Modelización multiescalar de emisiones mediante el sistema HERMESv3

Por Marc Guevara y Salva Calvet

El Departamento de Ciencias de la Tierra del Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) (https://www.bsc.es/discover-bsc/organisation/scientific-structure/earth-sciences) ha desarrollado el sistema HERMESv3, una herramienta de modelización multiescalar y basada en Python que permite estimar emisiones de contaminantes atmosféricos para usarse en aplicaciones de modelización y pronóstico de la calidad del aire, así como de evaluación de políticas ambientales.

El sistema HERMESv3 permite la estimación a muy alta resolución espacial y temporal de los contaminantes primarios derivados de actividades humanas, incluyendo entre otros el NH3 emitido por actividades agrícolas (uso de fertilizantes en cultivos y manejo de estiércoles en el sector ganadero). Para la estimación de estas emisiones, HERMESv3 combina metodologías de cálculo bottom-up y factores de emisión derivados principalmente de las guías Europeas EMEP/EEA, así como de literatura científica reciente, con datos locales de actividad. En el caso de los sectores agrícolas, HERMESv3 utiliza, entre otros, datos de: usos de suelo, hectáreas de cultivos, calendarios de cultivos, propiedades del suelo, ratio de fertilizantes usados por cultivo, cantidad de cabezas de animales por municipio, contenido de nitrogeno en la excreta y datos meteorológicos como son temperatura y velocidad del viento. La flexibilidad de HERMESv3 permite la modificación de los datos de entrada y poder modelizar el potencial efecto de políticas encaminadas a la reducción de las emisiones agrícolas (por ejemplo, variación de los tipos de fertilizantes usados o momento de su aplicación).

HERMESv3 ha sido diseñado para poder aplicarse a cualquier región/país de Europa, siempre y cuando esté disponible toda la información de entrada necesaria. Para poder ilustrar su capacidad, los datos de actividad específicos para España han sido recopilados y los resultados de emisiones obtenidos para NH3 se han comparado con datos derivados del satélite IASI. Toda la información sobre HERMESv3 y resultados obtenidos pueden consultarse en la siguiente publicación: https://www.geosci-model-dev-discuss.net/gmd-2019-295/

En particular, es de gran interés la resolución espacial y temporal de la información de salida del modelo, y su capacidad de relacionar datos de emisión con la calidad del aire (Figura 1).

Emisiones de NH3 de la fertilización agrícola (a) y de la ganadería (c) en rejilla 4×4 km y correspondientes contribuciones a lo largo del año por distintas fuentes agrarias en la zona de Aragón-Cataluña (b), y fuentes ganaderas en la zona de Murcia (d). Fuente: Guevara et al., 2019 (preprint en revisión)

El desarrollo de estos modelos abre paso a posibles colaboraciones de gran recorrido en el ámbito de la cuantificación y reducción de emisiones contaminantes en el ámbito agrario. Este tipo de modelos puedan beneficiarse de información más detallada en cuanto a datos de actividad y emisión específicos de la realidad de nuestro sector primario.

Por otra parte, las observaciones satelitales empiezan a aportar información acerca de las emisiones de gases contaminantes como por ejemplo el NH3, y constituyen una herramienta de gran potencial en un futuro para el desarrollo de políticas de mitigación. Así, recientemente Van Damme et al. (2018) han publicado un mapa de “puntos calientes” de amoniaco obtenidos mediante observación satelital. Las estimaciones del modelo HERMESv3 tienen una buena correspondencia con estos datos satelitales.

Mapa de puntos calientes de NH3 para España (obtenido de la información suplementaria de Van Damme et al., 2018)

En cuanto a los gases efecto invernadero, el nivel de desarrollo actual es menor. Puede destacarse que la observación de CH4 es uno de los productos de la misión Copernicus Sentinel 5P, actualmente disponible después de meses de revisión por parte del equipo científico (Figura 3).

Global methane
Mapa de CH4 captado por la misión Copernicus Sentinel 5P

Cómo integrar los modelos de emisiones “bottom up” con las nuevas técnicas de observación satelital será seguramente uno de los campos de investigación más apasionantes del futuro próximo.

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