Distribución de emisiones en grillaDistribución de emisiones en grilla

Foto: www.plataformaurbana.clProf. Marcelo MenaDirectorDirector

Programas de Postgrado en Recursos NaturalesUniversidad Andres Bello

mmena@unab.cl

Fundamentos

• Inventarios de emisiones son base para gestión bi t l (Pl d d t i ió t i i ambiental (Planes de descontaminación, restricciones

en tiempo real)• Generación de inventarios depende de otros ministerios.

Ejemplo: Modelo de transporte para estimar emisiones de – Ejemplo: Modelo de transporte para estimar emisiones de fuentes móviles

• Modelación regional requiere inventarios regionales. Integrar información.g

• Un inventario es más que una tabla que se muestra a la prensa.

• Modeladores usualmente requieren inventarios antes de d ll dque sean desarrollados.

• Mostraremos una serie de formas de distribuir emisiones para inventarios que no han sido distribuidos geográficamentegeográficamente.

Inventario nacional de emisiones (Mexico)

Financiado por INE, EPA, el estudio fue hecho por Financiado por INE, EPA, el estudio fue hecho por ERG.

Fuentes puntuales medidas, o calculadas por factores de emisión.

Fuentes areales calculadas por actividad ó i f t d i ióeconómica y factores de emisión.

Fuentes móviles calculadas por SMOKE y modelo de transporte con factores de emisión de transporte, con factores de emisión específicos para México.

Fuentes areales

• Emisiones totales de cada región se distribuyen basados bl ió i l 2 6k d l ió d en población regional a ~2.6km de resolución, usando

densidades de población de LANDSCAN

i

jik

kij PPiE

E*

=

• Pi: Población total de estado i.• Pij: Población de grilla j de estado i.

Eik E i ió t t l d i k t d i (M / ñ )• Eik: Emisión total de especie k para estado i (Mg/año)• Eijk: Emisión de especie k para grilla j de estado i

(Mg/año)

Emisiones areales

Legend

VOC (tons/year/cell)

00

0-10

10-20

20-50

50-100

100-200

200-300

300-400300 400

400-500

Fuentes puntuales

• Localidades con más de una fuente se Localidades con más de una fuente se combinan en una fuente

• Estados en frontera tienen categorizada tipo de fuente, mientras que los estados no fronterizos no consideran categorías de sector de emisiónde emisión

• Total nacional de ~3500 fuentes

Legend

Point Sources

NOx (tons/year)

0-100

100-1000

Legend

Point Sources

CO (tons/year)

0-100

100-500

1000-2000

2000-5000

5000-12000

12000-24000

24000-60000

500-1000

1000-2000

2000-4000

4000-12000

12000-20000

Legend Legend

Point Sources

VOC (tons/year)

0-100

100-500

500-1000

Point Sources

SO2 (tons/year)

0-100

100-1000

1000-2000

1000-2000

2000-4000

4000-12000

12000-20000

2000-5000

5000-12000

12000-24000

24000-60000

Fuentes móviles

• Para cada estado se distribuyen de acuerdo a ypoblación en grilla para red vial observada por LANDSCAN (solamente se distribuyen emisiones done existan caminos))

jik PiEE

*=

ikij P

E =

Fuentes móviles

Red vial observada por

Emisiones anuales de NOx para fuentes móviles, inventario nacional de emisiones

Legend

NOx (tons/year/cell)

0-5

pLANDSCAN a 0.8km de resolución

5-10

10-20

20-30

30-40

40-50

50-60

60-70

70-80

80-100

100-200

200-300

300-400

400-500

Resultados de modelación

6000 200Forecast (F-run): R2= 0.11Post-analysis (I-run): R2= 0.07

NEI99: R2=0.40

Mucho mejor rendimiento en modelación de contaminación más lejano al DF durante campaña MILAGRO.

Durango

Coahuila

Nuevo Leon

LegendNOy biasDurango

Coahuila

Nuevo Leon

LegendNOy bias

2000

4000

Altitude

(m)

80

120

160

O3 (

ppbv

)

Zacatecas

Tamaulipas

San Luis Potosi

NayaritAguascalientes

Sinaloa

-1700 - -500

-500 - -100

-100 - -25

-25 - 25

25 - 100

100 - 200

Zacatecas

Tamaulipas

San Luis Potosi

NayaritAguascalientes

Sinaloa

-1700 - -500

-500 - -100

-100 - -25

-25 - 25

25 - 100

100 - 200

8 10 12 14 16 18 20local time (h)

0

2000

0

40

Jalisco

VeracruzMichoacan

Puebla

Mexico

Hidalgo

GuanajuatoQueretaro

Colima

Morelos

Tlaxcala

Distrito Federal

100 200

200 - 500

500 - 1,000

1,000 - 3,000

Jalisco

VeracruzMichoacan

Puebla

Mexico

Hidalgo

GuanajuatoQueretaro

Colima

Morelos

Tlaxcala

Distrito Federal

100 200

200 - 500

500 - 1,000

1,000 - 3,000

4000

6000

e(m

)

20

30

pbv)

Forecast (F-run): R2= 0.06Post-analysis (I-run): R2= 0.06

NEI 99: R2=0.21

Guerrero

Oaxaca

Tabasco

Chiapas

Guerrero

Oaxaca

Tabasco

Chiapas 2000

Altitude

10

NO

y (pp

8 10 12 14 16 18 20local time (h)

0 0

Figure 5. Interpolated model % bias (modeled-observed) extracted along C-130 flight tracks for MILAGRO. Mexico National Emissions Inventory

Santiago, Chile

• Trabajo de alumna UNAB Catalina Ivovich, hoy estudiando PhD en KAUST¿

Santiago de Chile, Mega ciudad en Potencia

• Condiciones Topográficas• Mala Ventilación de la Cuenca• Factores Meteorológicos.• Rápido Crecimiento Urbano.

Reseña HistóricaCrecimiento de Santiago

Figura 4: Crecimiento Mancha Urbana de la R.M. (Plataforma Urbana, 2008)

Reseña Histórica

Calidad del Aire R.M.

1987: Red MACAM I1987: Red MACAM I1988: Resolución № 369 (Tabla ICA)1997: Red MACAM II2007: Estudios Red MACAM III

Tabla 1: Índice Calidad del Aire e Índice Calidad del Aire Particulado.

Inventario de Emisiones

Tabla 2: Inventario de Emisiones Año 2000 (CONAMA)

Tabla 3: Inventario de Emisiones Año 2005 (DICT UC)

Generación de MapasConvertions Tools

Base de Datos Tabla de Datos

Map Algebra LayerRM

DatosLandScan

Tabla de DatosRaster RM

Tablas de At ib t

Single Output Map Algebra

Display xy data

Atributos Raster RMTabla de Datos

Emisiones por contaminantes

InformaciónGeoreferenciada

Mapas Preliminares contaminantes

Times

MAPAS

Inventario de Emisiones y

Parque

Factor de Celda

MAPAS FINALES

Automotriz

Fuentes ArealesDesarrollo de TablasFuentes Areales

Donde:o Ei = Emisiones parciales punto grillao Et = Emisiones totales Región Metropolitana.o Pi = Población parcial punto grilla.

Pt = Población total Región Metropolitanao Pt = Población total Región Metropolitana.

Fuentes MóvilesDistribución en grilla

Fuentes Móviles

• Distribución de acuerdo a:Población– Población

– Existencia de una red vial.

• Moduladas por:– Densidad Poblacional.– Densidad Parque Vehicular Comunal.– Kilómetros Pavimentados por Comuna.

Fuentes Móviles

o Distribuidas de Acuerdo a la Población:

– Moduladas por Densidad Poblacional. – Moduladas por Densidad Parque Vehicular Comunal.

Fuentes Móviles

• Distribuidas de Acuerdo a la Población: • Distribuidas de acuerdo a la existencia de una red vial:

– Moduladas por Kilómetros Pavimentados por Comuna.

red vial:

– Moduladas por Densidad Poblacional.

Fuentes Móviles

• Moduladas por Densidad del Parque Vehicular Comunal:

– Moduladas por Kilómetros Pavimentados por Comuna:p

• Distribuidas de Acuerdo a la Población

Fuentes Móviles

Modulado por Densidad Poblacionalp-70° -70°

L e y e n d aL o c a l i d a d e s

E m i s i o n e s N O x P O P O Pk g N O x / k m 2 / a ñ o

0 - 5 0 0

Curacaví

Curacaví

0 5 0 0

5 0 0 . 0 0 0 0 0 0 1 - 1 , 0 0 0

1 , 0 0 0 . 0 0 0 0 0 1 - 1 , 5 0 0

1 , 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 - 2 , 0 0 0

2 , 0 0 0 . 0 0 0 0 0 1 - 3 , 0 0 0

3 , 0 0 0 . 0 0 0 0 0 1 - 4 , 0 0 0

4 , 0 0 0 . 0 0 0 0 0 1 - 6 , 0 0 0

6 , 0 0 0 . 0 0 0 0 0 1 - 8 , 0 0 0

Buin

El MonteMelipilla

Paine

Peñaflor

La Is

lita

Bui

n

Buin

El MonteMelipilla

Paine

Peñaflor

La Is

lita

Bui

n

, ,

8 , 0 0 0 . 0 0 0 0 0 1 - 1 0 , 0 0 0

1 0 , 0 0 0 . 0 0 0 0 1 - 1 5 , 0 0 0

1 5 , 0 0 0 . 0 0 0 0 1 - 2 0 , 0 0 0

2 0 , 0 0 0 . 0 0 0 0 1 - 3 0 , 0 0 0

3 0 , 0 0 0 . 0 0 0 0 1 - 5 0 , 0 0 0

5 0 , 0 0 0 . 0 0 0 0 1 - 8 0 , 0 0 0

8 0 , 0 0 0 . 0 0 0 0 1 - 1 0 0 , 0 0 0

Figura 9: Emisiones de NOx distribuidas por población por comunas de la RM. Panel Izquierdo Año 2000. Panel Derecho Año 2005-70° -70°

1 0 0 , 0 0 0 . 0 0 0 1 - 2 0 0 , 0 0 0

2 0 0 , 0 0 0 . 0 0 0 1 - 3 0 0 , 0 0 0

3 0 0 , 0 0 0 . 0 0 0 1 - 4 0 0 , 0 0 0

4 0 0 , 0 0 0 . 0 0 0 1 - 6 0 0 , 0 0 0

6 0 0 , 0 0 0 . 0 0 0 1 - 8 7 0 , 0 0 0

g p p p q

Modulado por Densidad Parque Vehicular Comunalp q-70° -70°

L e y e n d aL o c a l i d a d e s

E m i s i o n e s N O x P O P C A Rk g N O x / k m 2 / a ñ o

0 - 5 0 0

Curacaví

Curacaví

5 0 0 - 1 , 0 0 0

1 , 0 0 0 - 1 , 5 0 0

1 , 5 0 0 - 2 , 0 0 0

2 , 0 0 0 - 3 , 0 0 0

3 , 0 0 0 - 4 , 0 0 0

4 , 0 0 0 - 6 , 0 0 0

6 , 0 0 0 - 8 , 0 0 0

Buin

El MonteMelipilla

Paine

Peñaflor

La Is

lita

Bui

n

Buin

El MonteMelipilla

Paine

Peñaflor

La Is

lita

Bui

n

6 , 0 0 0 8 , 0 0 0

8 , 0 0 0 - 1 0 , 0 0 0

1 0 , 0 0 0 - 1 5 , 0 0 0

1 5 , 0 0 0 - 2 0 , 0 0 0

2 0 , 0 0 0 - 3 0 , 0 0 0

3 0 , 0 0 0 - 5 0 , 0 0 0

5 0 , 0 0 0 - 8 0 , 0 0 0

8 0 , 0 0 0 - 1 0 0 , 0 0 0

Figura 10: Emisiones móviles de NOx distribuidas por densidad de parque automotriz comunal de la RM Panel Izquierdo Año 2000 Panel Derecho Año 2005

-70° -70°

8 0 , 0 0 0 1 0 0 , 0 0 0

1 0 0 , 0 0 0 - 2 0 0 , 0 0 0

2 0 0 , 0 0 0 - 3 0 0 , 0 0 0

3 0 0 , 0 0 0 - 4 0 0 , 0 0 0

4 0 0 , 0 0 0 - 6 0 0 , 0 0 0

6 0 0 , 0 0 0 - 8 7 0 , 0 0 0

Figura 10: Emisiones móviles de NOx distribuidas por densidad de parque automotriz comunal de la RM. Panel Izquierdo Año 2000. Panel Derecho Año 2005.

• Distribuidas de acuerdo a la existencia de una red vial, de manera booleana.

Fuentes Móviles

Modulado por Densidad Parque Vehicular Comunalp q

-70°

L e y e n d a2 1 _ l im i t e _ u r b a n o

E m i s i o n e s N O x R O A D C A Rk g N O x / k m 2 / a ñ o

0 - 5 0 0

-70°

5 0 0 - 1 , 0 0 0

1 , 0 0 0 - 1 , 5 0 0

1 , 5 0 0 - 2 , 0 0 0

2 , 0 0 0 - 3 , 0 0 0

3 , 0 0 0 - 4 , 0 0 0

4 , 0 0 0 - 6 , 0 0 0

6 , 0 0 0 - 8 , 0 0 0Curacaví

, ,

8 , 0 0 0 - 1 0 , 0 0 0

1 0 , 0 0 0 - 1 5 , 0 0 0

1 5 , 0 0 0 - 2 0 , 0 0 0

2 0 , 0 0 0 - 3 0 , 0 0 0

3 0 , 0 0 0 - 5 0 , 0 0 0

5 0 , 0 0 0 - 8 0 , 0 0 0

8 0 , 0 0 0 - 1 0 0 , 0 0 0

Buin

El MonteMelipilla

Paine

Peñaflor

La Is

lita

Bui

n

Figura 13: Emisiones móviles de NOx distribuidas en red vial por parque automotriz en la RM Panel Izquierdo Año 2000 Panel Derecho Año 2005

-70°

, ,

1 0 0 , 0 0 0 - 2 0 0 , 0 0 0

2 0 0 , 0 0 0 - 3 0 0 , 0 0 0

3 0 0 , 0 0 0 - 4 0 0 , 0 0 0

4 0 0 , 0 0 0 - 6 0 0 , 0 0 0

6 0 0 , 0 0 0 - 8 7 0 , 0 0 0-70°

Figura 13: Emisiones móviles de NOx distribuidas en red vial por parque automotriz en la RM. Panel Izquierdo Año 2000. Panel Derecho Año 2005.

Modulado por Kilómetros Pavimentados por Comuna, dividido el Total de Kilómetros existentes en la Región MetropolitanaKilómetros existentes en la Región Metropolitana

-70°

L e y e n d a2 1 _ l im i te _ u r b a n o

E m i s io n e s N O x R O A D R O A Dk g N O x /k m 2 /a ñ o

0 - 5 0 0

-70°

5 0 0 - 1 ,0 0 0

1 ,0 0 0 - 1 ,5 0 0

1 ,5 0 0 - 2 ,0 0 0

2 ,0 0 0 - 3 ,0 0 0

3 ,0 0 0 - 4 ,0 0 0

4 ,0 0 0 - 6 ,0 0 0

6 ,0 0 0 - 8 ,0 0 0Curacaví

, ,

8 ,0 0 0 - 1 0 ,0 0 0

1 0 ,0 0 0 - 1 5 ,0 0 0

1 5 ,0 0 0 - 2 0 ,0 0 0

2 0 ,0 0 0 - 3 0 ,0 0 0

3 0 ,0 0 0 - 5 0 ,0 0 0

5 0 ,0 0 0 - 8 0 ,0 0 0

8 0 ,0 0 0 - 1 0 0 ,0 0 0

Buin

El MonteMelipilla

Paine

Peñaflor

La Is

lita

Bui

n

Figura 14: Emisiones móviles de NOx distribuidas en red vial en Km2 pavimentados por comuna en la RM. Panel Izquierdo Año 2000. Panel Derecho Año 2005.

-70°

, ,

1 0 0 ,0 0 0 - 2 0 0 ,0 0 0

2 0 0 ,0 0 0 - 3 0 0 ,0 0 0

3 0 0 ,0 0 0 - 4 0 0 ,0 0 0

4 0 0 ,0 0 0 - 6 0 0 ,0 0 0

6 0 0 ,0 0 0 - 8 7 0 ,0 0 0-70°

Saide, P., et al., Spatial disaggregation of traffic emission inventories in large cities using simplified top down methods. ,Atm. Env (2009)

: Basado en densidad de caminosSe calcula una emisión normalizada usando densidad de largo de calles

∑∑∑

=ij

iij

j l

lE

∑∑∑

∑∑∑

−+= sij

i

sij

pij

i

pij

j l

lf

l

lfE )1(,

∑∑j i

j ∑∑∑∑j i

ijj i

ij

Saide, P., et al., Spatial disaggregation of traffic emission inventories in large cities using simplified top down methods. ,Atm. Env (2009)

: Largos y clasificación de flujosProblema: Para usar flujos se necesita modelo de transporte (ESTRAUS)Idea: Utilizar flujos de campañas vehiculares (ej. IVE) para clasificar arcos de una red principal: Flujos Altos, medios y bajos.Calles no medidas: Similaridad, Observaciones, Imágenes satelitales

ó íSimplificación de la red: Eliminar categoría de flujos bajosSe elimina el 63% de los arcos de la red

∑∑∑

=ijij

iijij

j lf

lfE

∑∑j i

ijijlf

0,7000,8000,9001,000 Inventario

referencia Flujos Clas. Flujos1 Clas. Flujos2

0,2000,3000,4000,5000,600

,

Coef Corr (R)

0,0000,100

Flujos Clas Flujos1 Clas Flujos2

Coe Co ( )

% Aceptación

Inventario nacional de emisiones (Chile)

• Compilación de todos los -70°

Landscan Ilo Smelter

-60°-70°-80°

pinventarios de emisiones de CONAMA en un formato. En caso de

Landscan population

Legend

Smelter

Smelter

Volcano

Volcano

Corpesca

Power plant

Power plantIndustrial Boiler

Norgener Power PlantChuquicamata Smelter

Electroandina Power Plan

-20°

-20°

Legend

Point SourcesSO2 (tons/year)

ausencia de infórmación, se usa EDGAR FT2000 (modelo global) e -70°

Point SourcesSO2 (tons/year)

100-500500-10001000-15001500-20002000-50005000-10000

10000-20000

20000-50000

50000-100000

100000 440000SmelterSmelter

Smelter

Smelter

Power plant

-30°

-30°

100-500500-10001000-15001500-20002000-50005000-10000

10000-20000

20000-50000

50000-100000(modelo global) e inventario global de BC/OC de Tami Bond.

High res street distribution

100000-440000

Smelter

Power plantOther boilersCoal Power Plant

Industrial BoilerGeneration Processes

Generation ProcessesGeneration Processes

Huachipato Steel Mill

Power plant and smlelter

-60°-70°-80°

100000-440000