Estudio multifractal de la influencia de factores meteorológicos y químicos en la concentración de ozono troposférico

Abstract

El ozono troposférico es un contaminantes del aire que se forma como consecuencia de reacciones fotoquímicas en las ciudades y sus alrededores. En los últimos años ha ganado protagonismo frente a otro tipo de emisiones, fundamentalmente por los daños que ocasiona en la salud humana y los cultivos, su facilidad para ser transportado de unas zonas a otras y la dificultad para predecir las altas concentraciones. En los procesos de formación, transporte y destrucción de ozono a nivel superficial intervienen tanto agentes meteorológicos como químicos primarios, confiriéndole a sus concentraciones un alto grado de aleatoriedad. Ciñéndonos a los objetivos planteados, esta tesis utiliza el análisis multifractal como herramienta para caracterizar la distribución de los valores de ozono a lo largo del tiempo, teniendo la ventaja de que los resultados obtenidos son independientes de la escala de observación. La primera parte se corresponde con un estudio estacional comparativo del ozono entre diferentes localizaciones de medida (urbana, suburbana y rural) llevado a cabo mediante el empleo del análisis multifractal. Posteriormente se muestran los resultados obtenidos mediante el empleo del análisis multifractal conjunto entre el ozono y uno de sus principales precursores, el dióxido de nitrógeno. La tercera parte, y también mediante el empleo del análisis multifractal conjunto, se centra en la relación de dependencia entre el ozono y algunas variables meteorológicas, como la temperatura, la radiación solar y la humedad del aire. La cuarta se basa en un estudio de los patrones de viento (dirección y velocidad) sobre el ozono troposférico aplicando el análisis multifractal conjunto. En el quinto y último apartado se retoma el análisis multifractal siempre para evaluar la capacidad de un modelo de predicción de ozono troposférico para reproducir la distribución de los datos de las series reales a través de distintas escalas de observación, dotando a esta herramienta de una aplicabilidad eminentemente práctica.

Ground-level ozone is an atmospheric pollutant which is formed as a result of several photochemical reactions in cities and surrounding areas. In recent years, it has gained prominence over other types of emissions, mainly due to the damage caused to human health and crops, its transport from emission areas to surroundings and the difficulty in predicting high concentrations. Both meteorological variables and primary chemical pollutants are involved in formation, transport and destruction of ozone, giving a high degree of randomness. According to the objectives, this thesis uses the multifractal analysis as a tool to characterize the distribution of ozone values over time, taking the advantage that the results are independent from the scale of observation. The first part corresponds to a seasonal comparative study between different ozone measuring locations (urban, suburban and rural) carried out using multifractal analysis. Then, it is shown the results obtained by using joint multifractal analysis of ozone and one of its main precursors, nitrogen dioxide. In the third, it is also used the joint multifractal analysis between ozone and some meteorological variables such as temperature, solar radiation and air humidity. The fourth is based on a wind patterns study (velocity and wind direction) on ozone using the multifractal analysis joint. The fifth section regards multifractal analysis to assess the ability of a predictive model to reproduce the data distribution of real ozone time series over different scales, conferring this tool a very practical application.