-Valle Imperial. Se espera que resultados de los análisis de los datos obtenidos durante
la campaña de mediciones Cal-Mex 2010 junto con los resultados de los análisis de la
información en este estudio incrementen el entendimiento sobre la importancia de las diferentes
fuentes de emisiones (urbanas, quema de biomasa, naturales) a lo largo de la frontera entre
California y México. Los productos generados de este estudio apoyarán a los tomadores de
decisiones de los tres niveles de gobierno en la región fronteriza de Baja California en la
identificación, implementación y evaluación de medidas de prevención y control de la
contaminación atmosférica, a partir de que se cuente con información técnica y científica de
esta cuenca atmosférica binacional.
La integración de las abundantes bases de datos obtenidas durante la campaña de monitoreo
Cal-Mex 2010 en Tijuana-San Diego con los resultados de los análisis de la información
ambiental relevante existente para la región Mexicali-Calexico presenta una buena oportunidad
para ayudar a entender mejor los impactos de las emisiones generadas también en la zona
fronteriza. La evaluación de los modelos atmosféricos con observaciones dedicadas de alta
calidad es de suma importancia para comprender las incertidumbres asociadas con el estudio
de los impactos ambientales de las fuentes emisoras en la región, así como para realizar
cualquier diagnóstico de la contaminación en la zona fronteriza entre California y México en las
ciudades fronterizas.
Los asuntos más urgentes del ambiente en relación a la contaminación urbana y el cambio
climático están estrechamente vinculados pues comparten causas comunes y sus soluciones.
El hecho de que los contaminantes atmosféricos y gases de efecto invernadero surgen en gran
medida de la combustión (de combustibles fósiles, biocombustibles y biomasa), y que el
material particulado, especialmente carbono negro, juegan un papel clave en la calidad del aire,
el cambio climático y las perturbaciones de los ecosistemas son ejemplos ilustrativos. Hay una
necesidad urgente de seguir y coordinar estudios que puedan apoyar las políticas ambientales
que permitan alcanzar beneficios múltiples.
89
El caso de estudio de Mexicali-Valle Imperial ilustra la complejidad de abordar los asuntos
ambientales en la región fronteriza México-Estados Unidos. Las presiones asociadas con el
crecimiento industrial y demográfico, el aumento en el número de vehículos viejos, los
diferentes marcos reguladores y de gobierno, y las condiciones topográficas y meteorológicas
presentan un contexto desafiante para abordar la gestión de la calidad del aire en la región.
Estos mismos factores también presentan muchas oportunidades para la cooperación
binacional.
En Mexicali, hay una continua necesidad de mejorar el monitoreo de la calidad del aire y las
capacidades de pronóstico para evaluar la exactitud del actual inventario de emisiones, e
identificar los huecos de información relevante. Esta información es fundamental no sólo para la
preparación efectiva de los análisis de calidad del aire y los programas de gestión en el Valle
de Mexicali, sino también para el resto de la cuenca atmosférica binacional. Las políticas para
mejorar la calidad del aire y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero deben estar
basadas en los mejores conocimientos científicos disponibles, sin embargo, la voluntad política
y capacidad debe transformar ese conocimiento en acción para la protección de la salud de la
población. Por otra parte, es necesario contar con la participación activa e informada de la
sociedad civil, el sector privado, la comunidad académica, organizaciones sociales, y el
gobierno, ya que la lucha contra la contaminación requiere la implementación de diferentes
estrategias específicas en múltiples campos de acción.
90
BIBLIOGRAFIA
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