El nuevo modelo urbano de calidad del aire Caliope-Urban, promovido por el Departamento de Territorio, Vivienda y Transición Ecológica de la Generalitat de Cataluña y el Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), utiliza la potencia del superordenador MareNostrum 5 para combinar modelos meteorológicos, de emisiones y de dispersión de contaminantes con datos urbanos e inteligencia artificial para realizar pronósticos de la concentración de dióxido de nitrógeno (NO2) en Barcelona.
El NO2 es uno de los principales contaminantes del aire, procedente sobre todo de fuentes de combustión como el tráfico rodado. Para diseñar políticas más efectivas de protección de la salud pública, movilidad y planificación urbana, se ha desarrollado la herramienta Caliope-Urban, cuyos datos proporcionan información útil sobre cómo el tráfico afecta a la calidad del aire en los barrios de Barcelona.
Las administraciones, la comunidad investigadora y la ciudadanía en general pueden consultar las predicciones horarias de la concentración de NO2 a nivel de cada calle de la ciudad, con una resolución de hasta 20 metros y con 24 o 48 horas de antelación.
Nueva fase del sistema de modelización Caliope
Desarrollado por el BSC y financiado por la Generalitat de Cataluña, el modelo Caliope-Urban supone una nueva fase del sistema de modelización Caliope de previsiones de calidad del aire para la península ibérica, desarrollado por el Departamento de Ciencias de la Tierra del BSC.
Esta fase se enmarca en un contexto de nuevas exigencias de la Directiva europea de calidad del aire, que fija para el año 2030 objetivos más estrictos de reducción de la contaminación atmosférica, considerada por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como el principal factor de riesgo ambiental para la salud a nivel mundial.
Caliope recopila datos de estaciones de monitorización de la calidad del aire, ubicadas en diferentes lugares para evaluar los niveles de polución en diversos entornos, y de otras fuentes como la intensidad del tráfico y estaciones meteorológicas, para realizar simulaciones y perfeccionar los modelos a fin de mejorar su fiabilidad y precisión. Finalmente, los datos son validados.
Conjunto de módulos de software para simular la calidad del aire
El sistema está conformado por un conjunto de módulos de software, cada uno dedicado a la simulación de procesos físicos y/o químicos específicos que ocurren en la atmósfera y que afectan a los niveles de calidad del aire.
Se trata del modelo de investigación y pronóstico del tiempo de código abierto WRFv3.5.1, que simula condiciones como el viento, la temperatura y la mezcla vertical; el sistema de modelado de emisiones de alta resolución electiva Hermes v3, el sistema comunitario de modelado multiescala de la calidad del aire CMAQv5.0.2 y el modelo multiescala online de química atmosférica no hidrostática Monarch. Estos módulos se combinan para generar predicciones y se ejecutan en el superordenador MareNostrum, ubicado en el BSC.
En concreto, se proporciona información cuantitativa y cualitativa sobre la concentración y dispersión de los contaminantes atmosféricos principales: ozono, dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de azufre, partículas PM10 y PM2,5, y benceno.
El sistema emite un pronóstico diario que muestra las condiciones de calidad del aire más probables en una región específica para las próximas 48 horas. Ofrece, de forma operacional, predicciones para Barcelona (hasta 20 m x 20 m), Cataluña (1 km x 1 km) y la península ibérica (4 km x 4 km). Se trata de una contribución española al servicio de monitorización y vigilancia atmosférica de Copernicus CAMS de la Unión Europea.
Esta herramienta permite crear un gemelo digital de la calidad del aire y así poder entender mejor los acontecimientos del pasado y sus causas, predecir qué pasará en los próximos días y, en base a esta información, tomar medidas como la declaración de episodios de alta contaminación y testear y definir estrategias para mejorar la calidad del aire antes de implementarlas.
Modelo Caliope-Urban
Caliope-Urban utiliza la potencia del superordenador MareNostrum 5 y combina resultados proporcionados por diferentes programas de modelado: datos históricos meteorológicos y de calidad del aire del sistema Caliope, estimaciones de emisiones de tráfico a nivel de calle del modelo Hermes e información geométrica sobre el urbanismo de la ciudad de Barcelona procedente del Instituto Cartográfico y Geológico de Cataluña (ICGC) y del Plan Nacional de Ortografía Aérea (PNOA).
Como resultado, ofrece pronósticos de calidad del aire de alta precisión que permiten identificar puntos críticos y episodios de contaminación, alertar a la población, modelizar escenarios de futuro y evaluar la efectividad de medidas como las zonas de bajas emisiones (ZBE), las supermanzanas o las restricciones de tráfico.
En lo referente a la identificación de puntos críticos, en Barcelona se registra la contaminación más elevada en las vías de acceso a la ciudad, como son Nus de la Trinitat o les Rondes, en las principales calles y en distritos como l’Eixample.
Por ahora, el modelo urbano está enfocado en la ciudad de Barcelona y engloba también zonas de municipios como Hospitalet de Llobregat o Badalona. No obstante, se está trabajando para que la metodología se pueda replicar en un futuro en otras ciudades o áreas metropolitanas.
La Generalitat de Cataluña pretende integrar las herramientas técnicas disponibles para mejorar la gestión de la contaminación atmosférica. Así, promueve desarrollos de I+D+i que, junto con la Red de Vigilancia y Previsión de la Contaminación Atmosférica gestionada desde el Departamento de Territorio, Vivienda y Transición Ecológica, permite disponer de información sobre calidad del aire en todo el territorio, pronosticar episodios de contaminación y determinar acciones eficientes para mejorar la calidad del aire y la salud de la ciudadanía.