Los científicos tratan de llenar la brecha de datos sobre la contaminación del aire a nivel global

Según la Organización Mundial de la Salud y el Instituto de Medición y Evaluación de la Salud Mundial, para la mayoría de las personas, especialmente en los países de ingresos bajos y medios, el acceso a la información sobre la calidad del aire local suele ser limitado.

La densidad de monitores de calidad del aire es tan baja a nivel global que nadie sabe qué ciudad está más contaminada en general, y menos en un día determinado. A pesar del reciente crecimiento de los monitores terrestres, millones de personas todavía viven en países que no recopilan datos de alta calidad sobre la contaminación del aire o no los comparten públicamente.

Mejorar la cantidad y calidad de datos sobre la calidad del aire

Un equipo de investigadores financiado por la NASA está tratando de abordar la escasez de datos desarrollando una forma diferente de rastrear la contaminación del aire, una técnica impulsada por observaciones satelitales, modelos y supercomputación. Como parte de un esfuerzo por hacer que este enfoque sea más útil para las ciudades de los países en desarrollo, el equipo de la NASA se ha asociado con el Instituto de Recursos Mundiales (WRI) en un proyecto piloto llamado CityAQ.

La mayoría de los países tienen acceso limitado o nulo a estaciones de monitoreo de la calidad del aire de “referencia” costosas pero precisas para medir partículas finas (PM 2,5 ) y otros contaminantes dañinos como el dióxido de nitrógeno (NO2 ), el ozono (O3 ) y el dióxido de azufre ( SO2 ). La falta de seguimiento tiene consecuencias. Un análisis de 2022 de los datos sobre la contaminación del aire compartidos por las embajadas de Estados Unidos en 40 países encontró que las ciudades que tuvieron acceso a datos sobre la calidad del aire en tiempo real experimentaron caídas significativas en los niveles de contaminación del aire.

Incluso en las grandes ciudades, los monitores de calidad del aire más fiables son escasos. Según una estimación, hay 5.500 monitores PM 2,5 en las 1.700 ciudades del mundo con más de 300.000 habitantes o más, un promedio de sólo tres monitores por ciudad. En el África subsahariana, hay aproximadamente un monitor por cada 16 millones de personas. En la India hay un monitor por cada 7 millones de personas.

Para abordar la escasez, Christoph Keller y Emma Knowland y sus colegas de la Oficina de Asimilación y Modelado Global de la NASA, la Universidad Morgan State y la Universidad de Harvard han desarrollado un modelo global capaz de predecir y pronosticar la composición de la atmósfera, incluidos varios contaminantes comunes del aire. La herramienta, Pronóstico de composición del sistema de observación de la Tierra Goddard ( GEOS-CF, por sus siglas en inglés), incorpora observaciones meteorológicas oportunas e información obtenida de años de observaciones satelitales, además de una variedad de inventarios históricos de emisiones. Genera pronósticos de cinco días para toda la atmósfera todos los días.

Arriba y abajo se muestran ejemplos de GEOS-CF, que muestran la distribución global de PM 2,5 y O3 a nivel del suelo durante un día de 2023. Durante ese período, grandes incendios forestales asolaron Canadá, grandes tormentas de polvo azotaron el desierto del Sahara y partes del sur de Asia, la contaminación industrial se acumuló en la llanura indogangética y el este de Asia, y se produjeron incendios estacionales en América del Sur y el África subsahariana.

GEOS-CF es una versión de un sistema más amplio de modelado y asimilación de datos llamado Sistema de Observación de la Tierra Goddard (GEOS) que los científicos de la NASA han utilizado para investigaciones meteorológicas y climáticas durante décadas. El modelo calcula la concentración de contaminantes del aire, así como muchos otros componentes atmosféricos, en cuadros de cuadrícula de 25 kilómetros cuadrados en 72 niveles en la atmósfera desde la superficie hasta la estratosfera. Como parte de las previsiones, GEOS ingiere millones de observaciones meteorológicas diariamente. Funciona con la ayuda de la supercomputadora Discover en el Centro de Simulación Climática de la NASA en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard.

Necesidad de información y predicción de la contaminación más local

Sin embargo, la resolución espacial de los datos producidos por GEOS-CF generalmente no es suficiente para ofrecer información útil a nivel de vecindario, barrio o calle. En algunos casos, las ciudades necesitan datos a unos pocos kilómetros o menos para evaluar adecuadamente aspectos como los riesgos para la salud de ubicar una escuela cerca de una autopista, o si medidas como restringir el tráfico o fomentar el uso de vehículos eléctricos o bicicletas son formas efectivas de reducir contaminación.

Para producir información de monitoreo de la calidad del aire más localizada y personalizada para ciudades y vecindarios específicos, el equipo de la NASA y WRI lanzaron el proyecto CityAQ en 2020. Funciona obteniendo datos de monitoreo terrestre y aéreo incluso escasos y utilizando una técnica de aprendizaje automático que mejora la precisión de la salida del modelo GEOS-CF. Como parte del proyecto, WRI trabajó con ocho ciudades para compartir datos con la NASA desde monitores terrestres: Addis Abeba, Etiopía; Yakarta, Indonesia; Kigali, Ruanda; Metro León-Salamanca-Celaya, México; Metro de Monterrey, México; Metro de Guadalajara, México; São Paulo, Brasil; y Bogotá, Colombia.

El gráfico anterior muestra un ejemplo de pronósticos de CityAQ para dióxido de nitrógeno y ozono que se emitió el 4 de noviembre de 2023, luego de que el modelo fuera entrenado utilizando información del barrio Carvajal de Bogotá. Dada la ubicación de ese instrumento cerca de una gran carretera y sitios industriales, normalmente registra la concentración anual más alta de NO2 de cualquier estación de monitoreo en la ciudad y excede regularmente los estándares de la Organización Mundial de la Salud tanto para NO2 como para PM 2,5. El segundo gráfico muestra la producción de ozono (O3 ) y PM 2,5 en el cercano barrio de Kennedy.

Sin embargo, Bogotá tenía datos terrestres más sólidos que otras ciudades piloto de CityAQ, lo que facilitó al equipo de la NASA mejorar los pronósticos de GEOS-CF. Actualmente, los investigadores están reestructurando el esfuerzo para encontrar nuevas formas de integrar observaciones de sensores de calidad del aire de bajo costo (a veces la única opción en los países en desarrollo) en los pronósticos GEOS-CF. Los sensores de bajo costo son más fáciles de operar y cuestan entre unos pocos cientos y miles de dólares estadounidenses cada uno, mientras que las estaciones de monitoreo de referencia a menudo cuestan más de 10.000 dólares cada una y requieren personas con experiencia en calibración e interpretación de datos.

“CanAIRy Alert incorpora pronósticos de calidad del aire generados para ciudades como parte del proyecto CityAQ y ciudades agregadas como Kigali, Ruanda; Nairobi, Kenia; Kampala, Uganda; y Accra, Ghana”, dijo Beatriz Cárdenas, directora global de calidad del aire del WRI. “Pero estamos en el proceso de reclutar más ciudades y crear comunidades de práctica para compartir información sobre cómo acceder y utilizar las herramientas. Nuestro objetivo es registrar muchas más ciudades”.

NASA Earth Observatory. Texto de Adam Voiland.