Study of environmental parameters employing espectroscopic techniques, meteorological data and statistical methods

La ciudad de La Plata y alrededores (ubicada en el Estuario del Río de La Plata en Sudamérica) es una de las seis urbes más pobladas de la Argentina (alrededor de 800 000 habitantes) y, como tal, posee una importante actividad económica (industrial, administrativa y de tránsito vehicular). Como la mayoría de las grandes ciudades, debe poner en consideración la incidencia de enfermedades respiratorias causadas por la contaminación local del aire al mismo tiempo que debe afrontar los desafíos del cambio climático global. Dado que la ciudad se halla en una zona con baja capacidad de depuración atmosférica, que no posee una red oficial para el seguimiento de los contaminantes del aire y que estudios previos han indicado niveles altos de algunos contaminantes (material particulado, compuestos orgánicos volátiles e hidrocarburos aromáticos policíclicos entre otros), fue posible formular un conjunto de objetivos de estudio que permitan tanto enriquecer el conocimiento del ambiente en la zona como sugerir estrategias para la mejora. Tales objetivos forman parte de la presente tesis, que posee un fuerte carácter multidisciplinario. Los mismos pueden definirse en términos de compilación de información ambiental (actualmente escasa y difusa), capacitación en el manejo de equipamiento de monitoreo, medición de especies contaminantes, estudio de patrones de vientos y sus escalas y el análisis de la dinámica del viento como agente de transporte de los contaminantes (principalmente industriales). El estudio de datos ambientales (principalmente dióxido de azufre y vientos) se llevó a cabo utilizando métodos estadísticos de análisis univariado y multivariado, tanto desde la perspectiva inferencial como desde la perspectiva exploratoria. Los métodos de análisis por conglomerados jerárquicos, escalamiento multidimensional, componentes principales, correlación y regresión (entre otros) se presentan y discuten en términos de las aplicaciones a temas ambientales. Estos métodos constituyeron la principal herramienta para formular conclusiones acerca de los fenómenos físicos involucrados. Se discute la importancia de los conceptos de similitud y disimilitud y el “arte” de encontrar grupos como parte del reconocimiento de patrones. El concepto de robustez estadística es un tema transversal a todo el tratamiento de datos y a la aplicación de métodos de modelado. La presencia de dióxido de azufre (de origen preponderantemente industrial) resultó ser significativa como para sugerir el seguimiento continuo de este gas. El estudio de los vientos de la zona permitió hallar concordancia con fenómenos de mesoescala. A escala local se pudieron distinguir y caracterizar dos grupos de direcciones de viento muy importantes: el Sector 1 (NNO-N-NNE-NE) que transporta los contaminantes desde el área industrial al casco urbano es dominante al mediodía y la tarde temprana y el Sector 2 (ENE-E-ESE) que transporta a los contaminantes hacia zonas residenciales es dominante en horas del anochecer. Entre ambos suman una ocurrencia diaria promedio superior al 50%. La observación de estos sectores desde distintos puntos de monitoreo mostró que se hallan fuertemente correlacionados mostrando, un patrón generalizado en toda el área de estudio. Por otra parte, la ocurrencia de calmas promedio es al menos 11.6% independientemente de la estación del año y las velocidades de los vientos son lo suficientemente bajas (< 10 km h-1) la mayor parte del tiempo como para considerarse una causa facilitadora de la acumulación de contaminantes del aire. Los patrones de direcciones de viento representados por 24 rosetas horarias tienen un comportamiento estacional y pueden ser descriptos por un número reducido de representantes (5 a 8) que dan cuenta de la dinámica de los vientos en el ciclo diario de la capa límite planetaria. Tanto el análisis por conglomerados y el de escalamiento multidimensional como los métodos para cuantificar disimilitud entre patrones permitieron detectar la presencia del fenómeno de brisa de mar-tierra pudiéndose observar fluctuaciones entre sitios de observación (uno lejano y otro cercano a la costa) y entre estaciones del año (predominio del verano). Fue posible establecer las ventajas estratégicas de los sitios de observación y señalar otros puntos potenciales que servirían para el seguimiento de las concentraciones de fondo y la mejora en la detección de contaminantes de origen industrial y vehicular. Como resultado del estudio surge, sin lugar a dudas, la gran necesidad que tiene la ciudad y sus alrededores de realizar el seguimiento continuo tanto de parámetros meteorológicos como de los principales contaminantes del aire.La Plata City and surroundings (located on the estuary of De la Plata River in South America) is one of the six cities most populated of Argentina (around 800 000 inhabitants) and, as such, has important economic activity (industrial, administrative and vehicular traffic). Like most large cities, it has to put into consideration the incidence of respiratory diseases caused by local air pollution at the same time it faces the challenges of global climate change. Since the city is in an area with low air purification capacity, which does not have an official network for monitoring air pollutants and previous studies have indicated high levels of some pollutants (particulate matter, volatile organic compounds and aromatic polycyclic hydrocarbons among others), it was possible to formulate a set of learning objetives that allow both to enrich the knowledge of the environment in the area and to suggest strategies for improvement. These objectives are part of this thesis, which has a strong multidisciplinary character. They can be defined in terms of compilation of environmental information (currently limited and diffuse), training in the management of monitoring equipment, measuring pollutant species, studying wind patterns and their scales and, analyzing the dynamics of wind as an agent for transporting pollutants (mainly of industrial sources).Facultad de Ingenierí