Modelación de la dispersión atmosférica de partículas PM2.5, su contenido de metales traza y potencial de riesgo a la salud en el Área Metropolitana de Monterrey

Abstract

"Durante años recientes, diversas investigaciones epidemiológicas han asociado la mortalidad y morbilidad con el material particulado suspendido en la atmósfera. La presente investigación muestra la importancia que representa realizar estudios de caracterización química, distribución espacio-temporal e identificación de fuentes en entornos y ambientes urbanos de partículas finas en México. Por medio de la aplicación de diferentes técnicas, los resultados permitieron conocer las concentraciones de PM2.5 y su contenido de metales traza en al Área Metropolitana de Monterrey (AMM), además de la morfología de algunas partículas. Se monitorearon partículas en dos sitios durante tres temporadas, los resultados mostraron que en San Bernabé las concentraciones de PM2.5 no excedieron el límite de la NOM-025-SSA1-2021, pero superaron el límite de la OMS en varias ocasiones. En Juárez, las concentraciones fueron más críticas, excediendo los límites en dos de las tres temporadas. El análisis de metales reveló que Ca, K, Mg y Fe fueron los metales dominantes, originados principalmente de la corteza terrestre y actividades antropogénicas. Para el análisis de riesgo a la salud el cobalto fue el único metal que superó el valor criterio de riesgo de no cáncer de la EPA, indicando riesgo de padecer enfermedades respiratorias y cardiovasculares. Para conocer la trayectoria y dispersión de las PM2.5 se empleó el modelo numérico Weather Research and Forecasting acoplado al módulo químico (WRF-CHEM), y el modelo HYSPLIT. La modelación numérica mostró la influencia de la topografía en la dispersión de partículas, destacando que las concentraciones de PM2.5 eran más altas durante la mañana. En el análisis inverso de trayectorias lagrangianas se identificaron 3 grupos principales de trayectorias provenientes de distintas direcciones, lo que permitió identificar posibles fuentes de emisiones. El estudio concluye que las variables meteorológicas y la compleja relación entre la dinámica atmosférica y la topografía de la zona, influyen significativamente en la concentración y dispersión de las partículas."

"In recent years, various epidemiological studies have associated mortality and morbidity with particulate matter suspended in the atmosphere. The present research highlights the importance of conducting studies on the chemical characterization, spatiotemporal distribution, and source identification of fine particles in urban environments in Mexico. By applying different techniques, the results allowed to determine the concentrations of PM2.5 and their trace metal content in the Monterrey Metropolitan Area (MMA), as well as the morphology of some particles. Particles were monitored at two sites during three seasons, and the results showed that in San Bernabé, PM2.5 concentrations did not exceed the NOM-025-SSA1-2021 limit but surpassed the WHO limit on several occasions. In Juárez, the concentrations were more critical, exceeding the limits in two of the three seasons. Metal analysis revealed that Ca, K, Mg, and Fe were the dominant metals, primarily originating from the earth's crust and anthropogenic activities. For health risk analysis, cobalt was the only metal that exceeded the EPA's non-cancer risk value, indicating a risk of respiratory and cardiovascular diseases. To understand the trajectory and dispersion of PM2.5, the Weather Research and Forecasting numerical model coupled with the chemical module (WRF-CHEM) and the HYSPLIT model were employed. Numerical modeling showed the influence of topography on particle dispersion, highlighting that PM2.5 concentrations were higher in the morning. In the inverse analysis of Lagrangian trajectories, three main groups of trajectories from different directions were identified, allowing the identification of possible emission sources. The study concludes that meteorological variables and the complex relationship between atmospheric dynamics and the area's topography significantly influence the concentration and dispersion of particles."