Nuevo modelo de calidad del aire ‘made in Spain’ para el programa europeo Copernicus

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El modelo de calidad del aire MONARCH, desarrollado por el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) y ejecutado en el superordenador MareNostrum, se ha convertido en el primer modelo de estas características creado en España que contribuye al Servicio de Vigilancia de la Atmósfera del programa Copernicus de la Unión Europea (CAMS por sus siglas en inglés: Copernicus Atmosphere Monitoring Service).

Este programa europeo ofrece información medioambiental atmosférica, de acceso libre y gratuito, a los responsables de formular políticas de calidad del aire en todo el territorio europeo, así como a empresas y ciudadanos.

MONARCH, acrónimo de Multiscale Online Non-hydrostatic AtmospheRe CHemistry, se incorpora al sistema multimodelo CAMS junto con el modelo MINNI desarrollado por la agencia italiana ENEA. La inclusión de ambos completa un sistema único en el mundo, compuesto por los once (antes nueve) modelos de calidad del aire más avanzados desarrollados en Europa, que ofrece diariamente previsiones sobre la concentración de contaminantes atmosféricos para los próximos cuatro días.

Gestión de la contaminación atmosférica

Estos pronósticos son fundamentales para que las administraciones puedan gestionar el grave problema que supone la contaminación atmosférica para los ciudadanos europeos, considerado el mayor riesgo medioambiental para la salud en Europa y una de las principales causas de muerte prematura y enfermedad.

Según datos de la Agencia Europea del Medio Ambiente, solo en 2019 se produjeron en la Unión Europea 364.200 muertes prematuras relacionadas con la mala calidad del aire: 307.000 por exposición a partículas inferiores a 2,5 micras de diámetro (PM2,5), 40.400 por exposición a dióxido de nitrógeno (NO₂) y 16.800 por exposición a ozono troposférico.

"MONARCH es una clara demostración del valor añadido de la investigación realizada en España. Gracias al continuo desarrollo del modelo, hoy podemos decir que el BSC proporciona información ampliada sobre la calidad del aire a los responsables políticos y a los ciudadanos de toda Europa bajo el amparo del programa Copernicus de la Unión Europea, también conocido como los ojos de Europa sobre la Tierra", afirma el investigador Oriol Jorba, colíder del grupo de Composición Atmosférica del BSC.

Observaciones de satélite y modelos computacionales

El servicio CAMS de Copernicus proporciona de forma continua información de calidad contrastada sobre los principales contaminantes atmosféricos regulados por la UE y de interés para la salud: ozono, dióxido de nitrógeno, dióxido de azufre, partículas finas PM2,5 y PM10, y cinco tipos de polen alergénicos. 

El sistema combina datos obtenidos de satélites medioambientales y de bases terrestres con modelos computacionales que simulan la evolución de la atmósfera para generar estimaciones de variables como concentración de ozono y presencia de partículas finas que permiten realizar previsiones de la calidad del aire para los próximos días.

Un modelo computacional de calidad del aire es una representación matemática que aglutina y sintetiza todos los factores que intervienen en las condiciones del aire que respiramos: meteorología (viento, lluvia, temperatura, etc.), movilidad (arañas de tráfico, perfiles de velocidad, etc.), y los principales focos emisores de contaminantes (tráfico, industria, fuentes naturales, etc.).

MONARCH es un modelo de calidad del aire de última generación que se desarrolla de forma continua en el superordenador MareNostrum del BSC, ya que las ecuaciones que describen los procesos atmosféricos son muy complejas y han de resolverse por medio de la supercomputación.

"El desarrollo del modelo se inició en 2008 por investigadores del BSC con el objetivo de avanzar en el conocimiento de los procesos fisicoquímicos de la atmósfera. En 2014, el sistema se estableció como el modelo operativo del Centro Meteorológico Regional Especializado para la Previsión de Arena y Polvo Atmosférico de la Organización Meteorológica Mundial (OMM), el Barcelona Dust Regional Center, proporcionando previsiones de intrusiones de polvo en el norte de África, Oriente Medio y Europa", añade Jorba.

Colaboración europea

Durante los últimos años, MONARCH ha sido mejorado para cumplir los requisitos del servicio de producción de CAMS que incluye el perfeccionamiento de los procesos químicos, representación de bioaerosoles, asimilación de datos de especies reactivas, optimización del flujo de trabajo para la producción operativa, uso de las condiciones de forzamiento del Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Plazo Medio (ECMWF) y actualizaciones periódicas de los flujos de emisión.

La colaboración con los socios del consorcio CAMS, junto con el apoyo del ECMWF, ha contribuido en gran medida al éxito del despliegue operativo del modelo MONARCH en Copernicus.

"La incorporación de este modelo en las previsiones europeas de calidad del aire de CAMS es otro éxito del departamento de Ciencias de la Tierra del BSC. Los miembros de los grupos de Composición Atmosférica y Ciencias Computacionales de la Tierra han realizado un gran esfuerzo durante los últimos años para demostrar el valor de incluir MONARCH en un sistema operativo multimodelo único en el mundo formado por los modelos de química atmosférica más avanzados de Europa", concluye Jorba.